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Elastische Kupplung Die Erfindung betrifft eine elastische Kupplung
mit zwei koaxial ineinandergreifenden Kupplungsteilen, die durch federnde Elemente
miteinander verbunden sind.
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Zweck einer derartigen Kupplung ist es, eine stossfreie und gleichmässige
Kraftübertragung zwischen einer Kraftmasohine und einer Arbeitsmaschine zu gewährleisten.
Aus diesem Grunde ist eine grosse Elastizität als Grundvoraussetzung für eine derartige
Kupplung unerlässlich. Bekanntlich führen jedoch Stösse, die in der Kraftmaschine
entstehen, oder plötzlich in der Arbeitsmaschine auftretende kurze Widerstände,
infolge einer grossen Elastizität zu starken Schwingungen und Resonanzen, was sowohl
für die Kraftmaschine als auch für die Arbeitsmaschine sehr nachteilige Wirkungen
hat.
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Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine elastische Kupplung aufzuzeigen,
die, insbesondere bei gedrungener Bauweise und grosser Elastizität, ein Auftreten
der unerwünschten Schwingungen wirkungsvoll verhindert.
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Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass
die
federnden Elemente radial und in im wesentlichen gleichen Winkelabständen voneinander
zwischen den beiden Kupplungsteilen angeordnet sind, und dass zwischen den Kupplung
steilen ausserdem eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen vorgesehen ist.
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Vorzugsweise besteht die Vorrichtung wenigstens aus einem Stossdämpfar,
der als hydraulischer Zweiwegstoasdämpfer ausgebildet und in. radialer Richtung
zwischen den beiden Kupplungsteilen angeordnet ist.
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Damit bei der Kraftübertragung die in einem Kupplungsteil ankommenden
Stösse nicht doch zum Teil durch die einsetzende Dämpfungswirkung des Stossdämpfers
auf das andere Kupplungsteil übertragen werden, sondern die auftretenden Stösse
in ihrer vollen Höhe lediglich zuerst durch den elastischen Widerstand der federnden
Elemente aufgenommen werden, schlägt die Erfindung vor, dass der Einfederwiderstand
des Stossdämpfers geringer ist als sein Rückfederwiderstand.
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Um eine gleichmässige Kraftübertragung und Dämpfungswirkung der Kupplung
für beide Drehrichtungen in gleichen Masse zu erzielen, ist es nach einem Vorschlag
der Erfindung zweckmässig, dass zwei dismetral zueinapder ange@rdnete Stossdämpfer
mit entgegengesetzt gerichteter Einfederwirkung vorgesehen sind, zwischen denen
die federnden Elemente angeordnet sind, und dass in axialer Richtung zu beiden Seiten
der Stossdämpfer und der federnden Elemente weitere federnde Elemente vorgesehen
sind.
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Da bei einer Kupplung sowohl mit radialem und axialem
Versatz
als auch mit Winkelversatz gerechnet werden muss, sind die Stossdämpfer und federnden
Elemente zweckmässigerweise gelenkig in den beiden Kupplungsteilen aufgehängt.
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Nacn einen. weiteren, bevorzugten Merkmal der Erfindung sind zur Aufhängung
der Stossdämpfer und der federnden Elemente wenigetens in einem der beiden Kupplungsteile
axial verlaufende Trägerstangen vorgesehen.
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Diese Trägerstangen können aus Gründen der Geräuschdämpfung in gummielastischen
Blocks gelagert sein.
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Vorzugsweise sind die Trägerstangen im Bereich der Stossdämpferaufhängung
kugelförmig ausgebildet.
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Nach einem Vorschlag der Erfindung kennzeichnet sich die elastische
Kupplung dadurch aus, dass die federnden Elemente Schraubenfedern sind.
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Nach einem weiteren, bevorzugten Vorschlag der Erfindung, nach dem
bei gleicher Baugröses die Elastizität der Kupplung mehr als verdoppelt werden kann,
können die federnden Elemente zwei Gegenlager aufweisen, zwischen denen auf Druck
beanspruchte federnde Pakete, insbesondere Tellerfederpakete, abgestützt sind und
die an dem jeweils gegenüberliegenden Kupplungsteil auf gehängt sind.
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Vorzugsweise bestehen dabei die zwei Gegenlager aus dem Boden eines
mit dem einen Kupplungsteil verbundenen, zylinderförmigen Gehäuses und einem darin
verschiebbaren Kolben, der durch eine in dem Boden des Gehäuses vorgesehene Bohrung
an dem anderen Kupplungsteil aufgehängt ist.
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Eine vorteilhafte Aufhängung des zylinderförmigen Gehäuses wird dadurch
erzielt, dass dieses einen nach aussen gerichteten und in der Gehäuseachse liegenden,
zapfenförmigen Ansatz aufweist, der mittels einer Lagerschale in einer entsprechend
geformten Aussparung in dem einen Kupplungsteil gelagert ist.
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Zweckmässigerweise sind dabei die Trägerstangen im Bereich der Aufhängung
der Kolben kugelförmig ausgebildet.
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Durch die besondere Ausbildung der federnden Elemente kann infolge
der höheren Elastizität der Kupplung eine verbesserte Dämpfungswirkung von Vorteil
sein.
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Dies wird auf einfache Weise dadurch erreicht, dass der Kolben in
dem zylinderförmigen Gehäuse als Stossdämpfer ausgebildet ist.
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Um die Dämpfungswirkung und die Elastizität der Kupplung den jeweiligen
Erfordernissen anzupassen, besitzt nach einem bevorzugten Vorschlag der Erfindung
der Stossdämpfer eine Einrichtung zum Verändern seines Rückfederwiderstandes und
ist an der Aufhängung der federnden Pakete im Kupplungsteil eine Vorrichtung zum
Verändern der Elastizität der federnden Pakete vorgesehen.
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Zum Schutz der federnden Elemente und der Stossdämpfer, beispielsweise
gegen Korrosion, kann der Raum zwischen den beiden Kupplung steilen beispielsweise
mit Öl gefüllt werden, wobei die Stirnseiten der beiden Kupplungsteile flüssigkeitadicht
abgeschlossen ein sein müssen.
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Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielshalber
erläutert. Es zeigen Fig.1 eine Auaführungeform der erfindungsgemässen elastischen
Kupplung im Schnitt, Fig.2 die Ausf2hrungsfors gemäos Fig.1 teilweise im Längsschnitt
entlang der Linie II - II nach Fig.1, Fig.3 einen Teilaufschnitt einer weiteren
Ausführungeform dar erfindungsgemässen alastischen Kupplung in einer der Fig.1 entsprechenden
Daratellung, Fig.4 die Ausführungsform gemäss Fig.3 im Längsschnitt entlang der
Linie III-III nach Fig.3, in der zwei Ausführungsbeispiele der er findungsgemässen
elastischen Kupplung gezeigt sind, Fig.5 eine Dämpfungavorrichtung im Schnitt einer
anderen Ausführungsform der erfindungsgemässen elastischen Kupplung in einer den
Fig.1 und 3 entsprechenden Darstellung, Fig.6 eine weitere Dämpfungsvorrichtung
im Schnitt in einer den Fig.1 und 3 ontsprechenden Derstellung, Fig.7 die Dämpfungsvorrichtung
gemäss Fig.6 in einer anderen Ausführungaform.
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In den Fig.1 und 2 der Zeichnungen ist oin als Antricheteil
dienendes
rstes Kupplungsteil mit 1 bezeichnet, das einen Anschlussflansch 2 besitzt und koaxial
in ein zweites, als Abtriebsteil dienendes Kupplungs teil 3 eingreift. Das Abtriebsteil
3 umfasst zwei Gohäuseteile 4 und 4', die durch Schrauben 5 miteinander verbunden
sind, und einen Abtriebsflansch 6,der mittels Schrauben 7 an dem Gehäuseteil 4'
befestigt ist. In und zwischen den Gehäuseteilen 4, 4' sind Zwischenscheiben 8 vorgesehen,
die eine Deformierung des Abtriebsteilee 3 beim Anziehen der Schrauben 5 verhindern.
Sowohl im Antriebsteil 1 als auch im Abtrieb steil 3 sind in gleichen Winkelabständen
voneinander axial verlaufende Trägerstangen 9 und 10 angeordnet, die durch Seegerringe
11 an ihren Enden gegen axiale Verschiebung in den beiden Kupplungeteilen 1,3 gesichert
sind. Die Trägerstangen 10 sind in dem ibtriebsteil 3 in gummielastischen Blocks
12 gelagert. Kit den Trägerstangen 9 und 10 sind in diametraler Anordnung zwei Vorrichtungen
zum Dämpfen von Schwingungen, z.B. Stcssdämpfer, gelenkig verbunden, zwischen denen
sich ebenfalls in radialer Anordnung und in gleichen Winkelabständen voneinander
federnde Elemente 13, z.B. Schraubenfedern, befinden (Fig.1). Die Schraubenfedern
13 sind mit ihren Enden an den Trägerstangen 9 und 10 angehängt. Symmetrisch zu
den beiden Seiten der Schraubenfedern 13 und der beiden Stosedämpfer 20 befinden
sich weitere Schrauben federn 13 (Fig.2), die an den Trägerstangen 9,10 in den beiden
Kupplungsteilen 1,3 aufgehängt sind. Die Beiden Gehäuseteile 4, 4' weisen stirnseitig
elastische Manschettenringe 14 auf, die derart dicht auf dem Antrieb steil 1 anliegen,
dass der Raum zwischen den beiden Kupplungsteilen zum Schutz der Federn und Stoss
dämpfer mit einer viskosen YlüssigkeitSeB00 gefüllt werden kann.
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Die Stossdämpfer 20 sind als hydraulische Zweiwegstossdämpfer ausgebildet
und bestehen jeweils im wesentlichen aus einem zylinderförmigen Gehäuse 21 und einem
Kolben 22. Das Gehäuse 21 ist über eine entsprechende Aufhängevorrichtung 23 mit
der in dem Abtriebsteil 3 gelagerten Trägerstange 10 verbunden.
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Der Kolben 22 weist eine Kolbenstange 24 auf, die durch den Zylinderboden
des Gehäuses 21 führt und an ihrem Ende eine der Gehäuseaufhängungsvorrichtung 23
entsprechende Aufhängevorrichtung 23' besitzt. Die Trägerstangen 9, 10 weisen zu
diesem Zweck kugelförmige Ausbildungen 9a und lOa auf, die mit den Aufhängevorrichtungen
23, 23' der Stosedämpfer 20 zusammenwirken. Der Druckraum 25 des Zylinders 21 ist
über eine durch den kolben 22 verlauf ende Bohrung 26 mit dem unteren Raum 27 verbunden.
In der Bohrung 26 ist ein federbelastetes Kugelventil 28 derart angeordnet, dass
eine Strömung der viskosen Flüssigkeit in dem Zylinder 21 nur in Richtung des Druckraumes
25 erfolgen kann. Die Bohrung 26 weist ferner oberhalb des Kugelventile 28 eine
kali@rierte Bohrung 29 auf, durch die der Druckraum 25 ständig mit dem unteren Raum
27 verbunden ist. Der Kolben 22 weist ferner zwei Kolbenringe 30 auf und zu seiner
Hubbegrenzung sind zwei Tellerfedern 31 im unteren Raum 27 des Zylindergehäuses
21 vorgesehen.
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Die Fig.3 und 4 zeigen eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen
Kupplung, die sich im wesentlichen von der Ausführungsform nach Fig.l und 2 dadurch
unterscheidet, dass anstelle der Schraubenfedern zur Verbesserung der Elastizität
bei gleichbleibender Baugrösse federnde pakete verwendet werden.
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Bei dieser Ausführungsform entspricht das Antriebsteil
1
dem der Fig.l, während das Abtriebsteil 3 sich aus einem zylinderförmigen Rohrteil
40 zusammensetzt, an dessen Stirnseiten mittels Zylinderstiften 41 und Schrauben
42 Deckel 43 und 43' befestigt sind.
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Beide Deckel weisen am Übergang zum Antriebsteil 1 ebenfalls elastische
Manschettenringe 14 auf, die den Raum zwischen den beiden Kupplungsteilen 1, 3 flüssigxeitsdioht
abschliessen. Die beiden Stoßsdämpfer 20, von denen jeweils nur einer dargestellt
ist; entsprechen in ihrem Aufbau denen der Ausführungsform in Fig.l und 2. Die Aufhängung
des zylinderförmigen Gehäuses 21 der Stossdämpfer 20 erfolgt im Gegensatz zur ersten
Ausführungsform durch einen Zapfen 44, der mittels einer halbkugelförmigen Lagerschale
45 in einer entsprechenden Aussparung 46 im Rohrteil 40 gelagert ist. Die Lagerschale
45 ist zusätzlich durch einen Seegerring 47 gesichert. Die Kolbenstange 24 der Stosadämpfer
20 weist eine entsprechend der ereten Ausführungsform ausgebildete Aufhängevorrichtung
23' auf, in der die Trägerstange 9 mit ihrer entsprechenden kugelförmigen Ausbildung
sitst. Die Trägerstangen 9 sind im Antriebeteil 1 in ielastieohsn3locks 12' gelagert.
Die federnden Pakete bestehen beispielsweise aus wechselsinning aneinandergereihten
Tellerfederpaketen 4&, die in einem zylinderförmigen Gehäuse 21' #wischen Zylinderboden
und einem Kolben 52 angeordnet sind. Das Gehäuse 21' weist die gleichen Abmessungen
des Stossdümpfergehäuses auf und ist wie dieses über einen Zapfen 44' mit dem Abtriebsteil
3 gelenkig verbunden.
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Die Kolbenstange 54 des Kolbens 52 dient dem Tellerfederpaket 48 als
Führungselement und ist über eine Aufhängevorrichtung 53' mit der Trägerstangen
9 gelenkig verbunden. Die gelenkige Verbindung mit der
Trägerstange
9 erfolgt in der gleichen leise wie die Aufhängevorrichtung der Stossdämpferkolben.
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Neben der eben beschriebenen Ausführungsform ist in Fig.4 auf der
rechten Seite noch eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der die Tellerfederpakete
48 mit einem Stossdämpfer 20 der beschriebenen Art kombiniert werden. Zu diesem
Zweck ist der Kolben 522 des Stossdämpfers 20' entsprechend der Kolben 22 der beschriebenen
Stossdämpfer 20 ausgebildet.
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Fig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines mit einem Federpaket
48 kombinierten Stossdämpfers 60,der anstelle der Schraubenfedern 13 nach Fig.l
und 2 oder der Tellerfederpakete 48 mit oder ohne Stossdämpferkombination verwendet
werden kann. Der Stossdämpfer 60 besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 61, das
über einen Zapfen 74 entsprechend der Aufhängung der Zylinder 21 bzw.21' der Fig.3
und i in dem Abtriebsteil 3 gelenkig gelagert ist, und einen Kolben 62,der über
seine Kolbenstange 64 in gleicher leise mit dem Antriebsteil 1 verbunden ist wie
die Kolben der Stossdämpfer bzw. der Tellerfederpakete. Der Zapfen 74 weist eine
bis in den Druckraum 65 des Stossdämpfers reichende Bohrung 75 auf, die in ihrem
oberen Teil durch einen Gewindestopfen 76 verschlossen ist. Der Kolben 62 besitzt
eine mit der Bohrung 75 fluchtende zentrale Bchrung 66, die im Gegensats zu den
anderen Stossdämpferausführungen kein Kugelventil enthält, sondern ein Hohl schraube
77, durch die die zu dem unteren Raum 67 des Stosadämpfers führende Querbohrung
in ihrem freien Querschnitt ver@nderbar ist. Symmetrisch zur zentralen Bohrung 66
sind il dem Kolben qei weitere1 die beiden R@ume 65, 67 verbindende Bohrungen 78
vorgesehen,
in denen Jeweils ein federbelastetes Kugelventil 68 angeordnet ist. Um Leckverluste
der Stossdämpferflüssigkeit zwischen Zylinderboden und Kolbenstange 64 auszugleichen,
ist der untere Raum 67 über ein Steigrohr 79 mit dem Raum zwischen den beiden Kupplungsteilen
1, 3 verbunden. Zwischen der Lagerschale 45 des Zapfens 74 und dem Seegerring 47
sind zwei Unterlegscheiben 80 vorgesehen. Durch Herausnehmen dieser beiden Unterlegscheiben
80 oder durch Unterlegen von weiteren Unterlegscheiben kann der Federweg des Tellerfedarpaketes
48 und damit die Elastizität dieser kombinierten Einheit verändert werden. Soll
auch die Dämpfungswirkung des Stossdäspfers 60 den jeweiligen Erfordernissen angepasst
werden, so kann mittels eines durch die Bohrung 75 und 66 geführten Schraubenziehers
die Hohlschraube 77 in ihrer Stellung verändert werden, so dass sich der freie Querschnitt
der Querbohrung entsprechend verändert.
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In den rig. 6 und 7 sind schliesslich noch zwei weitere Ausführungsformen
eines, mit einem Tellerfederpaket 48 kombinierten Stossdämpfers 90 dargestellt,
der sich von dem in Fig.5 dadurch unterscheidet, dass die in den oberen Druckraum
95 dadurch den Zapfen 94 führende Bohrung 105 ausserhalb des Gehäuses 91 eine Querbohrung
98 @uïweist, über die der Druckraum 95 des Stessdämpfers 90 mit dem, mit einer viskosen
Flüssigkeit gefüllten Haun zwischen den beiden Kupplungsteil.n 1, 3 verb@@den ist.
Diese Bohrung 105 ist mittels einer Verschlußschraube 96 nach aussen vernchlossen,
die an ihrem, in die Bohrung 105 ragenden Ende kolbenförmig ausgebildet ist und
zum Zwecke einer besseren Abdichtung einen Dichtring 99 trägt. Die Eindringtiefe
des kolbenförmigen Endes der Verschlu@schraube 96 ist
durch Wegnchmen
bzw. Zugeben von ünterlegscheiben 102 veränderbar. Der Kolben 92 des Stossdämpfers
90 weist im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Fig.5 keine Verbindungsbohrungen
zum unteren Raum 97 auf, der freien Zugang zum Raum zwischen den beiden Kupplungsteilen
1, 3 hat. Bei der Ausführungsform nach Fig.6 dient das kolbenförmige Ende der Verschlußschraube
96 einem federbelasteten Kolbenventil 100 als Gegenlager, das eine Querbohrung 101
besitzt und derart verschiebbar in der Bohrung 105 angeordnet ist, dass der freie
Querschnitt der Querbohrung 98 in Abhängigkeit der Kolbenbewegung des Stossdämpfere
90 und in Abhängigkeit von der Anzahl der Unterlegecheiben 102 zwischen Verschlußschraube
96 und Zapfen 94 veränderbar ist. Bei der Ausführungsform nach Fig.? ist dagegen
der freie Querschnitt der Querbohrung 98 infolge des verlängerten, kolbenförmigen
Endes der Verschlußschraube 96 lediglich durch Verändern der Anzahl der ünterlegscheibe
102 veränderbar.
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Im folgenden soll die Funktionsweise der elastischen Kupplung erläutert
werden.
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Im eingebauten Zustand der Kupplung ist mit dem Flansch 2 die Kraftmaschine
und mit dem Flansch 6 die Arbeitsmaschine gekoppslt. Die Kraftübertragung zwischen
den beiden Kupplungsteilen 1, 3 erfolgt über die entweder aus Schraubenfedern 13,
oder Tellerfederpakete 48 bestehenden federnden Elemente, die entsprechend des in
übertragenden Drehmomentes auf Torsion oder auf Druck beansprucht werden. Gleichzeitig
mit der Beanspruchung der federnden Elemente werden die Stossdämpfer auseinandergezogen,
d.h. sie federn bis zu einem gewissen Grad ein, wobei der dabei durch die Verdrängung
der Stossdämpferflüssigkeit auftretende
Widerstand verhältnismässig
gering ist. Treten bei der Kraftübertragung nun Stösse oder kurze Widerstände entweder
in der Kraftmaschine oder in der Arbeitsmaschine auf, so werden diese zuerst in
voller Höhe von den federnden Elementen aufgenommen, da das weitere Einfedern der
Stossdämpfer aus ihren Ausgangsstellungen ohne grossen Widerstand erfolgt. Das hat
den Vorteil, dass der in dem einen Kupplungsteil auftretende Stops nicht doch durch
einen zu starken Einfederwiderstand der Stosadämpier auf das andere Kupplungsteil
übertragen wird. Die Dämpfung der aus dem Stoss resultierenden Schwingung erfolgt
nun dadurch, dass das Zusammendrücken bzw. das Zurückfedern der Stosedämpier in
ihre Ausgangsetellungen mit einem bedeutend grösseren Widerstand erfolgt als das
vorherige Einfedern. Der Widerstand entsteht durch die starke Drosselwirkung der
aus dem oberen Druckraum zurück strömenden Flüssigkeit infolge der kalibrierten
Bohrung. Dieser Widerstand der zurückströmenden Flüssigkeit kann bei den Ausführungsformen
der Stossdämpfer gemäss den Fig.5-7 verändert werden, indem der freie Querschnitt
der Bohrung,wie beschrieben, verändert wird.
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Bei grossen Drehmomentübertragungen und zur Aufnahme von stärkeren
Stössen ist es zweckmässig, als federnde Elemente in Zylindern geführte Tellerfederpakete
zu verwenden, wie aus den Fig.3;und 4 zu ersehen ist.
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Dabei ist bei gleicher Baugrösse der Kupplung eine mehr als zweifache
Elastizität zu erzielen. Um auch den entsprechend erhöhten Anforderungen an die
Schwingungsdämpfung gerecht zu werden, können dabei die in den Fig. 3 - 7 gezeigten
Stossdämpfer wahlweise mit oder ohne Federpakete verwendet werden. Neben der raumsparenden
Bauweise und der leichten Auswechselbarkeit der einzelnen Elemente ergibt sich bei
den gezeigten
Ausführungsformen der erfindungsgemässen Kupplung
nohh der Vorteil, dass infolge der veränderbaren Vorspannung der federnden Elemente
und ihrer gelenkigen Aufhängung in den beiden Kupplungsteilen eine besonders gute
Aufnahme von jeglicher Art von Versatz zwischen den beiden Kupplungsteilen gewährleistet
ist.
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P a t e n t a n s p r ü c h e