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Die Angabe des Patentinhabers und des Erfinders unterbleibt Die Erfindung
betrifft nachgiebige Kupplungen, deren Kupplungsteile durch Stabfedern verbunden
sind, .die durch die Umfangskr.aft zwischen ihren Lagern biegend beansprucht quer
.zu ihrer Achsenrichtung federn.
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Bei den bekannten Ausführungen dieser Kupplungen mit biegend beanspruchten
Stabfedern liegen die Achsen der Stab-federlager entweder mittig zueinander oder
sie sind gegeneinander in der Umfangsrichtung der Kupplung versetzt.
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Nach der Erfindung werden abweichend von dem Bekannten die biegend
beanspruchten -Stabfedern in Lagern .geführt, deren Lagerachsen radial zueinander
versetzt sind, wobei dieser radiale Versatz der Lagerachsen bei in Richtung der
Wellenachse angeordneten Stabsfedern im wesentlichen radial zur Wellenachse, bei
radial zur Wellenachse angeordneten Staibfedern im wesentlichen in Richtung der
Wellenachse gelegt ist. Die Umfangskraft greift somit, ,bezogen .auf die Lagerung
der Stabfeder, an einem Hebelarm von der Größe des Versatzes :der Lagerachsen gegeneinander
an, während,der axiale Abstand der Lagerstellen voneinander die Biegungslängen der
Stabfeder bestimmt.
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Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele (Abb. i bis i i)
sollen die Erfirndung und ihre Wirkung erläutern, einige Ausf:ührungs- und Entwickfungsmöglichkeiten
aufzeigen.
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Abb. 1 zeigt eine um das Maß e vorgebogene Sbab;feder a, .deren zyl,indri:sche
Lagerzapfen I und II in die ebenfalls um das Maß e gegeneinander radial versetzten
Lager der Kupplungshälften b und c parallel zur Wellenachse eingebaut sind. In dem
zugehörigen SchemaAbb. a ist die Lage der Lagerzapfen I und II in Ruhestellung ündbei
zwei verschieden großen Belastungen, die die Winkelausschläge a1 und q2 der Kupplungshälften
gegeneinander ergeben, dargestellt.
Im Ruhezustand der Kupplung
ist der Abstand der Gelenkpunkte 1-1I der Stabfeder gleich dein radialen Versatz
e. Bei der Belastung entsprechend dem Winkelausschlag 2t ist dieser Abstand 1=Ih,
die Durchbisgung der Sta.bfeder also I=IIt -III, während die Durchbiegun:g einer
Stabfeder, die auf gleichem Drehdurchmesser liegende Lagerzapfen besitzt Ti, sein
würde.
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Ist der Winkelausschlag der Kupplungshälften gegeneinander bei gestiegener
Belastung a.., so ist die Durchbiegung der Stabfeder mit radialem Versatz = I=II2
- e, die Durchbiegung der normal eingebauten Stabfeder I-12 = 1-IL . Durch die radiale
Gelenklänge III = e der vorgabogenen Stabfeder wird demnach der zulässige Winkelausschlag,
vor allem im Gebiet der praktisch vorkommenden kleinen Ausschläge, bei gleicher
Biegebeanspruchung der Stabfedern merklich vergrößert. Die neue Kupplung ist besonders
im Gebiet der kleinen Belastungen weicher, besitzt .,größere Arbeitswege als Kupplungen
bekannter Bauarten mit biegend beanspruchten Stabfe@dern. Daraus folgt die Möglichkeit,
die Fedürkurv e ohne Änderung der Federabmessungen lediglich durch Wahl des Abstands
e zu verändern. Auch sind größere Wellenverlagerungen zulässig. Beim Umsteuern sind
die Stöße auf die Lager der Stabfedern geringer.
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Sinnentsprechendes gilt für Kupplungen, bei denen die Stabfeder im
-wesentlichen in Richtung der Kupplungsradialen, ihr Versatz e in Richtung der Wellenachse
liegt.
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Besitzt die Stabfeder Zapfenverstärkungen f, g (Abb, 3), die in ihren
Lagern drehbar sind, so kann sie auch als Flachfeder ausgebildet sein, sofern ihre
Enden gemäß Erfindung beispielsweise quer zu ihrer Achse und quer zur Umfangskraft
gegeneinander versetzt sind. Der vorhandene Hebelarm der Umfangskraft stellt dann
die Stabfeder unter Drehung der Zapfen in den Lagern praktisch derart ein, daß ihr
kleinstes Trägheitssnoment ungefähr in Richtung der biegenden Kraft vorhanden ist.
In dem gewählten Beispiel ist die Stabfeder um die Größe des Versatzes ihrer Enden
vorgebogen. Diese Enden sind einerseits oberhalb -der Achse von f, andererseits
unterhalb der Achse von g angeordnet, während die Achsen von f und g Teile einer
gemeinsamen Achse sind. Die Auflage der Stabfeder auf ihren Biegeanschlägen ist
eine Flächenauflage, die Anschläge können symmetrisch oder unsymmetrisch zur vorgebogenen
Feder liegen. Diese beispielsweise Ausführung mit Flachfedern verringert die Zahl
der Stabfedern und beseitigt die Federabnutzung im Bereich der Anschläge. Bei Kupplungen
mit mehreren Reihen von Stabfedern kann die Erfindung zur Schaffung gleicher Federungswege
in den einzelnen auf verschiedenen Durchmessern liegenden Stabfedern dienen. Bekanntlich
sind die Federungswege den Teilkreisdurchrnessern der Stabfederreihen verhältnisgleich,
also verschieden. Gibt man nun beispielsweise den Reihen mit den größeren Teilkreisdurchmesserir
einen bestimmten größeren radialen Versatz, so kann man erreichen, daß bei bestimmter
Belastung die Federstäbe sämtlicher Reihen gleich vieldurchgebogen und damit gleich
hoch beansprucht sind. Ein zusätzlicher Vorteil entsteht dabei bei Wellenverlagerungen.
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Die Abb..I zeigt schematisch eine Kupplung mit zwei Reihen von Stabfedern
gleicher Stärke, deren Wellen um 7, verlagert sind. Die äußere Reihe besitzt radial
um e versetzte Lagerzapfen, die innere Reihe dagegen auf gleichem Durchmesser liegende
Lagerzapfen. Der radiale Versatz e ist derart gewählt, daß die Federungswege der
Stabfedern beider Reihen auf der gleichen Kupplungsradialen bei dem Winkelausschlag
a3 und einer Wellenverlagerungv gleich sind, 1-I1.s-I-1I= HI-1V Dain_t ist die Höchstbelastung
der Kupplung gesteigert.
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Die Ungleichheit der Federungswege der um 9ö° in der Umfangsrichtung
gegeneinander versetzten Stabfedern eines Teilkreises, hervorgerufen durch die `Venenverlagerung,
wird damit nicht beseitigt, jedoch sind durch die beschriebene Maßnahme nunmehr
mindestens zwei Stabfedern gleich hoch belastet -wie bisher nur eine Staubfeder
bei den bekannten :Ausführungen.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Abb. ä hat eine gerade Stabfeder beliebigen
Querschn:ittsaußermittig zueinander (um e) und zu den Federenden: liegende Zapfenverstärkungen
1i lind i. Die Aufnalt:meöffnungen der Zapfenverstärkungen in den Kupplungshälften
sind bei parallel zur Wellenachse angeordneten Stabfedern in den Kupplungshälften
um e radial gegeneinander versetzt. Die Wirkung ist die gleiche wie bei der vorgebogenen
Stabfeder nach Abb.3.
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Es genügt, daß die Stabfeder an einem Ende der jeweiligen Biegelänge
außermittig in einer Zapfenverstärkung liegt. Die Zapfenverstärkung einer Lagerstelle
ist als gegen die Stabfeder drehbare Lagerbüchse ausführbar, ohne die Gelenkwirkung
zu verlieren.
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Der Gelenkabstand e kann auch durch Einbau von geraden Stabfedern
unter Vorspannung in radial versetzte Lageröffnungen der Kupplungshälften mit achsenparallelen
Stabfedern oder in axial vers, tzte Lageröffnun-
.gen der Kupplungshälften
mit in den Kupplu.ngsradialen liegenden Staubfedern erfolgen.
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Die Abb.6 veranschaulicht diese vorteilhafte Möglichkeit. Strichpunktiert
ist die StabIeder vor ihrem Einbau gezeichnet, voll ausgezogen nach ihrem Einbau
in die Kupplung unter radialer Vorspannung um e. Zur Erläuterung der Wirkung der
radialen Vorspannung kann die, Abb. z herangezogen werden.
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Mit TI = e wird bei dem Winkelausschlag a1 die Gesamtaixsbiegung der
vorgespannten Stabfeder IIIi, während sie -bei Stabsfedern mit auf gleichen i Drehdurchmesser
liegenden Stabfederlagenn I-ti, also kleiner ist. Wächst der auf a2, so wird die
Gesamtausbiegung der vorgespannten Stabfeder !-i-I, nahezu gleich der der üblichen
Anordnung I-h. Die Gesamtausbiegungen -beider Stab-feder.arten sind .demnach in
dieser Schlußlage praktisch ,gleich groß. Die Biegungszunahme der vorgespannten
Stabfeder unter .der Umfangskraft ist jedoch nur I-I1., - e < I=Is, d. h. die
wechselnde Biegebeanspruchung der'vorgespanten Stabfeder ist kleiner als die der
nicht vorgespannten Stabfeder :bei gleichem Winkelausschlag. Allgemein bekannt ist
demgegenüber, daß durch eine Vorspannung an sich eine Verkleinerung der Formänderungs:wege
eintritt. In diesem Fall wird diese bei elastischen Kupplungen nachteilige Wirkung
der Verspannung durch den radialen Versatz der Lagerstellen aufgehoben.
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Dieser für nachgiebige Kupplungen wesentliche Vorteil der radialen
Vorspannu.ng, .der auch für die bereits erwähnten Ausführungen nach Abb. z f,bis
5 .zusätzlich erreichbar ist, zeigt sich besonders scharf bei einem Vergleich mit
den bekannten umsteuerbaren Stabfederkupplungen mit in der Umfangsrichtung vorgespannten
Sta'bfedern.
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Bei umsteuerbaren Kupplungen sucht man in den .bekannten Stabdederkupplungen
einen Totgang der Staibfedern in ihren Lagern wegen der daraus sich ergebenden Nachteile
dadurch zu vermeiden, daß man Stabsfedern gegeneinander in der Uinfangsrichtung
verspannt. Soll am Ende des Arbeitsweges f hierbei die Gegenfeder vollständig entspannt
sein, so wird bei gleich großer Belastung in beiden Drehrichtungen der Vorspannweg
= Arbeitsweg und der gesamte Durchbiegungsweg der Stabsfeder = Vörspannweg + Arbeitsiveg
= 2 X Arbeitsxveg sein müssen. Der Arbeitsweg beträgt demnach nur höchstens 50 %
des überhaupt nutzbaren Durchbiegunggsweges der Stabfeder. Die Kupplung mit in der
Umfangsrichtung gegeneinander verspannten Stabfedern wird also wesentlich steifer,
insbesondere beim Anfahren. Da außerdem von zwei gegeneinander verspannten Stabfedern
die eine bei Höchstlast entspannt ist, muß die Zahl der Stabfedern verdoppelt werden.
Diese Kupplungen werden dadurch nicht nur steifer, sondern auch schwerer und teurer.
Das größere Gewicht ist aber gerade für umsteuerbare Kupplungen ein bekannter schwerwiegender
Nachteil.
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Diese Verdoppelung der Zahl der Stabfedern hat weiterhin zur Folge,
daß nunmehr bei außermittiger oder winkliger Verlagerung der We@llenstümpfe eine
doppelte Anzahl von Stab-federn in Richtung der Verlagerung durchzubiegen ist. Der
Verlagerungswiderstand und damit die zusätzliche wechselnde Belastung,der Wellenlager
(radial und axial) steigen auf das Doppelte. Da außerdem in bestimmten Umfangsstellungen
die Durchbegungen der Staubfeder, herrührend von der Wellenverlagerung (f,"), von
der Vorspannung in der Umfangsrchtung (f") und von der zu übertragenden' Belastung
(f,), sich addieren, so verringert sich gemäß der Gleichung f," = f -(f"
-[- f,) die durch die Höchstbeanspruchung der Stabfeder gegebene zulässige Wellenverlagerung
durch die in der Umfangsrichtung liegende Vorspannung stark.
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Wesentlich günstiger sind die Verhältnisse bei den gemäß Erfindung
radial vorgespannten Stabfedern. Eines ihrer wesentlichen Merkmale ist, daß der
radiale Vorspann.weg in einem Winkel zum Federungsweg unter der Belastung steht.
Der Richtungsweclisel der Belastung findet statt, wenn die Stabfeder unter voller
radialer Vorspannu,ng steht, so daß ein Totgang der einzelnen Stabfeder in ihren
Lagern mit ihren schädlichen Folgen nicht auftreten kann, solange der Vorspanuweg
größer als die Wellenverlagerung ist. Diese Wirkung wird im Gegensatz zu den in
der Umfangsrichtung verspannten Stabfedern ohne eine Erhöhung der Zahl der Stabfedern
erreicht, weil alle Stabfedern durch die Betriebslast zunehmend gespannt werden
können, eine Folge der im Winkel zur Umfangskraft Liegenden radialen Verspannung
der Stabfedern gegeneinander. Die Kupplungsgröße und das Kupplungsgewicht werden
demnach durch die radiale Verspannung der . Stabfedern nicht erhöht, sondern meist
verringert.
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Die radiale Vorspannung verändert die Federungskurve vor allem in
ihrem Beginn. Hier ist, wie aus den Durchbegungswegen (Abb. 2) hervorgeht, das Verhältnis
zwischen der Federdurchbiegung (f) und dem Drehausschlag (a) am größten, desgleichen
auch der Anteil der Reibung infolge der radialen Verspannung. Daher wird die Dämpfung
gerade in diesem Gebiet verhältnismäßig günstige
Werte annehmen,
-was insbesondere für umsteuerbare oder sich zeitweise überholende Wellen vorteilhaft
ist.
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Die Dämpfung durch die radiale Vorspannung läßt es bei geringerem
Belastungswechsel zu, nur einen Teil der Stabsfedern radial vorzuspannen oder die
radiale Vorspannung verschieden stark zu wählen. Sie ersetzt u. U. die gekurvten
überhöhten ,Anschläge. Mit steigender Vorspannkraft steigt die Dämpfung.
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Da die Federungskursen bei radialem Versatz ohne Vorspannung unid
mit radialer Vorspannung wie beschrieben verschieden beeinflußt wenden, so läßt
sich durch Wahl der Ausführungsart des Versatzes oder ein zusammengefaßtes Wirken
von radialem Versatz und radialer Vorspannung (gegebenenfalls auf verschiedenen
Teilkreisen) fei einer gegebenen Kupplung die Größe des Drehausschlags, die Größe
der Dämpfung und ihr Verhältnis zur Umfangskraft, sowie die Federungskurve regeln,
ohne daß im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen an den Kupplungskörpern selbst
Änderungen erforderlich werden. Diese günstige Regelungsmöglichkeit gestattet weiterhin
einfache Beseitigung festgestellter Anstände an vorhandenen Kupplungen, weiterhin
eine stärkere Normalisierung der Kupplungskörper bestimmter Leistungsübertragung
zwecks Atwendung für verschiedenartige Antriebsverhältnisse. ' Der Einbau der Stabfedern
mit radialer Vorspannung erfolgt bei kleineren radialen Vorspannungen durch Eindrücken
der Lagerzapfen oder der Stabfedern -,mit ihren auswechselbaren Lagern in die Aufnahmeöffnungen
der Kupplungshälften. Sich erweiternde Anschläge erleichtern das Einführen der Stab.federn.
Bei stärkeren Stabfedern, bei größeren radialen Vorspannungen oder auch bei auf
gleichen Durchmessern befindlichen Lageröffnungen wird zweckmäßig die eine Welle
zum Einschieben der Stahfeder angehoben; für den Einbau der weiteren Stabfedern
ist dann nur .noch ein Drehen der Wellen in dieser Achsenlage erforderlich.
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Liegen die Stabfedern radial ,in der Kupplung, so muß die Vorspannung
im wesentlichen in Richtung der Wellenachse stattfinden. Die Wirkung ist darin sinnentsprechend
der bei parallel zur Wellenachse liegenden Stabfedern.
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Die Abb. 7 zeigt eine gerade Stabfeder a, die in Verstärkungsbüchsen
j, 1z mit gegeneinander versetzten Achsen, schräg zu diesen Achsen liegend, eingebaut
ist. Die zugehörigen Aufnahmeöffnungen können radial zur Kupplungsachse um weniger
als e gegeneinander versetzt sein. Der Einbau der Sta'W federn der angegebenen Ausführung
kann dabei in zwei verschiedenen Arten erfolgen. Wird die Stabfeder in der Ruhestellung
der Kupplung I41 < e (Abb. 2) radial eingebaut, so ist sie nach innen vorgespannt.
Diese Vorspannung nimmt mit wachsendem Winkelausschlag bis zur Stellung I11, = e
ab, um erst bei weiterem Winkelausschlag der Kupplungshälften in eine zunehmende
Durchbiegung der Stabfeder überzugehen.
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Wird dagegen die Stabfeder spannungslos eingebaut, d. h. ist ein Winkelausschlag
der Kupplungshälften in der Ruhestellung entsprechend IIli @ e vorhanden, so wird
mit steigender Belastung die Stabfeder sich der Labe 1=1l < e nähern, radial
nach innen zu= nehmend durchgebogen werden. Nach Überschreitung der Lage I-II nimmt
diese Durchbiegung der Stabfeder bis zur Lage 1=11, wieder ab, um darüber hinaus
anzusteigen.
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Die sich ergebende eigenartige Federungskurse kann u. a. beim Umsteuern
von zwei gekuppelten Wellen vorteilhaft ausgenutzt «-erden. Es ergeben sich große
Federungswege unter starker Dämpfung beim Belastungs«-eclisel. Beim Überholen wird
die Schlagwirkung stark gemindert.
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Durch gleichzeitige Verwendung der beiden gekennzeichneten Einbauarten
der Stabfedern, vorteilhaft mit verschiedenen Teilkreisen, ist eine starke Dämpfung
im ganzen Arbeitsbereich der Kupplung auch ohne die sonst übliche Veränderung der
freien Biegelänge bei steigender Belastung erzielbar.
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Außermittiggebohrte auswechselbareLagerbüchsen geben, wenn man ihre
Drehung im Betrieb verhindert, ein einfaches Mittel, die Größe der Gelenkwirkung
bzw., der radialen Vorspannung nach Wunsch zu regeln oder eine Vorspannung zu erzeugen.
Weiterhin ermöglichen sie, Ungenauigkeiten in der gewünschten axialen Lage der :@ufnahmeöffnungen
in den Kupplungshälften zu herichtigen. Die ;ebb. S und 8 a erläutert diese Möglichkeiten
bei Vorhandensein von zwei Lagerbüchsen mit je einer zylindrischen Stabfeder. Beim
Einbau decken sich bei Verwendung gerader Stabfedern zuerst die beiden Zapfenachsen
I, 1I, während der Abstand der Stabfederachsen von Mitte Lagerbüchse 1,l, e beträgt.
Durch Drehung der einen Lagerbüchse l gegen in um iSo° kann dieser Abstand unter
Vorspannung der Stabfeder auf e erhöht werden. Der gegenseitige Abstand der Lagerzapfen
ist also je nach Stellung der Lagerbüchsen zwischen o und e einstellbar. Die gedrehte
Lagerbüchse muß nach Einstellung gegen Drehung gesichert werden. Der angegebene
Zweck ist auch mit nur einer Lagerbüchse erreichbar.
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Auch für sogenannte Gruppenlager mit
zwei oder mehr
darin gelagerten Stabfedern ist .die Erfindlung vorteilhaft anwendbar. Die einfachste
Lösung ist die Anordnung von Stabfedern nach Abb. i bis 8 nicht unmittelbar in den
Kupplungshälften oder in einzelnen Lagerbüchsen, sondern in den Gruppenlagern, wobei
diese Gruppenlager fest oder beweglich in den Kupplungshälften angeordnet sein können.
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Die Abb. 9 bis i i veranschaulichen einige Ausführungsmöglichkeiten
der Erfindung bei Gruppenlagern mit radialer Vorspannung der Stabfader. Dias normale
Gruppenlager in radial versetzten Lageröffnungen der Kupplungshälften ist nicht
besonders dargestellt.
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In Abb. 9 sind die Gruppenlager nz o radial versetzt, die Stabfedern
gerade. Da die Lageröffnungen in den Kupplungshälften auf gleichen Durchmessern
sitzen, werden die Stabfedern, der Gruppe beim Einbau radial verspannt. Die Wirkung
auf die einzelne Stabfeder ist dann bei Belastung grundsätzlich die gleiche wie
in Abb.2 dargestellt. Abb.ga zeigt strichpunktiert die Lage der linken Zapfen der
eingebauten und vorgespannten Stabfedern in Ruhestellung der Kupplung.
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In Abb. io besitzen- die geraden Stabfedern a1, a2 verschiedenen Abstand
von der Mitte der gleichachsigen Gruppenlager p; q, während die Lageröffnungen der
Gruppenlager in den Kupplungshälften radial gegeneinander versetzt sindi (Abb. ioa).
Zum Einbau der Gruppenlager wird deshalb.beispielsweise die eine Welle radial angehoben
bis zur gleichachsigen Lage der beiden zusammengehörigen Lageröffnungen. Nach Rückkehr
der Welle in ihre Betriebslage sind die Stabfedern radial vorgespannt. Die Wirkung
einer Belastung auf die einzelnen Stabfedern entspricht der Wirkung der Ausführung
nach Abb. 6.
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In Abb. ii:a Abis iic sind @d@ie vier Stabfedern r, s radial ,gegen
die Mitte ,der Gruppenil@ager verspannt, gegeibenenfails auch nur die Stabfedern
r. Die Gruppenlager t1, t2 und ihre Lageröffnungen in den Kupplungshälften lieben
mittig zueinander, die Bearbeitung und ,der Einbau sind also einfach:st. Sind! die
Stabfedern in ihren Lagern frei drehbar, so i!st die Gelenkwirkung auch hier vorhanden.
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Bei dreilagrigen Stabfedern, die als eine Vereinigung von zwei axial
nebeneinanderliegenden Stabfedern angesehen werden können, erfolgt die radiale Versetzung
oder Verspannung zwischen dem Mittellager und den beiden Außenlagern.
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Das Anwendungsgebiet und die Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung
sind vorstehend in den Hauptzügen erläutert; hingewiesen sei noch auf die in den
Bereich der Erfindung fallenden vorteilhaften Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen
Maßnahmen. Unter Stabfedern sind sowohl Stabfedern mit zylindrischen als auch mit
anderen Querschnitten zu verstehen.
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Bei den bekannten Kupplungen mit auf Biegung beanspruchten Stabfedern
werden notwendige Änderungen der Federungswege, der Federungskurve, der Dämpfung
durch Änderungen an den Kupplungskörpern erzielt, beispielsweise unter Änderung
der Biegelänge, der gekurvten Anschläge, des Stabfederquerschnitts oder der Federzahl
bei gegeneinander in der Umfangsrichtung verspannten Stabfedern. Hierdurch wird
nicht nur die Herstellung verteuert, sondern auch das Gewicht vergrößert, die Anpassung
der Kupplungen an die jeweiligen Betriebsverhältnisse, wie bereits vorstehend näher
ausgeführt, erschwert.
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Die durch die Erfindung erreichbare Wirkung bietet demgegenüber grundsätzlich
die Möglichkeit, die Federungswege, die Dämpfung und die Federungskurven in einfachster
Weise zu beeinflussen, so daß eine Anpassung an alle auftretenden Forderungen, in
vielen Fällen unter Vereinfachung der Ausführung und Minderung des Gewichts der
Kupplung, erfolgen bann.