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Elastische Kupplung Die Erfindung betrifft elastische Kupplungen,
die dazu bestimmt sind, die Bewegung einer Antriebswelle auf eine Abtriebswelle
zu Ubertragen, wobei die Ausrichtungfehler der Wellen sowie ihre radialen und axialen
Verlagerungen und die Drehschwingungen, die von der Asynchronität des zusammen gekuppelten
Paares Motor und Widerstand herruhren, absorbiert werden sollen.
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q Man kennt Kupplungen, deren Elastizität durch Zwischenschaltung
von elast omeren Materialien oder von Federn zwischen einer von der Antriebswelle
fest geführten und einer von der Abtriebswelle fest geführten Platte erhalten wird.
Man kennt auch Kupplungen, bei denen die eine Platte kurze Stifte mit abgerundeten
Enden tragt, die in Aufnahmen der anderen Platte eingreifen; die Stifte können sich
in ihren Aufnahmen neigen, derart, daß die Platten sich in allen Richtungen gegeneinander
neigen können; jedoch gestattet eine solche Ausfuehrung nur dann
eine
Aufnahme von Drehvibrationen, wenn Gummiringe zwischen den Stiften und den Aufnahmen
angeordnet werden.
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Die vorliegende Erfindung hat eine elastische Kupplung zum Gegenstand,
die weder ein elastomeres Material noch eine Feder aufweist und völlig aus Metall
bestehen kann, so daß eine besonders robuste und unter allen Umgebungszuständen
verwendbare Kupplung erhalten werden kann.
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Gemäß der Erfindung wird, um die relativen Verlagerungen der Wellen
und die Drehschwingungen zu absorbieren, die elastische Biegsamkeit von verlängerten
Elementen zwischen zwei Halterungen ausgenutzt. Zu diesem Zweck ist eine Mehrzahl
von länglichen, vorzugsweise metallischen Elementen gleichmäßig um die Kupplungsachse
verteilt und die beiden Enden der Elemente sind in einem führenden und einem geführten
Organ eingelassen, wobei wenigstens eine Halterung jedes Elementes durch Eingriff
eines Endes des Elementes in eine Bohrung verwirklicht ist. Dabei sollen Vorkehrungen
getroffen werden, um zu vermeiden, daß das führende Organ und das gefuhrte Organ
sich nicht so weit voneinander entfernen, daß die Elemente aus den Bohrungen austreten.
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Bei einer AusfOhXngsar7 sind die führenden und geführten Organe mit
Mitteln wie gleitenden Keilen versehen, die eine nur in Drehrichtung feste Verbindung
der zu kuppelnden Wellen bewirken, und sie weisen Kugelflächen auf, die mit einem
Verbindungsstück Kugelgelenkverbindungen bilden, wobei dieses Verbindungsstuck die
genannten Organe daran hindert, sich voneinander zu entfernen, ihnen aber gestattet,
sich zu einander zu neigen. Dieses Verbindungsstück ist vorzugsweiso rohrförmig,
derart, daß « ein dio Kupplung umgebendes und schützendes Gehäuse bildet.
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Die länglichen Elemente können massive Stangen sein kreisförmigen
oder Vierkantquerschnittes, aber gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erw findung
ist jedes Element derart gestaltet, daß das Verhältnis zwischen seinem Widerstandsmoment
gegen Durchbiegung und seinem Trägheitsmoment größer oder im Gegensatz hierzu kleiner
ist als das Verhältnis zwischen dem Widerstandsmoment gegen Durchbiegung und dem
Trägheitsmoment einer massiven Stange kreisförmigen Querschnittes, die in der Kupplung
dieselben radialen Ausmaße hat.
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Der Vorteil der erfindunSFgemäßen Kupplung liegt, wie weiter unten
näher beschrieben, darin, daß ein verhaltnismäßig geringer Raumbedarf in Radialrichtung
notwendig ist. Im allgemeinen wird es vorteilhaft sein, auch die Länge einer sehr
nachgiebigen Kupplung, die dazu bestimmt ist, ein gegebenes Drehmoment zu ubertragen,
auf ein Minimum zu reduzieren. Wenn z. B. der radiale Platzbedarf der Kupplung ebenfalls
vorbestimmt ist, wird man Elemente (deren radiales Ausmaß durch das zulässige radiale
Ausmaß der Kupplung bestimmt ist) wählen, die ein großes Widerstandsmoment gegen
Biegung (um die Kupplungskraft mit dem notwendigen Sicherheitszuschlag übertragen
zu können) und ein geringes Trägheitsmoment (also eine große Weichheit) aufweisen.
Die Elemente können z. B. durch Flachstangen oder durch schmubenfönnig gewundene
Bänder gebildet werden oder aus einem Bündel paralleler oder mXteinonder verdrehter
Stahgen gemacht sein.
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Es kann auch eine verhältnismäßig steife Kupplung gebaut werden, deren
radiale Ausmaße und deren Llinge vorgegeben sind. Das Trägheitsmoment der Elemente
kann dann verhültnismaßig groß sein und man kann sie erleichtern1 indem sie derart
gewählt werden, daß ihr Widerstandsmoment gegen Biegung gerade ausreicht, um sie
das Kupplungsmoment mit dem notwendigen Sicherheitszuschlag übertragen zu lassen.
Diese Elemente können z. B. Rohre sein.
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Die folgende Beschreibung und die beigefügte Zeichnung, die ein nicht
beschränkendes Ausfuhrungsbeispiel darstellen, werden die verschiedenen Besonderheiten
der Erfindung und die Art ihrer Verwirklichung besser verständlich machen, wobei
die ganze Anordnung, die aus der Zeichnung und/oder aus der Beschreibung hervorgeht,
im Rahmen der Erfindung liegt.
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In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kupplung teilweise
im Längsschnitt nach der Linie 1-1 in Fig. 2, Fig. 2 einen Querschnitt nach der
Linie ll-ll in Fig. 1, Fig. 3 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 1 eine Abwandlung,
Fig. 4 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 1 eine Ausfuhrungsort bei der die Elemente
aus flachen Stangen bestehen, Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV in Fig.
4 und Fig. 6, 7 und 8 Teillüngsschnitte ähnlich der Fig. 4, die Kupplungen zeigen,
deren Elemente aus schraubenförmig gewundenen Streifen bzw.
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Stangen,bündeln bzw. Rohren bestehen.
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Die in Fig. 1 dargestellte Kupplung hat im wesentlichen ein fUhrendes
Organ 1 und ein geführtes Organ 2, die dazu bestimmt sind, auf eine nicht dargestellte
Motorwelle bzw. eine nicht dargestellte Abtriebswelle aufgekeilt zu werden.
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Die Organe 1 und 2 sind mittels Stangen 3, 4, 5, 6 miteinander gekuppelt,
die Uber ihre Durchbiegung zwischen zwei Halterungen arbeiten, um die Drehkupplungskraft
des fUhrenden Organs auf das geführte Organ zu übertragen.
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Die Organe 1 und 2 sind Drehteile mit einer Kugelfläche la, 2a, die
der Gestalt einer Kugelzone entsprechen. Sie sind mit Bohrungen 7, 8 versehen
mit
Keilnuten 7a, 8a, in denen die Motor- bzw. Abtriebswelle verkeilt ist.
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Das Organ 1 hat auf seiner inneren Stimfiäche lb vier Sacklöcher 3a,
4a, 5ci, 6a, die im gleichen Abstand auf einer zu dem betreffenden Organ konzentrischen
Kreislinie (strichpunktierte Linie 9) verteilt sind. Das Organ 2 ist in gleicher
Weise auf seiner inneren Stirnfläche 2b mit vier Sacklöchern 3b und 4b versehen,
die gleichmäßig auf einem Kreis vom selben Durchmesser wie der Kreis 9 verteilt
sind. Jede der Stangen z. B. 3 greift mit ihren Enden in Sacklöcher z. B. 3a und
3b; wenn die beiden nicht dargestellten Wellen auf eine Achse XX' ausgerichtet sind,
sind die vier Stangen parallel zu dieser Achse und mit gleichem Abstand um diese
angeordnet.
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Wenn das Organ 1 um die Motorwelle in Rotation versetzt wird, überträgt
es die Bewegung von dieser auf die Abtriebswelle Uber das Organ 2, wobei die ganze
Kupplung einem Drehmoment unterworfen wird. Dieses Drehmoment bringt auf die Stangen
3, 4, 5, 6 ein Biegemoment auf. Die Stangen können sich zwischen den Halterungen,
die durch ihren Eingriff in die Sacklöcher z. B. 3a und 3b gebildet werden, abbiegen.
Es ist also die Abbiegung der Stangen zwischen ihren Halterungen, die die Drehschwingungen
absorbiert, welche, insbesondere beim Anlaufen, durch die Asynchronität des gekuppelten
Motors (durch die Motorwelle auf das Organ 1 aufgebracht) und des Widerstands (auf
das Organ 2 durch die Abtriebswelle aufgebracht) hervorgerufen werden.
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Wenn ein Richtungsfehler oder eine Neigung vorhanden sind oder zwischen
der Motor- und der Abtriebswelle entstehen, so rufen diese Fehler eine Abbiegung
der Stangen zwischen ihren Halterungen hervor und werden durch diese Abbiegung absorbiert.
Die Wellen, die mit den Organen 1 und 2 durch in den Keilnuten 7a und 80 gleitende
Keile verbunden sind, können sich parallel zu ihrer jeweiligen Achse frei verschieben.
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Die Kupplung wird vervollständigt durch ein Verbindungsstuck, das
durch ein Rohrstück 10 gebildet wird, welches die Organe 1 und 2 umgibt und dessen
Enden 10a, 10b nach innen umgebogen oder auf andere Weise deformiert sind, um sich
den Kugelflächen la, 2o anzupassen und mit diesen Kugelgelenke zu bilden, welche
den Organen 1, 2 gestatten, sich quer zueinander zu bewegen und sich zueinander
zu neigen.
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Dieses Rohrstück 10 hindert die Organe 1, 2 daran, sich voneinander
zu entfernen, und hält-infolgedessen die Stangen 3, 4, 5, 6 im Eingriff in ihren
jeweiligen Sack löchern. Es bildet außerdem ein Schutzgehäuse, durch das vermieden
wird, daß Teile der Stangen nach außen geschleudert werden, wenn ein Bruchfall eintritt.
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Die Kupplung kann wohlgemerkt in Abhängigkeit des Kupplungsmoments
oder der zu Ubertragenden Kraft und der Biegsamkeit, die man zu erhalten wünscht,
bemessen werden. Es wird darauf hingewiesen, daß die Bestimmung der Kupplungselemente
zurückgeführt ist auf die Berechnung der elastischen Abbiegung der Stangen zwischen
ihren Halterungen, was eine Berechnung ist, die mit großer Genauigkeit durchgefUhrt
werden kann.
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Um z. B. ein Kupplungsmoment von 7,4 mkg zu übertragen, wird man vier
2 Stahlstangen der frank. Gtite 45 5 8 (Elastizitätsgrenze 150-170 kg/mm2) vorsehen
mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Längel I zwischen den Halterungen von 68
mm, verteilt auf einem Kreis 9mit einem Durchmesser von 56 mm. Das führende Organ
1 und das geführte Organ 2 können aus Schmiedestahl der franz. GUte 35 NCD 16 bestehen
(Elastizitätsgrenze 140 -150 kg/mm²). Das RohrstUck 10 kann ein Rohr mit Kesselstahlsüte
sein. Eine solche Kupplung kann mit einer relativen Neigung zwischen Motors und
Abtriebswelle bis zu 150 arbeiten.
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Außer den bereits erwähnten Vorteilen hat die beschriebene Kupplung
insbesondere noch folgende Vorteile: - sie besteht völlig aus Metall, ist also entsprechend
unempfindlich gegenüber äußeren EinflUssen und ihr Gebrauch ist nicht auf bestimmte
Umgebungen beschränkt; - der Platzbedarf in Querrichtung ist verhältnismdßig gering
und ihre Trägheit ist in gleicher Weise gering; - im Gegensatz zu dem größten Teil
der bekannten Kupplungen hat sie keine äußeren geführlichen Unebenheiten und benötigt
keine Schmierung; es ist also Uberflüssig, ein äußeres Gehöuse komplizierter Form
vorzusehen; sie hat keine exzentrischen asymmetrischen Massen und ihre Arbeitsweise
bringt infolgedessen keine Unwuchtprobleme mit sich; - die Kraftübertragung erfolgt
ohne Verlust und ruhig; die Biegsamkeit der Stangen absorbiert alle Stöße, sie ist
während des Betriebs nicht nach im Gegensatz zu Kupplungen, die eine mit Verdrehung
arbeitende Vorrichtung aufweisen; - der Aufbau der Kupplung und ihre Montage auf
den Wellen sind sehr einfach.
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Um zuvermeiden, daß die Stangen einer Druckkraft ausgesetzt sind,
wenn die Organe 1, 2 sich gegenseitig neigen, ist ein Spiel 11 zwischen den Enden
der Stangen und dem Grund der Sacklöcher vorgesehen. Ferner greift jede Stange mit
einem bestimmten Spiel in die jeweiligen Sacklöcher ein, in denen sie aufgenommen
ist. Aus Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß dieStange 3 praktisch ohne Spiel in das
Sack loch 3a eingreift und mit einem Spiel T2 in der Größenordnung von 0,1 mm in
das Sack loch 3b, während die Stange 4 praktisch ohne Spiel in dem Sackloch 4b sitzt
und mit einem Spiel in der Größenordnung von ebenfalls 0,1 mm in das Sackloch 4a
greift, usw. Eine solche Anordnung erleichtert die Montage der Kupplung ohne eine
extrem genaue Behandlung der einzelnen Tele vorzusehen; indessen sind die Spiele
12, weil mehrere
Stangen vorhanden sind, nicht alle in derselben
Montagerichtung gegeben, so daß sich keine Wiederholung der Spiele ergibt, wenn
das führende Organ 1 in Rotation versetzt wird.
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In Abwandlung können alle Spiele 12 auf derselben Seite der Kupplung
vorgesehen sein, und zwar entweder bei den Sacklöchern des führenden Organs oder
bei denjenigen des geführten Organs.
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Die Ausführungsart nach Fig.3 unterscheidet sich von der vorhergehenden
nur darin, daß das Verbindungsrohr aus zwei Teilen 13, 14 besffit, die mit jeweils
einem Bund 13a bzw. 14a versehen sind. Diese Bunde sind bei 15 mittels Bolzen aneinander
befestigt. Diese Anordnung Iäßt es zu, daß nach dem Lösen der Bolzen die Organe
1 und/oder 2 auf ihrer jeweiligen Welle verschoben werden können, um die Stangen,
z. B. 3, außer Eingriff zu bringen, um sie zu besichtigen und um die Kupplungsverbindung
zu lösen.
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Bei der Ausführungsart nach Fig.4 und 5 beslit jedes der Elemente
16, 17, 18, 19 aus einer Flachstange, die mit ihrer Breitseite radial ausgerichtet
ist, derart, daß sie sich nach Art eines Federblatts verformt, wenn die Motorwelle
die Abtriebswelle antriebt. Wenn a und h die Maße des Rechteckquerschnittes jedes
dieser Elemente bezeichnet, so ist dessen Trägheitsmoment gleich a h3 und sein Widerstandsmoment
gegen Biegung gleich ah 12 6 Das Verhältnis des Widerstandsmomentes zum Trägheitsmoment
ist also 2 Es ist größer als das Verhältnis 2 des Widerstandsmomentes zum Trägheitsmoment
a einer runden Stange desselben radialen Ausmaßes a. Die Stangen 3, 4, 5, 6 gestatten
es also, wenn dieses radiale Ausmaß festgesetzt ist, eine Kupplung,
die
ein gegebenes Moment mit einer bestimmten Flexibilität Ubertragen soll, zu verkürzen.
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Bei der Ausführungsart nach Fig. 6 bestehen die Elemente 20 aus schraubenförmig
gewundenen Bändem nach Art von Schraubenfedern.
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Sie haben eine große Weichheit (was ein schwaches Tragheitsmoment
ausgleich) fü r ein gegebenes Widerstandsmoment.
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Dasselbe trifft zu auf die Elemente 21 der Ausführungsart nach Fig.
7, die jeweils aus mehreren Stangen 21a gebildet sind, welche schraubenförmig um
eine zentrale Stange 21b gewunden sind nach Art von um eine Seele gewundenen Litzendrähtchen,
die ein Kabel bilden.
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Bei einer nicht dargestellten Abwandlung können die Stangen 21a, 21b
parallel zueinander angeordnet sein, so daß sie ein Bündel bilden.
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Bei der Ausführungsart nach Fig. 8 sind die verhältnismäßig steifen
Kupplungselemente 22 Rohre von einem äußeren Durchmesser a, deren Verhältnis des
Widerstandsmomentes zum Trägheitsmoment kleiner ist als dasjenige bei einer massiven
Stange vom Durchmesser a.
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Es ist klar, daß die beschriebenen Ausführungsarten nur Beispiele
sind, und daß sie insbesondere durch Verwendung technischer Äquivalente abgewandelt
werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Vor allem kann die Halterung
der Stangen einerseits durch ein Befestigungsmittel wie z. 13.
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durch eine Stiftbefestigung oder durch Festschweißen verwirklicht
sein. Beide
Enden der Stangen könnten auch mit einem gewissen Spiel
in die Sacklöcher greifen. Die Stangen liegen nicht unbedingt parallel zur Übertragungsachse,
sondern sie können auch z. B. auf einem Kegelmantel liegen.
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Das Verkeilen der Wellen mit den Organen 1 und 2 kann durch eine andere
Verbindungsart ersetzt sein. In den Bohrungen 7 und 8 können für die Enden der Wellen
Anschläge vorgesehen sein.
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Das Rohr 10 könnte durch ein äquivaltentes Verbindungsstock ersetzt
sein, z. B. in Gestalt eines-Mäfigs. Es kann sogar weggelassen werden, wenn das
führende Organ und das geführte Organ nicht Gefahr laufen, sich nennenswert voneinander
zu entfernen.
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Die Kupplungsstücke und insbesondere die Stangen können aus nicht
oxydierendem Material bestehen oder durch nicht alternde Materialien geschützt sein.