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Elastische, schwingungsdämpfende Kupplung Mit niedrigen Drehzahlen
betriebene Brennkraftmaschinen, also z. B. Schiffsantriebsmaschinen, haben bekanntlich
einen großen Ungleichförmigkeitsgrad. Dieser wirkt sich in den durch das Arbeiten
der einzelnen Zylinder hervorgerufenen Schwankungen des Drehmomentes und damit einer
Beschleunigung bzw. Verzögerung der-Maschinenwelle aus. Diese Ungleichmäßigkeiten
werden bei direktem Antrieb eines Aufladegebläses mittels Zahnradübersetzungsgetriebes
entsprechend der höheren Drehzahl des Gebläses ebenfalls auf dessen Welle übertragen;
diese wird dadurch sehr stark beansprucht, insbesondere wenn sie zu Eigenschwingungen
angeregt wird, die rückwirkend auch wieder den Räderantrieb beanspruchen. Infolgedessen
können Nabensitze und andere Verbindungsteile sich lösen oder sogar Brüche eintreten.
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Um derartige Nachteile zu vermeiden, wird bekanntlich zwischen der
Maschinenwelle und der Gebläsewelle eine elastische Kupplung eingeschaltet, derart,
daß die Eigenschwingungszahl der getriebenen Teile möglichst weit unterhalb der
Erreger-Impulszahl der Antriebsmaschine liegt. Theoretisch müßte in diesem Falle
die Gebläsewelle eine gleichförmige Drehbewegung ausführen, da sie den zusätzlichen
Beschleunigungen und Verzögerungen der Maschinenwelle infolge der Abstimmung ihrer
Eigenschwingungszahl nicht mehr ausgesetzt ist. Dabei ist jedoch zu beachten, daß
das kritische Gebiet zunächst bei Inbetriebnahme der Anlage durchfahren werden muß
und außerdem gerade bei Schiffsanlagen
mit Rücksicht .auf die gegebenenfalls
häufigen Änderungen der Fahrtgeschwindigkeit ein störungsfreier Betrieb auch für
unter der normalen Betriebsdrehzahl liegende Drehzahlen möglich sein muß.
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Eine ausschließlich durch Federn hergestellte Verbindung der beiden
Kupplungsteile ist allerdings ungeeignet. Da nämlich Federn mit Rücksicht auf eine
nicht zu hohe Beanspruchung beim Auftreten des größten von ihnen zu übertragenden
Drehmomentes bemessen werden müssen, mit zunehmender Stärke aber ihre Steifheit
größer wird, so ist bei Übertragung des gesamten Antriebsmomentes durch solche Elemente
-nur eine mehr oder weniger beschränkte Elastizität der Kupplung möglich. Dazu kommt
noch, daß Federn allein die im Resonanzfall auftretenden Stöße überhaupt nicht elastisch
abfangen können, so daß in diesem Falle die Kupplungsteile gegen die AusschIagbegrenzungen
hart anschlagen. Deshalb muß zusätzlich eine besondere Dämpfungseinrichtung vorgesehen
werden; zu diesem Zweck bedient man sich entweder der Flüssigkeitsreibung oder eines
Systems von unter Druck gegeneinanderliegenden Reibscheiben.
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Die Erfindung geht demnach von einer solchen elastischen und gleichzeitig
schwingungsdämpfenden Kupplungsbauart aus, bei der sowohl paarweise gegeneinandergeschaltete
Federungselemente als auch federnd gegeneinandergepreßte Reibscheiben vorhanden
sind. Die Reibflächen der in diesem Zusammenhang verwendeten ILupplungsscheiben
wurden bisher eben ausgebildet. Bei einfachen Reibungskupplungen hat man auch schon
die Reibflächen durch Nuten bzw. Schlitze in der Weise unterbrochen, daß die wirksame
Fläche einer Scheibe möglichst gleichmäßig über ihren ganzen Ringquerschnitt verteilt
wird. Ferner sind auf anderem Gebiet wellenförmig ausr,ebildete Reibscheiben bekannt,
die sich in eine aus nachgiebigem U'erkstott hergestellte Gegenscheibe hineindrücken
sollen. Allen diesen =1u#führungen sind die Merkmale gemeinsam, daß die Bewegung
(leg Scheiben in einer senkrecht zu ihrer Drehachse stehenden 1?bene erfolgt und
die #eillwirl:ung tiliallli;ill#ig i-011 (leg gegenseitigen Lage <leg miteinander
ztisainmenarbeitenden Scheiben ininier gleich ist.
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Um nun den besonderen `-erhaltni#en einel' init federn(len und reibenden
L'llertra@ungsgliedern ausgerüsteten I,7,uhplung noch lle:-ser als niit (len bislieri-en
_\nordnungen Reclllitillg 7u tragen, (Zart nicht liberselien werden, (lali einerseits
die zur l;etriebssicherheit erforderliche Begrenzung (leg Schwingungsausschläge
durch (liese Glieder ini kritischen Gebiet erst bei einer bestimmten Gi-hllle der
Dämpfung möglich ist, andererseits aber im Sinne großer Elastizität eine niedrige
Eigenschwingungszahl des Gesamtsystems erhalten bleiben und beim Arbeiten der Kupplung
ein nicht zu großer Leistungsverlust durch Reibung eintreten soll. Zur Durchführung
dieser Aufgabe bedient man sich zweckmäßig einer Maßnahme, die bisher- nur in anderem
Zusammenhang bekannt war, nämlich für eiryp Kupplung, die im Gegensatz zu den vorliegenden
Verhältnissen das gesamte Antriebsmoment ausschließlich durch Reibflächen überträgt
und beim Überschreiten einer bestimmten Belastung selbsttätig ausrückt. Die Erfindung
besteht darin, daß di-Reibflächen der kombinierten Feder-Reibungskupplung im Sinne
zunehmender Reibdämpfung bei gegenseitiger Verdrehung der Kupplungsteile aus der
Normallage nach beiden Seiten schräg zur Umfangsrichtung verlaufen.
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Wenn die Federelemente einer solchen Kupplung in an sich bekannter
Weise aus steiferen Hauptfedern und diesen nachgeschalteten weicheren Hilfsfedern
bestehen, wird der Zusammenbau der verschiedenartigen Federn zweckmäßig in der Weise
vorgenommen, daß beim Zusammendrücken der Federelemente die Widerlagerkörper der
Hilfsfedern von der Normallage ab sich unmittelbar gegeneinander abstützen und infolgedessen
die Hilfsfedern nur bis zu dieser Lage vorgespannt werden, während die darüber hinausgehende,
als Rückstellkraft wirksame zusätzliche Spannung der betreitenden Elementengruppe
allein von den Hauptfedern übernommen wird.
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Der Gegenstand der Erfindung einet sich außer dein auf der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel als . Gebläseantrieb bei einer Brennkraftmaschine
auch noch für andere Gebiete, bei denen (las Übertragen von Umlaufschwankungen mit
besonderer Sorgfalt zu vermeiden ist. wie z. B. leim Antrieb von Kraftmaschinenreglern
und elektrischen Generatoren sowie ganz allgemein bei Zahnradgetrieben. Im vorliegenden
Falle zeigt Abb. i sinnbildlich die -Anordnung eines Z'bersetzungsgetriebes an (leg
Stirnseite der Brennkraftniaschine, während die Abb. -2 bis q. zelheiten der Kupplung
erkennen lassen.
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@"mi (leg lsurl)clwelle einer Zi%-eit.tlctiirenn-1<raftniaschine
wird über ein Zahnrad-etriebe a, h. c-. d. t: ein an sich bekanntes
Spül- 11-r.«-. .\ufla(legebläse r angetrielieii. Z«-i:chen dein Mit7el C t117(1
(lein Zahnrad (1 sind eine eIastische I#e(lerktippltuig tind eine nachgiebige he
ibungskupplung parallel zueinander in (len .\lltriel) (les Gebliises eingeschaltet.
Die I#e-(lerkttpphing besteht aus mehreren paarweise gcgencinan(lergeschaltetcn
le(lerclenu#ntrn.
in denen jeweils eine steifere Hauptfeder g un<I-cine@@'cicherc
Hilfsfeder h. zusammenwirken. Diese beiden ineinander angeordneten 1l' eclern stutzen
sich mit ihrem einen Ende über eine Führungsbuchse i gegeneinander ab, während sie
mit ihrem anderen Ende in entgegengesetzten Richtungen auf zwei weitere Buchsen
k, in. einwirken, die auf bzw. in der Führungsbuchse verschiebbar gelagert sind
und deren kugelpfannenförmige Köpfe in entsprechende W iderlagerflächen einerseits
der mit dem treibenden Ritzel c fest verbundenen Kupplungsteile iz und andererseits
der Speichen o des getriebenen Zahnrades-d eingesetzt sind. Die mit dem Zahnrad
d verbundenen Reibscheiben p liegen mittels einstellbarer Federkraft auf beiden
Seiten gegen die zum treibenden Teil gehörende Reibscheibe q an. Das auf der' Stirnseite
der Maschine, gesehen hinter dem Zahnrad d, gleichachsig mit diesem liegende Ritzel
c ist auf der verlängerten Nabe r des Zahnrades frei drehbar gelagert. Als gemeinsame
Drehachse für beide ist ein am Maschinengestell befestigter Zapfen s vor-
gesehen.
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- Bei der beschriebenen Anordnung geht der Kraftfluß vom Ritzel in
das Zahnrad teils durch die zvlindrischen Schraubenfedern, teils durch die Reibscheiben.
Während die elastische Schraubenfederkupplung die Ungleichförmigkeit der treibenden
Maschinenwelle ausgleicht, verhindert die nachgiebige Scheibenkupplung, daß das
vom Arbeiten des Gebläses, herrührende ungleiche Widerstandsmoment des getriebenen
Teiles sich als Beschleunigung bzw. Verzögerung des Gebläsesvstems auswirkt.
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Das 'besondere Merkmal der schräg zur Umfangsrichtung verlaufenden
Reibflächen ist in Abb.4 als vergrößerter, mit gleichbleibendem Halbmesser um die
Drehachse der Kupplungsteile c, rd verlaufender Schnitt A-B durch die Abb. 3 dargestellt.
In der gezeichneten Normallage berühren sich die ringförmigen Reibscheiben mit ihren
ganzen, in der Umfangsrichtung zickzackartig, abwechselnd schräg vor- und zurückspringenden
Stirnflächen; die Vorspannung der die Reibscheiben aneinanderdrückenden Federn ist
dabei nur verhältnismäßig gering, so daß auch nur ein geringer Teil des Drehmomentes
durch Reibung übertragen wird. Wenn dagegen die zum treibenden Teil der Kupplung
gehörende mittlere Scheibe q sieh infolge einer Schwankung -des Drehmomentes gegenüber
den getriebenen Kupplungsscheiben p nach der einen oder anderen Seite hin verdreht,
werden die letzteren auseinandergedrückt, wobei die gegenseitige Reibung der Anlageflächen
entsprechend den. jeweiligen Verhältnissen zunimmt. Die Forderung einer möglichst
großen Weichheit der Kupplung wird bezüglich der Federelemente durch das an sich
bekannte Nintereinanderschalten von verschieden bemessenen Federn unterstützt. Die
weicheren Hilfsfedern ermöglichen nämlich durch ihre flachere Charakteristik eine
geringere Vorspannung in der \ormallage, ohne daß die Federelemente beim Ausdehnen
vor der Ausschlagsgrenze ganz spannungsfrei werden und klappern oder gar auseinanderfallen
können. In diesem Zusammenhang stellt nun die Anordnung gemäß Anspruch a eine besonders
vorteilhafte Weiterentwicklung dar, weil da-'durch erreicht wird, daß die Hilfsfedern
nur für die ihnen obliegende Aufgabe der Entlastung Gier Hauptfedern im unteren
Spannbereich herangezogen werden und von den beim Zusammendrücken der Federelemente
zu übertragenden großen Kräften selbst entlastet sind.
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Wenn die Maschine stillsteht, die Kupplung also kein Drehmoment zu
übertragen hat, sind alle Federelemente gleichmäßig vorgespannt. Diese Vorspannung
entspricht bei jedem Element der größtmöglichen Spannung der Hilfsfeder lt, indem
die ihre Widerlager bildenden Teile, nämlich die Führungsbuchse i und die Buchse
h, sich in der Federungsrichtung ohne Druck gerade gegenseitig berühren. Sobald
vom treibenden auf den getriebenen Kupplungsteil ein Drehmoment übertragen wird,
z. B. gemäß Abb. z im Uhrzeigersinne, wird die eine Elementengruppe noch mehr zusammengedrückt,
während die andere sich ausdehnt. Bei den erstgenannten Elementen verschiebt sich
jetzt nur noch die Buchse va auf der Führungsbuchse i im Sinne einer Verkürzung
und damit zunehmenden Spannung der Hauptfeder g, während die-Länge und Spannung
Tier Hilfsfeder h unverändert bleibt. Bei den letztgenannten Elementen hebt sich
die Führungsbuchse i von der Buchse k ab: durch das Federungsvermögen der Hilfsfedern
7i wird jedoch erreicht, daß bis zur größtmöglichen Ausdehnung der Elemente die
beiden sich gegen die Kupplungsteile abstützenden Buchsen k, in über die Führungsbuchse
i und die Federn g, lt miteinander in kraftschlüssiger Verbindung
bleiben.