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Drehelastische Kupplung Drehelastische Kupplungen haben insbesondere
zwei Aufgaben: Maschinenanlagen vor Belastungsstößen und vor gefährlichen Resonanzschwingungen
zu schützen. Entscheidend für ihre Verwendbarkeit sind die drehfedernden Eigenschaften
der Kupplung. Am besten geeignet sind Kupplungen mit krummer Kennlinie der Federung,
welche die Steife der Kupplung, mit wachsendem Drehmoment ändert, wodurch das Aufschaukeln
von Resonanzschwingungen erheblich behindert wird. Werden andererseits Maßnahmen
-in Form von Anschlägen getroffen, welche besonders heftige Ausschläge der Kupplung
begrenzen, so kann auch auf :diese Weise jede Gefahr für die Maschinenanlage
vermieden werden. Bekannt sind drehelastische Ganzmetaliktipplungen, bei denen im
wesentlichen durch die Reibung in den Federteilen eine krumme Kennlinie der Federung
erzielt wird. Auch sind Kupplungen mit Bügelfedern bekannt, deren Enden umgebogen
und in die miteinander zu verbindenden Kupplungsteile einge spannt sind. Derartige
Kupplungen haben je-
doch eine gerade Kennlinie.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine drehelastische Ganzmetallkupplung
zu schaffen, die unter Verwendung besonders geformter Bügelfedern bei hoher Drehelastizität
einen beliebig gekrümmten Verlauf der Federkennlinie hat. Gemäß der Erfindung werdet,
die umgebogenen Enden der Federn als wenigstens eine volle Windung ausgebildet,
deren erster Windungsteil in den zu verbindenden Kupplungsteilen zwangsläufig geführt
und deren Windungsende in erweiterten -Nuten des gleichen oder eines anderen Kupplungsteiles,
freiliegend angeordnet sind. Hierdurch wird die Verdrehung der Bügelfedern durch
die zwangsläufig geführten Windungsteile eingeleitet. Mit zunehmender Verdrehung
der Kupplungsteile gegeneinander kornmen die Windungsenden an den Wänden der erweiterten
-Nuten zur Anlage, wodurch die ersten Windungsteile der Federn verdreht und ebenfalls
zur Kraftübertragungl herangezogen. werden.
Durch diese nacheinander
erfolgende Belastung der einzelnen Federteile wird der Kupplungskennlinie ein beliebig
gekrümmter Verlauf erteilt. Um etwa auftretende Resonanzausschläge oder Drehmomentstöße
zu begrenzen, empfiehlt es sich, die Kupplung mit aus den Federn selbst gebildeten
Anschlägen zu versehen, die auch bei Verlagerungen der Kupplungsteile zueinander
elastisch und gleichmäßig wirken und dadurch die Kupplungsglieder vor Überlastungen
schützen.
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Die Kupplung gemäß der Erfindung hat gegenüber den bekannten Bauarten
der Kupplungen eine Reihe von Vorteilen. Zur Erzielung einer krummen Federkennlinie
oder eines Überstungsanschlages sind keine besonderen verteuernden baulichen -Maßnahmen
zu treffen, -weil beides beim Erfindungsgegenstand allein durch die Ausbildung der
Federn erreicht wird. Gegenüber den bekannten Kupplungen mit auf Reibung beruhender
krummer Federungskennlinie bleibt bei der Erfindung die volle Rüclutellkraft der
Federn erhalten, wodurch die Kupplung stets sicher in die Entlastungslage zurückgestellt
-wird. Ferner bilden die Federanschläge der Kupplung gemäß der Erfindung einen Überlastungsschutz,
ohne daß, wie bei bekannten Kupplungen mit außerhalb der Federn angebrachten Änschlägen,
bei Verlagerungen schädliche Querkräfte auftreten können.
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Bei der Kupplung gemäß der Erfindung können die Erzielung der Federkennlinie
sowie die Überlastungsanschläge auch unabhängig voneinander zur Wirkung kommen,
so daß man entweder Kupplungen mit krummer Kennlinie oder Kupplungen zur Dämpfung
von Belastungsstößen mit Anschlag gegen Überlastung der Federn erhalten kann.
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Es empfiehlt sich, die Enden der Bügelfedern in spiraliger,
schlangenlinienförmiger oder einer ahnlichen Form bzw. einer Vereinigun g dieser
Formen auszubilden. Vorteilhaft werden die äußeren kurzen Windungen der Federn in
Aussparungen der drehelastisch zu verbindenden Kupplungsteile angeordnet, wobei
diese z. B. in Form von Nuten ausgebildeten Aussparunggen sich in radialer Richtugg
erweitern, so daß die einzelnen Windunder bügelförmigen Federn bei Belastung sich
nacheinander gegen die Wandungen dieser Nuten legen. Wird der voreilende bzw. antreibende
Kupplungsteil gegen den nacheilenden bzw. angetriebenen Kupplungsteil belastet,
so kommt zunächst durch die zwangsläufig gsläufig geführten ersten Windungstüfle
der mittlere Teil der Bügelfeder zur Wirkung, wodurch sich eine gerade Kennlinie
ergibt. Sobald 1
eine der übrigen Endwindungen 711111 Anliegen kommt, erhält
die Kennlinie einen steileren so daß je nach der Anza@l der zum Anliegen kommenden
Federwindungen eine mehrfach gebrochene Kennlinie erhalten wird. Die Nuten können
treppenförmig geradlinig II ZL, schräg oder bogenförmig erweiternd ausgeb@@-det
sein.
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Die Endwindungen der Federn werden zweckmäßig möglichst weit auseinander
führt, damit die unterschieriliche Drehelastizität durjenigen Windungen, die parallel
zu dein auf Drehung belasteten feil der Federn verlaufen, nach dein Anschlagen an
die Wandungen der Nuten nacheimander zusätzlich zur Wirkung kommt , -wodurch die
an sich geel rade Kennlinie des mittleren, auf Drehung belasteten Federteiles den
gewünschten ge-
krümmten Verlauf erhält.
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Soll die Kupplung dagegen nur drehelastisch und stoßdämpfend wirken
und mit Anschlag gegen Uberlastung versehen sein, so genügt es, die Federenden kürzer
umzubiegen und sie in erweiterten Nuten der zu verbindenden Kupplungsteile so zum
Anschlag zu b Z,
bringen, daß eine Überlastung der Bügelfeder verhindert wird.
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Man kann den nur drehelastish zu beanspruchendne Teil der Feder gleichzeitig
in einem dritten Kupplungsteil führen, welcher vorzugsweise als Hülse ausgebilet
ist und b b
die beiden miteinander zu verbindenden Kupplungsteile umschließt.
In diesem dritten Kupplungsteil kann, uni die Federn im langen Bügelteil vor zusätzlicher
Bieg beanspruchung zu schützen, dieser Teil der Federn in -Nuten oder Bohrungen
gelagert sein.
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An Stelle der bügelförmigen Federn können auch Federn in Form eines
Halbbüglels verwendet werden, bei denen das nicht in Windungen ausgebildete Ende
der Federn zwecks Befestigung an einem Kupplungsteil in beliebiger Richtung auf-
oder unigebogen wird, während das andere, in Windungen geführte der Feder in einem
der drehelastish zu verbindenden Kupplungsteile gelagert wird. 111 der Zeichnung
sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung darestellt. Fig. i zeigt im
Längsschnitt und Fig. 2 im teilweisen Querschnitt eine zur drehelastischen zweier
Wellen dienende Kupplung mit einfacher krummer Kunnlinie. Die auf den Enden der
miteinander zu kuppeln den Wellen befestigten Kupplungsnaben i sind mit je einem
ringförmigen Ansatz 2 ver-@tet sehen, in den radiale 2"-tit#-n 3 ei"'-earl)ci
sind. Diese Nuten dienen zur Aufnahme dur spiralförmi"eii Endwindungen -4, # von
Bü"vl--tedern 6, die in gräßerer Anzahl über (len ganzen Urnfang der Kupplungsnaben
i gleichmäßig vjrtcilt sind. Die Nuten 3 sind., wie 1-ig* .2 erkennen liql.jt,
truppenförrni,- aui;"vbildet
und erweitern sich in Richtung nach
außen, wobei der äußere, am tiefsten liegende Teil 4 der Endwindungen in dem engsten
Teil der Nuten 3 zwangsläufig geführt ist, während zwischen dem achsparallel
verlaufenden Ende 5 der Feder und den. Wandungen, der Nuten 3 ein Zwischenraum
verbleibt. Der mittlere achsparallele Teil 6 der Feder hat keine Führung
und ist nach außen von einer zylindrischen Hülse 7 umschlossen, die sämtliche
Federn auf ihrer ganzen. Länge nach außen abdeckt und dadurch zugleich auch verhindert,
daß die Federn infolge der Fliehkraft aus den Nuten 3 herausgedrückt werden.
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Überträgt die Kupplung nur kleine Drehmomente, so sind nur die äußeren
Teile 4 der Endwindungen infolge ihrer Führung in dem engsten Teil der Nuten
3 an der Kraftübertragung beteiligt, wobei die parallel zur Achse verlaufenden
Teile 4 und 6 der Federn auf Drehung belastet sind. Die sich hierbei ergebende
Kennlinie ist in Fig. 5 dargestellt, und zwar ist bei kleinen Belastungen und entsprechend
auch kleinem Verdrehungswinkel qg die Kennlinie a gerade.
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Mit zunehmender Belastung kommen die Enden 5 der Feder zur
Anlage an einer der beiden Nutenwandungen. Dadurch kommt die Drehelastizität dieser
parallel zu dem mittleren Federteil 6 angeordneten Federenden 4 zusätzlich
zur Wirkung, und die Kennlinie a. erhält entsprechend dem Linien-zug
d einen steileren Verlauf.
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Soll bei wachsender Belastung und entsprechend vergrößertem Verdrehungswinkel
die Kennlinie einen noch steileren Verlauf haben, so können. die Federenden weitere
Windungen erhalten, die nach dem Anliegen. der Anfangswindungen 4 bzw. 5 zum Anliegen
an die Nutenwandungen kommen und der Kennlinie einen steileren Verlauf entsprechend
der Linie e usw. erteilen. Man kann auch die Endwindungen der Federn statt spiralförmig
in Form einer Schlangenlinie ausbilden, deren parallel zur Achse verlaufende, auf
Drehung beanspruchte Federteile bei entsprechender `Ausbildung der Nuten der Kupplungsnaben
mit wachsender Belastung nacheinander zur Kraftübertragung herangezogen werden und
der Kennlinie den gewünschten gekrümmten Verlauf erteilen.
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Die Nuten 3 können an Stelle der treppenförmigen Wandungen auch ebene,
schräg verlaufende Wandungen oder auch bogenförmige Wandungen erhalten, so daß zwischen
den Nuten gerade, abgeschrägte oder gekrümmte Zähne in dem ringförmigen Ansatz 2
der Kupplungsnaben gebildet werden.
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Sollen die Kupplungsfedern vor zusätzlichen Biegungsbeanspruchungen
geschützt werden, so kann dies in einfacher Weise dadurch erzielt werden, daß ein
drehelastisch beanspruchter Teil der Feder in einem dritten Kupplungsteil gelagert
wird. Eine, beispielsweise Ausführungsforrn einer derartigen Kupplung zeigt Fig.
3 im Längsschnitt und Fig. 4 im teilweisen Querschnitt. Die ring, förmigen Ansätze
2 der beiden Kupplungsnaben i sind mit engen Nuten 13 versehen, in denen die äußeren
Endwindungen 14 der bügelförmigen Feder geführt sind. Die Federenden 15 sowie
der mittlere achsparallele Teil 16 der Federn sind in ringförmigen Ansätzen 18 der
Kupplungshülse 17 geführt, und zwar haben diese ringförmigen Ansätze 18 die aus
Fig. 4 ersichtlichen treppenförrnig ausgebildeten Nuten I9. Diese Nuten sind in
Richtung nach innen erweitert, so daß der Teil 16 der Federn in dem engsten Teil
der Nuten I9 geführt ist, während die achsparallel verlaufenden Enden 15 der Federn
in dem sich erweiternden Teil der Nuten I9 angeordnet sind. Mit zunehmender Belastun..
kommen dann die Endwindungen 15 zum Anliegen und e g den geben der Federkennlinie
gemäß Fig. steileren Verlauf d.
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Werden die Endwindungen 15 kürzer eingebogen, wie in Fig. 6 und 7
dargestellt, so daß zwischen, den Endwindungen 14, 15 nur ein kurzer, radial gerichteter
Hebelarin 2o besteht, so dienen die Endwindungen 15 ledig lich als überlastungsanschläge,
wodurch die Federn gegen übermäßige Drehbeanspruchungen in den Wind=gen 14, 16 geschützt
sind.
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Beider in Fig. 8 und 9 dargestellten Kupplung ist der mittlere, auf
Drehung belastete Teil 6 der Federn in Nuten 2I der Kupplungshülse 7 zwangsläufig
geführt und dadurch vor zusätzlichen Biegungsbeanspruchungen geschützt. Die ersten
Windungsteile 4 und die Windungsenden 5 der Federn sind wie bei der Ausführungsform
gemäß Fig. i und 2 in nach. außen erweiterten Nuten 3 der ringförmigen Ansätze 2
der Kupplungsnaben i angeordnet.
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Die Erfindung hat wegen der weit auseinanderliegenden, die Klipplungsteile
verbindenden Federwindungen den Vorteil, daß eine hohe Drehbeweglichkeit für beide
Drehrichtungen erreicht wird, außerdem sind Winkelverlagerungen -der beiden drehelastisch
zu verbindenden Kupplungsteile möglich, was besondere Bedeutung hat bei der Kupplung
von Wellen. Die Kupplung kann aber auch z. B. in ein: Getrieberad. eingebaut werden,
so daß sie eine vielseitige Anwendungsmöglichlzeithat.