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Mit zwei Kugelgelenken versehene Koppel zwischen zwei räumlich gegeneinander
zu bewegenden Teilen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Koppel zwischen zwei
räumlich mit festem Abstand auf beliebigen Kurven gegeneinander zu bewegenden Teilen,
wobei z. B. sein Koppelendpunkt befähigt sein. muß, bei entsprechender Führung neben
Bewegungen längs :einer Geraden oder eines Kreises auch solche längs einer Lemniskate
auszuführen, Bewegungen, wie sie beispielsweise von Koppeln zwischen den Kolben
und dem Triebflansch von Axialkolbenmaschinen ausgeführt werden.
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Diehierbeibisher verwendetenKopp eln lassen sich ixt zwei Gruppen
unterscheiden, und zwar r. Koppeln, welche nur Zug- und Druckkräfte übertragen und
zur Bewältigung der Drehkräfte andere Hilfsteile, z. B. Zahnräder oder Kardangelenke,
benötigen, z. Koppeln, welche zugleich auch Drehkräfte übertragen können.
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Zu der ersten Gruppe gehören die Kolbenstangen mit an beiden Enden
angeordneten Kugelköpfen, bei denen an Stelle des. einen Kugelkopfes auch- eine
Kugelschale treten kann, und solche, bei welchen. an Stelle von Kugelgelenken Zapfengelenke
vorhanden sind, die auf der Seite des Triebflansches kardanisch angelenkt sind.
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Zur zweiten Gruppe gehören Kolbenstangen mit an beiden Enden zueinander
parallel verlaufenden Zapfenlagern, welche mittels eines Bolzens mit einem weiteren
Verbindungsteil an einen speichenartigen Triebflanschteil, um diesen drehbar, angeordnet
sind, wobei aber der Triebflansch selbst wieder in, mehrere anein,andergelienkte
Teilte gegliedert ist und die Zylinder, Kolben und Kolbenstangen auf beiden Seiten
des Triebflansches bzw. des Verbindungsteiles liegend angeordnet sein müssen, wobei
noch zu erwähnen ist, daß sich diese Anordnung nur für größere Anlagen eignet und
die bewegten Teile schädliche Schwingungen verursachen können.
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Zur gleichen Gruppe gehören auch die aus einer zentrisch durchbohrten
Kugel oder aus mehreren ringförmigen, zusammen eine Kugelform bildenden Teilen zusammengestellten
Koppeln, denen entsprechend der Triebflansch
mit sternförmig angeordneten
Zapfen versehen ist. Bei diesen muß zwischen den Zapfen und den auf diesen angeordneten
Koppeln zur Ermöglichung .einer Bewegung ein bedeutender Zwischenraum belassen werden,
was ein ruhiges Arbeiten nicht zuläßt.
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Als zur gleichen Gruppe gehörend ist noch eine Koppel zu erwähnen,
die als Gelenkkreuz anzusprechen ist und die sich auf am Triebflansch sternartig
angeordneten Zapfen und gegenüber dem Kolben in senkrecht zur Achse desselben gerichteten
Führungen verschieben und drehen kann. Diese Anordnung ist, da sich mit ihr Verklemmungen
der Getriebeglieder nicht vermeiden lassen, praktisch unbrauchbar. ' Als besonders
günstige Form der Koppeln für den vorliegenden Zweck haben sich solche mit beiderseits
kugelförmigem Anschluß bewährt, weshalb es das Ziel dieser Erfindung ist, diese
so zu gestalten, daß sie auch ags Koppeln einer zweiten Gruppe verwendet werden
können.
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Die.,früheren Koppeln mit beiderseits kugelförmigem Anschluß konnten
dem gewünschten Zweck nicht dienen, weil zwischen ihren Anschlußstellen ,ein langer
Hebelarm lag.
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Erfindungsgemäß wird die neue gelenkige Verbindung zweier Teile dadurch
bewirkt, daß innerhalb eines gegenüber dem einen Teil sphärisch beweglich gelagerten
Gelenkstückes ein weiteres, mit dem anderen Teil verbundenes Gelenkstück sphärisch
beweglich angeordnet ist, wobei die Drehpunkte des inneren und der des äußeren Gelenkstückes
in Richtung der Symmetrieachse der Koppel mit kurzem Abstand hintereinanderliegen,
womit im Innern eines ,erweiterten Gelenkes ein unsichtbarer Hebelarm entsteht.
Die Beanspruchung dieser Koppel kann auf Druck oder Zug oder auf Druck und Zug erfolgen.
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Kommt es darauf an, mehrere Teile mittels solcher Koppeln mit einem
gemeinsamen Teil, der im folgenden als Triebflansch bezeichnet wird, beweglich zu
verbinden, so müssen erstens die Koppeln so mit diesem verbunden werden, daß alle
Mittelpunkte des einen Gelenkteiles aller Koppeln auf einem Kreis in einer Ebene
liegen, die als Schwenkebene bezeichnet wird; zweitens müssen die mit den Koppeln
anderseits verbundenen Kolben in ebenfalls im Kreise angeordneten und zu einer gemeinsamen
Mittellinie parallelen Zylindern geradlinig verschiebbar gelagert werden;; und drittens
ist die Gesamtanordnung so zutreffen, daß der Schnittpunkt der Hauptachsen von Zylinderblock
und Triebflansch in der obengenannten Schwenkebene liegt.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung sind beispielsweise bei den erwähnten
Axialkolb.enmaschi.nen besondere Mittel, die eine Verdrehung des Triebflansches
zum Zylinderblock verhindern, entbehrlich.
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Der Erfindungsgegenstand kann daneben beispielsweise auch als Universalgelenk
zur Übertragung von beliebigen Bewegungen bei mechanischen, hydraulischen oder pneumatischen
Einrichtungen sowie bei Simultansteuerungen oder Schaltungen mehrerer Druck führender
Leitungen Anwendung finden.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen erläutert: Die Abb. z und
2 zeigen den Unterschied zwischen der bekannten Koppel D und dem Gegenstand der
erfindungsgemäßen Koppeltl. Ein Rahmen b dient den beiden Teilen e, welche als Triebflansch,
und den beiden Teilen a, die .als Zylinder aufzufassen sind, als Führung, auf welcher
die letzteren verschiebbar sind. Die mit E und e bezeichneten Kolben haben
hier verschiedenartige Formen. Während der KolbenE hohlkugelförmig gestaltet ist,
besitzt der Kolben e eine halsartige Verlängerung mit einem Kugelkopf. Die im Zylinder
a wirkende Kraft ist als Feder X dargestellt. Aus der gestrichelt gezeichneten Stellung
des Teiles c, die einer Schwenkbewegung dieses Teiles um den Mittelpunkt des darin
angeordneten sphärischen Lagers entspricht, ist ersichtlich, daß diese Bewegung
keine Veränderung im Verhalten oder der Stellung der Koppeln D und d hervorruft.
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Eine andere Wirkung tritt indessen ein, wenn, wie in Abb. 2 gezeigt,
die Teile c nach einer Seite verschoben werden. Hierbei ist festzustellen, daß beispielsweise
beim Versuch, die Koppel D aus ihrer Lage in der Verlängerung der Kolbenmittellinie
heraus mittels des Teiles c oder a nach einer Seite hin zu bewegen, um so weniger
Widerstand entgegengesetzt wird, je mehr sich die Koppel D nach dieser Seite zu
bewegt.
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Dieser Wirkung gerade entgegengesetzt ist aber das Verhalten der erfindungsgemäßen
Koppel,d, das ebenfalls aus der Abb. 2 ersichtlich ist. Man sieht hier, wie die
Koppel d sich bei der Verschiebung von c gegenüber a um den Kopf des Kolbensd herumschwenkt
und dabei den Kolben der Wirkung der Kraft X entgegengesetzt etwas anhebt. Ein Weiterschieben
von c in der gleichen Richtung muß auch eine Verschiebung von a in der gleichen
Richtung zur Folge haben. Die gleiche Verschiebung kann aber auch umgekehrt von
Teil a her auf Teil c bewirkt werden.
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Der Vergleich der seitlichen, den beiden verschiedenen Koppeln D und
d eigenen Verschiebungsmöglichkeit zeigt einen scheinbaren Nachteil der neuen Ausführung,
was sich aber bei genauer Betrachtung als Vorteil herausstellt.
Dies
wird ersichtlich, wenn die tatsächlich an Axialmaschinen benötigten Verschiebungsmaße
betrachtet werden, welche Möglichkeit die Abb..3 bietet. Diese zeigt auf einer Seite
die Lage der Koppelnd in :drei verschiedenen Winkelstellungen des Trieb-$anschesc
gegenüber dem Zylinderblockä bzw. den Kolben e und auf ,der anderen Seite die für
den Erfindungsgegenstand eigentümliche hängende Lage des inneren Hebelarmes dl der
Koppel d in verschiedenen Stellungen, was am besten den Gegensatz zur stehenden
Anordnung der bekannten Koppeln mit äußerem Hebelarm bei dieser Art der Anwendung
aufzeigt. Die gestrichelt gezeichneten. Umrisse der Koppel .d entsprechen den beiden
Endstellungen, und die schraffiert gezeichnete Stellung entspricht der Mittelstellung.
Hieraus ist zu .ersehen, daß die den Koppelnd belassene Freiheit dem vorliegenden
Bedarf nicht nur genügt, sondern daß ,gerade in der Beschränkung auf das notwendige
Maß der Umstand liegt, daß für die Bewältigung der Drehkräfte keine weiteren Mittel
zugezogen werden müssen. Durch die Maßnahme, wonach, wie ebenfalls aus Abb. 3 ersichtlich,
der Teilkreis T des Triebflansches c etwas größer ist als derjenige, welcher die
Lage der Mittellinien (Z der Zylinder des Zylinderblockes a bestimmt, kann bewirkt
werden, daß bei einer Schwenkung des Triebflansches c gegenüber dem Zylinderblocka
im gezeichneten Ausmaß (25°) aus der Mittellage heraus nach beiden Seiten der Hebelarm
dl sich um den Mittelpunkt e1 des Kugelkopfes des Kolbens und auch gleichzeitig
um den Mittelpunkt cl des äußeren Gelenkes der Koppel d herumschwenkt, wobei bei
vollem Ausschlag der Verschwenkung und im nichtverschwenkten Zustand des Triebflansches
c der Ausschlag des Hebelarmesdl nach der inneren und der äußeren Seite der Zylindermittellinie
.Z gleich groß ist.
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Abb. q. zeigt beispielsweise die Anwendung der Koppelnd in-einem Triebflansch
c, der auf dem schiefgestellten Teil einer Achse b gelagert ist und so als Taumelglied
arbeitet. Die genannte Achse b ist im zugleich Zylinderblock und Gehäuse bildenden
Teil a, in welchem die Kolben e sich verschieben, gelagert. Bei dieser Ausführung
haben zwei Kolben einen gemeinsamen Kugelkopf, weshalb sie sich infolge ihrer doppelten
Führung kaum verkanten können. Um den Kugelkopf im Innern der Koppel d halten zu
können, sind in dieser zwei halbe Kugelschalenp:aared3 und dreingesetzt und mittels
der Verschraubung d2 gehalten.
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Wenn an die leichte Beweglichkeit .d.eg Koppeln besonders, große Anforderungen
gestellt werden, können zur Verminderung der :Reibung entweder die geführten oder
die führenden Flächen unterbrochen sein. Auch können zwischen die Flächen in bekannter
Weise Wälzkörper, die in Käfigen geführt sein können, .angeordnet werden.
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Besondere Ausführungen mit Wälzkörpern zeigen die Abb. 5 und 6.
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Abb. 5 zeigt eine Koppeld, in deren Hauptteil Bohrungen im Kreise
liegend angebracht sind, wobei ein Teil der Oberfläche @etwas zurückstehen kann.
In den Bohrungen sind Kugeln d8 angeordnet, welche die Aufgabe haben, die Koppel
mindestens, teilweise vom Druck zu entlasten, indem sie selbst den Druck vom Kugelkopf
des Kolbens e auf die führende Fläche des Triebflansches c oder umgekehrt übertragen.
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Abb.6 zeigt, wie die Kopp:eld auf ihrer Außenseite mit ringsum laufenden
Rillen versehen ist, in denen Kugeln d8 angeordnet sind, so daß sich die Koppel
in einer äußeren, Führung mit geringstem Widerstand einstellen kann.
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In den beiden letzten Ausführungsbeispielen wird der Kugelkopf e in
der Koppel d mittels zweier Kugelschalenhälftendl, welche von der Verschraubung
d2 in der Koppel gehalten werden, gelagert.