-
Schlingfederkupplung für feinmechanische Antriebe Die Erfindung betrifft
eine Schlingfederkupplung für feinmechanische Antriebe, zur ruckfreien, allmählichen
Ein- bzw. Entkupplung zweier koaxialer Wellen, mit einer mit der antreibenden Welle
fest verbundenen und das Ende der angetriebenen Welle an sich lose umschlingenden
Schraubenfeder.
-
Nach diesem Prinzip arbeitende Kupplungen sind in verschiedenen Ausführungen
und Anwendungen bekannt. Bei einer bekannten als Freilaufkupplung wirkenden Schlingfederkupplung
=schlingt z. B. die mit einem etwas geringeren Durchmesser als die Wellen gewickelte
Schraubenfeder die antreibende Welle und ist mit ihrem anderen Ende fest mit der
anzutreibenden Welle oder mit einem auf der antreibenden Welle drehbar gelagerten
Zahnrad fest verbunden. Wird die antreibende Welle in Richtung der Federwindungen
gedreht, so klemmt sich die Schlingfeder auf der antreibenden Welle fest und nimmt
die anzutreibende Welle bzw. das Zahnrad mit. Diese Schlingfederkupplung hat den
Nachteil, daß sie beim Einschalten keinen Schlupf zuläßt und somit ein starres Einkuppeln
mit stoßhafter Belastung bewirkt.
-
Bei einer anderen bekannten Schraubenfederkupplung, die zum Ein- und
Ausrücken steuerbar und vorzugsweise für schwere Antriebe anwendbar ist, befindet
sich auf der antreibenden Welle frei drehbar eine Einrückscheibe, bei deren Betätigung
in axialer Richtung über einen an der Außenseite der Schraubenfeder gelagerten Hebel
die Feder im Sinne ihrer Windungen gespannt wird, so daß sie, so lange die Einrückscheibe
betätigt bleibt, den Reibungsschluß zwischen Feder bzw. angetriebener Welle und
antreibender Welle aufrechterhält. Sobald zwischen der erstenWindung der Feder und
der antreibendenWelle Reibungsschluß hergestellt ist, wird die gesamte Feder durch
die Kraft der antreibenden Welle gespannt und die Reibungsverbindung hergestellt.
Dabei kann an Stelle der Anordnung eines Hebels die Einrückscheibe auch mit einer
konischen Bohrung ausgeführt und die Feder entsprechend geformt sein, so daß die
Einrückscheibe die erste Federwindung unmittelbar ergreift. Diese bekannte Kupplung
hat den Nachteil, daß der einseitige Angriff der Reaktionskraft des Hebels auf die
Scheibe diese, verkanten räßt und zwischen beiden bzw. zwischen der Scheibe und
einer Schaltgabel während des eingerückten Zustandes beträchtliche Gleitreibung
und somit Verschleiß auftritt.
-
Bei einer weiteren bekannten richtungsumschaltbaren Schraubenfederkupplung
werden zwei Schraubenfedern größeren Durchmessers als die getriebenen Wellen und
entgegengesetzter Windungsrichtung wahlweise einzeln durch einen Betätigungsring
mit konischer Innenfläche betätigt. Auch hierbei tritt der Nachteil der durch die
axiale Schubkraft entstehenden Gleitreibung an dem Betätigungsring auf. Außerdem
arbeitet der Betätigungsring stets mit der gleichen Federwindung zusammen, so daß
diese letzte Windung bzw. die letzten Windungen der Schraubenfeder unvermeidlich
am meisten beansprucht und abgenützt werden. Auch ist bei diesen Kupplungen ein
absolut ruckfreies Ein- bzw. Entkuppeln nicht immer gewährleistet.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser
Nachteile eine Schlingfederkupplung zu schaffen, die vorwiegend in feinmechanischen
Antrieben anwendbar ist, also Drehmomente geringerer Größenordnung zu übertragen
hat, wobei ein allmähliches Einkuppeln gewährleistet ist und wobei außer zwischen
der Schraubenfeder und der abtreibenden Welle, wo eine Gleitreibung beabsichtigt
ist, an keinem Teil der Kupplung irgend eine verschleißbildende Reibung auftritt,
unabhängig davon, ob die Kupplung ein- oder ausgerückt ist.
-
Die Schraubenfederkupplung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß zum Ein- bzw. Entkuppeln eine mittels eines tastengesteuerten Schwenkarmes geführte,
eine tonnenförinige Oberfläche aufweisende Rolle sich in axialer Richtung unter
der Wirkung einer Feder auf den Windungen der die angetriebene
Welle
umschlingenden Kupplungsfeder abwälzt.
-
Da durch die Rolle eine Federwindung nach der anderen wirksam wird,
also ein kontinuierlicher Übergang stattfindet, ist ein allmähliches weiches Einkuppeln
gewährleistet. Dabei ist durch entsprechende Auslegung der Schwenkgeschwindigkeit
die Kennlinie des Kuppelvorganges weitgehend bestimmbar. Da die Schraubenfeder vorzugsweise
quadratischen bzw. rechteckigen Querschnitt aufweist, kann die Lauffläche für die
Rolle praktisch als zylindrisch angesehen werden. Die Rolle hat also durch ihr Mitlaufen
und die abwälzende Bewegung ausschließlich punktförmige Haftreibungsverbindung mit
der Feder, so daß auch störende Geräuschbildung kaum auftritt. Das durch die Kupplung
übertragbare Drehmoment nimmt mit der Anzahl der angelegten Windungen allmählich
bis zum Höchstwert zu.
-
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in
den Unteransprächen enthalten.
-
Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels
veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 eine schaubildliche Gesamtansicht derKupplung,
Fig. 2 eine Vorderansicht der Kupplung mit der Kupplungsfeder im Schnitt und der
Kupplungsrolle, in der dem ausgeschalteten Zustand der Kupplung entsprechenden Lage,
Fig. 3 die KupplungsroHe in der dem eingeschalteten Zustand der Kupplung
entsprechenden Lage, Fig. 4 die Anordnung zur Verriegelung des Schwenkarmes im eingeschalteten
Zustand der Kupplung, Fig. 5 die Anordnung gemäß Fig. 4 im verriegelten Zustand
und Fig. 6 eine abgewandelte Ausführungsform, bei der bei der Entriegelung
die Kupplungsrolle von der Feder abgehoben wird, um das sofortige Abschalten der
Kupplung zu bewirken.
-
Bei der in Fig. 1 dargestellten Kupplungseinrichtung ist mit
1 die Antriebswelle bezeichnet, die mit einer ständig durch einen
Riemen 4 in Pfeilrichtung angetriebenen Riemenscheibe 3 verbunden ist. Koaxial
zur Welle 1 ist die Abtriebswelle 2 angeordnet. Die zueinander gekehrten
Enden der Wellen 1 und 2 sind von einer Schraubenfeder 5 umschlossen,
die von links nach rechts entgegen der Drehrichtung der Welle 1 so gewickelt
ist, daß im unbeeinflußten Zustand der Feder zwischen der Innenfläche ihrer Windungen
und dem Umfang der Wellen 1 und 2 etwas Luft ist (Fig. 2). Das linke Ende
der Feder5 ist durch eine Klemme 6 fest mit der Antriebswelle,
1 verbunden, so daß sich die Feder 5 ständig mit der Welle
1
dreht und bei ausgeschalteter Kupplung kein Drehmoment auf die Abtriebswelle
2 überträgt.
-
Mit der Kupplungsfeder 5 wirkt bei Betätigung der Kupplung
eine Rolle 8 mit tonnenförmiger Oberfläche zusammen. Diese Rolle ist drehbar an
einem Arm 9
gelagert, der senkrecht zur Richtung der Wellen 1
und 2
angeordnet ist und dessen hinterer Armteil 10
abgewinkelt und drehbar auf
einer Achse 11 gelagert ist. Der Arm 9 hat eine weitere als Lager
dienende Abwinklung 12, durch deren Langlochbohrung 14 die Achse 11 hindurchgeht.
Die Bohrung 14 ist so angeordnet und gestaltet, daß sich die Rolle 8 am Arm
9
bei dessen Schwenkung unter der Wirkung der an der Abwicklung 12 angreifenden
Feder 15 ständig an die Kupplungsfeder 5 anlegt. Mit dem Armteil
10 ist eine Feder 16 verbunden, die den Arm 9 um die Achse
11 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung schwenkt, in der die Rolle
8 nach links geneigt ist. In dieser Stellung berührt die Rolle
8 nur Windungen der Kupplungsfeder 5, die die Antriebswelle
1 umschließen.
-
Bei der Schwenkung des Armes 9 im Uhrzeigersinne um die Achse
11 wird die Rolle 8 nach rechts geneigt und auf den Federwindungen
so abgewälzt, daß eine Windung der Kupplungsfeder nach der anderen an die Welle
2 zum Anliegen kommt (Fig. 3). Da die Welle l und die Kupplungsfeder5 sich
während dieser Neigung der Rolle 8 ständig drehen, kann die mit der Welle
2 zusammenwirkende Oberffäche der Kupplungsfeder linear so vergrößert werden, daß
sich der Berührungspunkt der Rolle 8 mit der Kupplungsfeder während eines
Umlaufs der Welle um den Abstand zwischen zwei benachbarten Windungen weiterbewegt.
Zum schnelleren Einkuppeln kann die Rolle 8 auch schneller geneigt worden,
um die Kupplungsfeder zum rascheren Zusammenwirken mit der Welle 2 zu veranlassen.
Sobald ein Teil der Kupplungsfeder 5 die Welle 2 erfaßt, bewirkt die zwischen
der rotierenden Feder und der zunächst stillstehenden Welle 2 erzeugte Reibung,
daß die Feder 5 sich fest um die Antriebswelle 1 legt. Dabei wird
bereits ein geringes, beim weiteren Abwälzen der Rolle allmählich ansteigendes Drehmoment
auf die Welle 2 übertragen. Sobald sämtliche Windungen der Kupplungsfeder an der
Welle 2 anliegen, wird die Welle 2 von der Welle 1
angetrieben.
-
Zum Schwenken des Armes 9 um die Achse 11 ist ein auf
einem Bolzen 21 drehbar gelagerter Winkelhobel 20 vorgesehen, dessen einer Arm unter
den Armteil 10 des Armes 9 greift. Der andere Arm des Kniehebels ist
durch einen Lenker 23 mit einem auf einem Bolzen 25 drehbar gelagerten
Rahmen 24 verbunden. Am Rahmen 24 ist ein Nocken 26 mit zwei geriffelten
Nockenflächen 27 und dazwischenliegenden Abflachungen 28 drehbar gelagert.
Eine (nicht dargestellte) Feder veranlaßt den Nocken zur Drehung im Uhrzeigersinne,
um eine seiner Nockenflächen in Eingriff mit einer auf der Welle 1 befestigten
Manschette, 30 aus geeignetem Material, z. B. Gummi, zu bringen. Am Rahmen
24 ist ein Hebel 32 drehbar gelagert, der mit (nicht gezeigten) Nasen an
der einen Seite des Nockens zusammenwirken kann, um den Nocken so zu verriegeln,
daß die Abflachungen 28 gegenüber der Manschette 30 stehen. Der Hebel
32 ist durch eine Stange 33 mit einem Tastenhebel 34 verbunden, der
von Hand betätigt werden kann, um den Nocken 26
auszulösen und in Eingriff
mit der Manschette 30 zu bringen.
-
Nach Auslösen des Nockens 26 wird dieser durch die Welle
1 über die Manschette 30 angetrieben und schwenkt den Rahmen 24 entgegen
dem Uhrzeigersinn. Wenn nun die nächste Abflachung 28 des Nockens
26 gegenüber der Manschette 30 zu liegen kommt, verriegelt der Hebel
32 den Nocken und hält diesen von der Manschette getrennt, bis der Tastenhebel
erneut gedrückt wird. Das Schwenken des Rahmens 24 bewirkt eine Betätigung des Winkelhebels
20, der den Arm 9 um die Achse 11 schwenkt und dadurch die Rolle.
8 aus der in Fig. 2 gezeigten Stellung in die in Fig. 3 gezeigtem
bewegt. Während dieses Vorganges drückt die Rolle, 8 die Windungen der Kupplungsfeder
5 unter der Wirkung der Feder 15 gegen dieWeHe 1 und schließlich
gegen die Welle 2.
Um die Rolle 8 in der eingeschalteten
Stellung der Kupplung gemäß Fig. 3 festzuhalten, ist ein auf dem Bolzen
38 gelagerter Riegel 36 vorgesehen, der unter der Wirkung einer an
ihm angreifenden Feder 37 auf der oberen Kante des Armes 9 aufliegt
(Fig. 4). Wenn der Arm 9 in der beschriebenen Weise geschwenkt ist, verriegelt
der Riegel 36 den Arm 9 (Fig. 5). Ein Lenker 39 verbindet
den Riegel 36 mit einem auf einem Zapfen 41 gelagerten Winkelhebel 40, der
durch eine Stange 42 mit eine Löse-taste 43 verbunden ist.
-
Um die Kupplung auszurücken, wird die Taste 43 gedrückt, um über die
Stange 42, den Kniehebel 40 und die Zugstange 39 den Riegel 36 von
dem Arm 9
zu lösen. Dann schwenkt die Feder 16 den Arm 9 um
die Achse 11, um Dieb Rolle 8 in die in Fig. 2 gezeigte Ruhestellung
zu neigen. Dabei werden die die Welle 2 umfassenden Windungen der Kupplungsfeder
nacheinander gelöst und somit eine allmähliche Entkupp-Jung erreicht.
-
Es kann auch erwünscht sein, die Rolle 8 aus ihrer in Fig.
3 gezeigten Stellung von der Kupplungsfeder 5
unmittelbar abzuheben,
um den Antrieb der Welle 2 sofort zu beenden. Das wird gemäß Fig. 6 durch
einen Winkelhebel 45 erreicht, der mit dem Riegel 36 auf dem Bolzen
38 gelagert ist, und dessen einer Arm unter dem Arm 9 liegt. Der andere
Arm 47 des Winkelhebels45 ist durch eine Stange 48 mit dem Winkelhebel 40 an einem
Punkt 50 zwischen dem Zapfen 41 und dem Angriffspunkt der Zugstange
39 verbunden. Bei Betätigung des Winkelhebels 40 durch das Drücken der Lösetaste
werden der Riegel 36 und der Winkelhebel 45 iin Uhrzeigersinne um den Bolzen
38
geschwenkt. Der Arm 9 wird infolge seiner Langlochlagerung 14 durch
den Winkelhebel 45 angehoben, und der Riegel 36 gibt den Arm 9 anschließend
zur Schwenkbewegung um die Achse 11 frei, nachdem die Rolle 8 von
der Kupplungsfeder 5 abgehoben ist. Bei Freigabe des Tastenhebels 43 dreht
sich der Winkelhebel 45 entgegen dem Uhrzeigersinn, um die Rolle 8 wieder
auf die Kupplungsfeder in der in Fig. 2 gezeigten Stellung aufzusetzen.