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Kupplung für Triebwerkswellen, insbesondere bei Rotary-Bohranlagen
Hohe pulsierende Drehmomente, etwa in der Grössenordnung zwischen 10. 000 und 20. 000 mkg, wer- den im schweren Maschinenbau mit Passfeder-oder Tangentialkeilverbindungen von der Welle auf die
Nabe einer Kupplung oder sonstigen Wellenverbindung übertragen.
Im stationären Maschinenbau muss weniger auf das Gewicht als auf den Preis einer solchen Verbin- dung gesehen werden. Es können dann die Sitzstellen der Naben stärker oder auch die Naben länger aus- gebildet werden, damit die zulässige Keilpressung nicht überschritten wird.
Anders liegen die Verhältnisse z. B. im Bohrgerätebau ; solche Anlagen müssen wegen des häufigen
Umbaues leicht gebaut sein, damit sie über weite Strecken transportiert und auf vergleichsweise hohe Un- terbauten aufgesetzt werden können.
Da übermässig lange Passfedern nur schwer auf ihrer ganzen Länge zum Tragen gebracht werden kön- nen, hat man hier zunächst versucht, mehr als zwei Keile auf dem Umfang gleichmässig versetzt unter- zubringen. Eine annähernd vollständige Tragfläche kann dabei aber nur durch grosse handwerkliche Fertig- keit heim Tuschieren und Schaben erreicht werden.
Bei übermässiger Beanspruchung durch den stark pulsierenden Pumpenantrieb, durch starke Stösse oder
Schwingungen kommen zudem häufig Überbelastungen an den Verbindungsstellen vor, die nach Defor- mierung der Keilflächen ein Abpressen der Naben unmöglich machen und dazu zwingen, die Welle zu zerspannen oder die Nabe aufzusprengen, um wenigstens einen Teil wiederzugewinnen.
Ferner hat man zur Momenienubertragung Zahnverbindungen in Form von Nutwellen, Lorenzverzah- nungen oder stark korrigierten Evolventenverzahungen mit verkurzter Zahnhöhe eingeführt. Bei diesen
Verbindungen können wohl grosse Momente auf kurzem Sitz und ohne wesentliche Schwächung der Welle ubertragen werden, aber es macht sich die Toleranz der Verzahnung, d. h. das Zahnspiel, das zum mög- lichen Austausch von Kupplungsteilen nötig ist, besonders bei Schlägen und stark pulsierenden Momenten durch Verschleiss und Passrostbildung unangenehm bemerkbar.
Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, besteht die Neuerung darin, dass ein ausserhalb der Verzahnung liegender Wellenzapfen mittels eines an sich bekannten Ringspannelementes gegen den mit der Welle verzahnten Bauteil verspannt und abgedichtet ist. Dabei befindet sich die Verzahnung zweckmässig im Bereich eines grösseren Wel] endurchmessers als die am äussersten Wellenende vorgesehene Verspannung.
Ausserdem kann es zweckmässig sein, den mit der Welle verzahnten Bauteil zusätzlich am inneren, der Ringspannverbindung entgegengesetzten Ende durch einen engtolerierten Sitz gegenüber der Welle zu zentrieren.
Der Gegenstand der Neuerung ist in der Zeichnung in zwei Ausfuhrungsformen beispielsweise dargestellt, u. zw. zeigen im Rahmen einer Rotary-Bohranlage Fig. 1 eine Triebwerkswelle zum Antrieb des Hebewerkes und der Spulpumpe, Fig. 2 die Hauptantriebswelle zur Hebewerkstrommel.
In beiden Fällen ist das Abtriebsende der Welle 1 hinter dem Traglager 2 bzw. 2'-ein gleichartiges Lager befindet sich am anderen Wellenende - mit einer Geradverzahnung 3 versehen, die mit einer entsprechenden Verzahnung einer Kupplungsnabe 4 bzw. 4'in Eingriff steht.
Ausserhalb der Verzahnung a befindet sich noch ein kurzer Wellenzapfen 5 bzw. 5'mit kleinerem Durchmesser, der mittels eines an sich bekannten Ringfeder-Spannelementes 6 gegen einen bis auf Spaltabstand an den Wellenzapfen heranreichenden Nabenteil 7 verspannt ist. Zum Anspannen des Spannele-
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mentes dient unter Zwischenschaltung eines Druckringes 8 eine Mutter 9, die auf ein Gewinde am äusser- sten Wellenende geschraubt ist und durch ein Sicherungsblech 10 bzw. 10', gegebenenfalls in Verbindung mit einer Gegenmutter 9.', in ihrer Lage gehalten wird.
Bei der Verbindung zur Hauptschaltkupplung der Hebewerkstrommel gemäss Fig. 2 wird eine sehr ge- naue Zentrierung der Nabe verlangt. Aus diesem Grunde ist am inneren Kupplungsende der Nabe 4'ein zusätzlicher, engtolerierter Sitz 11 vorgesehen. Bei hohen Anforderungen an den Rundlauf der Nabe wür- de also nicht die Verzahnung 3 für die Zentrierung verantwortlich sein, sondern der Sitz 11 an der Innen- seite und die Ringspannverbindung 6 an der Aussenseite.
Die Verzahnung 3 ist dagegen für die zuverlässige Übertragung der Drehmomente verantwortlich. Die Ringspannelemente sollen nicht mit der grössten Kraft, die von den Herstellern für eine volle Momenten- übertragung vorgesehen ist, angezogen werden, sondern nur etwa mit einem Drittel dieses Wertes, da sie lediglich die Aufgabe haben, das Ruckdrehen bei Schwingungen zu verhüten, damit keine Schläge und
Beschädigungen in der Verzahnung entstehen können. Infolgedessen genügt es in diesem Zusammenhang normalerweise, die Ringspannelemente mit nur zwei Keilringen auszuführen, obwohl eine Anordnung von mehr Keilringen ebenfalls ohne weiteres möglich ist.
Bei Fortfall des Stossfaktors kann sich das Harten der Verzahnung oder ihre Herstellung aus einem be- sonders hochwertigen Werkstoff erübrigen. Ausserdem wird das Wellenende durch das Ringspannelement gegen den anschliessenden Raum abgedichtet, so dass das im Bereich der Verzahnung vorhandene Schmier- mittel nicht dorthin gelangen kann.
Die vorgeschlagene Kombination einer Verzahnung und Verspannung eignet sich auch für andere
Wellenverbindungen unter ähnlichen Verhältnissen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kupplung für Triebwerkswellen, insbesondere bei Rotary-Bohranlagen, mittels einer Geradver- zahnung, dadurch gekeiitizeicnilet, dass ein ausserhalb der Verzahnung (3) liegender Wellenzapfen (5) mittels eines an sich bekannten Ringspannelementes (6) gegen den mit der Welle (1) verzahnten Bauteil (4,4') verspannt und abgedichtet ist.