DE1988828U - Federscheibenkupplung fuer winkelgetreue uebertragung. - Google Patents

Description

Siemens & Halske i: ^{; :} :^; V-;. lünchen 2j den"2ZS£E Aktiengesellschaft . ;/■- _: :.""■ .;■;■■;: ; Witteisbecherplat^ 2

angemeldet als: Patent und Hol :_: PA 9/412/5:04 Bearbeiter: hb "

■ Erfinder:

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Kostenträgt: WWT/Sg';-

Federscheibenkupplung für wlnkelgetreua tragung, bei der die beiden _? Feder scheiben fit teig A^atandsTybl-aeiif-äio .eiÄeC^^melnBaitt©"I^Ltt linie besitzen, an einem starren,:, awi sehen Federscheiben liegenden King befestigt sind.

Feder scheibenkupplung für ^inkslgetreue

Zur Übertragung iron Drehbewegungen z?/i;sc3aen...¥erschiedeneia ;ΐ Geräten oder lauteilen werden Kupplungen; verwendet,;;die auch die Aufgabe haben können, einen montagobedingten:;?ersats . der Wellenenden der zxx, verbindenden Öeräte ;aus2ugleichen» Of t spielt dabei die relative Stellung der gekuppelten ; Wellen zueinander in der TMlaufrichtung keine Bolle. ;

Jedoch ist auf dem Gebiet der Steuer- und Hegeltfchnik ν^ oft gerade diese; relative ,S.tejlung ^der/gekuppelten Wellen- :;χ zueinander von entscheidender Bedeutung. JJie Kupplungen;: ":V- -

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dienen auf den erwähnten Gebieten als Verbindungselemente rotierender Wellen von verschiedenen Bauteilen, beispielsweise eines Motors mit einem Getriebe, eines Drehmelders mit einem Zählgerät u.a. Durch Ungenauigkeiten in. der Iontage können dabei als Einbaufehler ein Mittenversats e der Wellen gegeneinander (siehe Pig. 1a der. Zeichnung), ein Winkelfehleroczvdsehen den Wellen (Fig. 1b) und sogar ein Mittenversatz e und gleichzeitig ein Winkelfehler οι ■ der Wellen (Fig. -1c) auftreten. Da beispielsweise mittels 0 Drehmeldern Winkelstellungen mit einer Genauigkeit von.

einigen Winkelminuten, in Sonderfällen sogar mit "weniger" als 20 Winkelsekunden, übertragen werden müssen, kann der durch die Verwendung von Kupplungen bedingte Übertragungsfehler die Genauigkeit eines ganzen-Übertragungssystems

wesentlich verschlechtern. : . : ■'■■■-..

Als Kupplungen für sehr genaue Übertragungssysteme haben sich, beispielsweise in der Drehmeldertechnik, Federscheibenkupplungen bewährt. Bei bisher bekannten ^eder-Scheibenkupplungen sind die 3?ederscheiben mittels Bolzen an einem starren, zwischen den beiden Federscheiben liegenden Hing befestigt, wobei die an dem Ring befestigten Bolzen um 90° gegeneinander versetzt sind. Der bei diesen 3?ederscheibcnkupplungen entstehende Übertragungsfehler beträgt schon bei einem Ablenkungswinkel von 2 zwischen den beiden EU verbindenden Wellen'mehr als 30 Winkelsekunden. .

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Zur Beseitigung dieses bei den vorhandenen Ausführungen auftretenden Übertragungsfehlers ist erfindungsgemäß eine Fed einscheibenkupplung für winkelgetreue Übertragung zwischen zwei Wellen, deren Mittellinien gegeneinander versetzt sind und/ oder einen Winkel miteinander "einschließen-, dadurch .erreicht* daß zwei Federscheiben mittels paarweise hintereinander angeordneter Abstandsbolzen, die eine gemeinsame Bittellinie besitzen, an einem starren Hing befestigt sind, der zwischen ihnen angeordnet ist. .

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In Abhängigkeit von dem zu übertragenden Drehmoment können die paarweise hintereinander angeordneten Abstandsbolzen diagonal oder beispielsweise um 120° versetzt angeordnet sein; vor allem bei.FederScheibenkupplungen mit drei um 120 versetzten Bolzen lassen sich die zur Halterung der Welle verwendeten Klemmvorrichtungen fest mit den Federscheiben verbinden, ohne daß eine Gefahr besteht, daß die Federscheibe» verformt und verspannt werden. - - .

Nähere Binzelheiten zur Veranschaulichung der geometrischen. und rratherr.atischen Verhältnisse bei Federscheibenkupplungen sowie Einzelheiten der Erfindung sind aus den Zeichnungen ersichtlich.

Es zeigen .'..'■■'

Fig. 1a bis 1c die möglichen Montagefehler bei gekuppelten Wellen, ■ . ■ . ■

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Fig. 2a ein Pe d er s ehe ib enge lenk, [

Fig. 2b ein Kreuzgelenk, '

Fig. 3 das Prinzip eines einfachen. Kreuzgelenks, Fig. 4 das Prinzip eines doppelten Kreuzgelenks und Fig· 5 und 6 awei Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Federscheibenkupplungen in Drauf,- und Seitenansicht, '.'.'■".

Da Federscheibengelenke (Fig. 2a) im Prinzip wie Kreuzgelenke (Fig. 2b) wirken, ohne die konstruktionsbedingten Übertragungsfehler der Kreuzgelenke,' nämlich das Spiel der Lagerzapfen in den lagerschalen zu besitzen, ist die Federscheibenkupplung im Aufbau einer doppelten Kreuzgelenkkupplung ähnlich. .."'■■

Die grundsätzliche Betrachtung der "Verhältnisse an einem Federscheibengelenk wird deswegen an einem Kreuzgelenk vorge~. nominen. In Fig. 3 ist ein .solches Kreuzgelenk K schematisch dargestellt. Hierbei sei eine Yfelle 1 treibend und .eine Welle 2 getrieben angenommen; beiden Wellen bilden miteinander einen Ablenkungswinkel cc . Weiterhin sei die. Ausgangslage beider Wellen so, daß die Zeiger ZT und E2 auf: den Hullraar'ken zweier Skalen Schi und Sch2 stehen. Bei einer Drehung der Welle 1 .utt'■ den-Winkel ^₁- dreht sich die Welle 2 um den Winkel $ ₂· Im allgemeinen sind in Abhängigkeit vom Ablenkungsvänkel <x* die Yerdrehungswinkel ^ ^ und ,J* g der beiden

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Wellen nicht gleich, lur in den Stellungen γ^' ~ 0°, 90°, 160 und 360 sind auch die Winkel Y^ - y>, . Im ersten und dritten Quadranten eilt die Welle 2 der Welle 1 nach, wahrend sie im zweiten und vierten Quadranten der Y/elle 1 voreilt. ;

Stellt man sich ein Kreuzgelenk als eine Kugel mit demselben Durchmesser wie das Kreuzgelenk vor, so bewegen sich bei Drehung der Wellen 1 und 2 die Gelenkpunkte auf 0roßkreisen, deren Ebenen senkrecht auf den ^fellen T und 2 stehen und die sich unter dem Ablenkungswinkel ex. der beiden Yiellen schneiden. Mit Hilfe der sphärischen Geometrie läßt sich beweisen, daß

■- cosCK ist. (1 )

Daraus ergibt sich die durch eine Winkeldrehung v*^ der treibenden Welle 1 erzeugten Winkeldrehung y-g der getriebenen Wolle zu

t t . cosoL . ( 2 )'

In Pig.. 4 ist .schematisch ein doppeltes Kreuzgelenk dargestellt. Es besteht aus der Hintereimiderschaltungzweier einfacher Kreuzgelenke K1 und K2, die durch eine■ Zvfisehen-'"welle W2 miteinander verbunden sind. TJm eine vankGlgetreue Übertragung au erhalten, nuß das zweite Gelenk K2 so angebracht

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sein, daß eine Hacheilung der Welle.W2 gegenüber der Welle W1, die durch das Kreuzgelenk Kl verursacht ist, durch eine . ' gleich große Voreilung der Welle. W3 gegenüber der Welle Ψ2 die durch das Gelenk.K2 verursacht ist, bei jedem Drehwin- kel£ gerade noch ausgeglichen ist.

Für den Ausgleich lassen sich folgende Bedingungen aufstellen: 1) die Ablenkwinkeloi., .undOL₂ ^der Wellen VH. und W3 müssen gleich sein.

2) Die Gelenke müssen so miteinander gekoppelt sein, daß der Drehwinkel ^" £ ^deS zweiten Gelenkes 12 dem Dreh-

des ersten Gelenkes IC1 um:90 vor- oder

nacheilt.

Tür die Berechnung des Drehwinkels der Welle W3 bei einem doppelten Kreuzgelenk gilt entsprechend der Gleichung (-2) für Gelenk. K1 : "tSV-g ^{= tg}fi * ^COSQ11 ^und

für Gelenk K2: tgv-, =

Für den Doppelgelenkantrieb läßt sich daraus ableitenί

COSOCp

Bei gleichen-Ablenkungswinkeln ex-] = ex 2 wird auch "tg^i = ^S cf 3 · Der "DrehWinkel der getriebenen Welle 13 ist somit jederzeit gleich dem Drehwinkel der treibenden

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Welle W1. Die Ungleichförmigkeit der Bewegung beschränkt sich jetzt nur noch auf die Yerbindungswolle W2 der beiden Gelenke K1 und K2. Es wird dann, wie sich mathematisch nacftweisen läßt, auch die Winkelgeschwindigkeit^^ und^p der beiden Wellen W1 und V/3 gleich. .. . _;

Es ist nicht unbedingt nötig, daß die AblenkungswinkelQ/«" . und Cc₂ der beiden Gelenke K1 und K2 in derselben Ebene liegen; es muß lediglich auf die Gleichheit der Ablenkungswinkel geachtet werden. Eine Bedingung für den Ausgleich der Vor- oder Nacheilung des ersten Gelenkes K1 gegenüber den zweiten Gelenk K2 ist jedoch, daß nicht nur die Welle W3 des Gelenkes K2 in den verschiedenen Eichtungen ausgeschwenkt wird, sondern es muß das gesamte aweite Gelenk relativ zum ersten aus einer jener beiden Ausgleichslagen aus der Ebene der Welle W1 herausgedreht werden, bei denen sich die Ablenk- : winkel «χ ^ und ex₂ in der gleichen Ebene befinden..

Damit auch Federscheibenkupplungen ohne tJbertragungsfehler arbeiten, müssen auch bei ihnen die beiden Able&ungswinkel OvL-] und ocp gleich sein sowie die Federscheiben so miteinander gekuppelt sein, daß die Drehwinkel der getriebenen Federscheibe dem Drehwinkel der treibenden Federscheibe un 90° vor- oder nacheilen. Die Bedingung, nämlich gleiche Ablenkungswinkel<x ₁ und cc ₂ der Wellen ist erfüllt, wenn sich, wie in Fig. 1b dargestellt, die verlängerte Mittel- _::

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linie der Wollen in der Mitte der Kupplung schneiden "bzw. bei einem vorhandenen Mittenversats der parallelen Wellen nach Pig. 1a, da in diesem Fall die mittlere Welle W2 deö Doppelkreuzgelenks durch einen starren, mittels. Abstands-"bolzen mit den Federscheiben verbundenen King ersetzt ist und sich dadurch die treibende und die getriebene Welle unter dem gleichen Winkel schneiden. Die Bedingung ist nicht erfüllt bei einer Montage der Welle. gemäß I¹Ig. 1c. Hierbei würde ein durch verschiedene Ablenkungswinkel' bedingter Übertragungsfehler auftreten. Um diesen zu vermeiden» ist bei der Montage lediglich genauer auf eine Gleichheit der ,.■■'"." beiden Ablenkungswinkel zu achten.

In Fig. 5 und β sind zwei Federscheibenkupplungen dargestellt, bei denen die paarweise angeordneten Abstandsbolzen Λ1 und A2 eine gemeinsame Mittellinie M besitzen. In Fig. sind zwischen den Federscheiben FI die.paarweise hintereinander liegenden Bolzen A1 diagonal angeordnet und mittels Schrauben S1, S2 an einem starren, zwischen den Federschei-/ben pi liegenden Ring E1 befestigt. ; /

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sind Klemmbuchsen Bi _■-./■-mittels Schrauben S1' und S2' fest mit den Federscheiben F1 verbunden. Mittels der Klemmbuchßen BI sind die Wellen '.. V/1 und W2 .■ verdrehsicher festgeklemmt. Statt der Klemmbuch-

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sen Β1 können die Wellen 11 und 12 auch mittels KIemm- . schellen oder ähnlichen Klemmvorrichtungen gehaltert sein. Mit einer Kupplungsausführung gemäß Fig. 5 lassen sich allerdings nur kleinere Drehmomente übertragen.

Vn aber mit Federkupplungen auch größere Drehmomente übertragen zu können, sind beispielsweise die paarweise hintereinander angeordneten Abstandsbolzen 332, v/i ο in Fig. 6 dargestellt, um 120° gegeneinander \esetzt und mittels Schrauben S3 an dem starren Hing H2 befestigt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel einer Federscheibenkupplung sind Klemisbuchsen B2 beispielsweise mittels Schrauben S3^! fest mit Federscheiben F2: verbunden und die .Wellen ΥΠ und W2 in den Klemmbuchsen B2 festgeklemmt. Auch hier sind wieder statt der Klemmbuchsen Klemmschellen oder andere Klemmvorrichtungen verwendbar. Die Zahl der paarweise hintereinander angeordneten Abstandsbolzen läßt sich noch vergrößern und ist lediglich davon abhängig, wie groß das su übertragende Drehmoment ist. Schon mit einer Pederscheibenkupplung gemäß pig. β lassen sich erheblich größere Drehmomente übertragen als mit der in Pig. 5 dargestellten Pederscheibenkupplung .

Die Einzelteile einer Pederscheibenkupplung, nämlich die Abstandsbolzen, der Hing, die Klemmvorrichtung und sogar die Federscheibe^ können statt aus Metall auch aus Isolier-

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stoff hergestellt sein; allerdings lassen sieh.mit Kupplungen aus Isolierstoffen nur kleinere Drehmomente übertragen. Besonders günstig sind Kupplungen aus Isolierstoff, äa durch sie auch noch eine isolierende Wirkung zwischen der treibenden und der getriebenen Welle erreicht ist.

5 Patentansprüche :

6 Figuren ■ . . . :

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Claims (5)

RA.268 391-3.5.68 SIEMM3-AEIIHTGiBBStIiSOMPT Mtinehen 2, cechHhme« »ntere»« *buMnfr* «liwtthea werden. Auf ^J ^ öebri,„ehSmu||9c^ zu den üblicher Preisen ^liefert ' v -fA Ob/294O S 58 62Q/4.7c Sohutzansprüohe

1. Einfache lederscheibenkupplung für winkelgetreue Übertragung kleiner Drehmomente zwischen zwei Wellen, deren Mittellinien einen Winkel miteinander einschließen, insbesondere für Drehmelder, dadurch gekennzeichnet, daß zwei mit segmentartigen Aussparungen versehene, dünne federnde Scheiben (ϊΊ , 12) mittels paarweise hintereinander angeordneten Abstandsbolzen (Al, A2), die eine gemeinsame Mittellinie (M) besitzen, an einem als Träger dienenden, nicht federnden, starren Hing (R1,.E2) gehaltert sind, der zwischen den federnden Seheiben "Ci¹I, 12) angeordnet ist,

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lederscheiben (11) mittels paarweise hintereinander angeordneter, diagonal gegenüberliegender Abstandsbolzen (A1) an dem Ring (R1)' befestigt sind.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lederscheiben (12) mittels paarweise hintereinander angeordneter, um 120° versetzter Abstandsbolzen (A2) an dem Eing (R2) befestigt sind.

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4. Kupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Klemmvorrichtungen (B1 , B2) zur Halterung der Wellen (W1, W2) mittels Befestigungsmittel (ST Ms S3¹·)
mit den Federscheiben (11, F2) verbunden sind.

5. Kupplung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Einzelteile der lederscheibenkupplung oder die gesamte Kupplung aus einem Isolierstoff besteht.