CH634133A5

CH634133A5 - Doppelgelenkkupplung.

Info

Publication number: CH634133A5
Application number: CH153479A
Authority: CH
Inventors: Hans Sigg
Original assignee: Maag Zahnraeder & Maschinen Ag
Priority date: 1979-02-16
Filing date: 1979-02-16
Publication date: 1983-01-14
Also published as: IT1130005B; CA1125044A; FR2449231A1; SE8001102L; GB2043207A; IT8019688A0; NL8000649A; DE2934346A1; JPS55112423A; GB2043207B; DE2934346C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Doppelgelenkkupplung mit zwei Kupplungsnaben, einer diese verbindenden Kupplungsmuffe und gleichmässig über deren Umfang verteilten Drehmoment übertragenden Übertragungselementen.

Zum Übertragen grosser Leistungen zwischen schnellaufenden Wellen ist es oft erforderlich, zwei Wellenenden mit einer Kupplung von gedrängter Bauweise biegeelastisch zu verbinden und zugleich dafür zu sorgen, dass ein Axialschub, wie er beispielsweise beim Ein- oder Ausschalten einer Antriebsmaschine auftreten kann, nicht zur Zerstörung der Kupplung führt.

Aus der DE-AS 1963755 sind Doppelgelenkkupplungen der oben beschriebenen Gattung bekannt, die als drehstarre Doppelzahnkupplungen mit einer innenverzahnten Kupplungsmuffe und zwei aussenverzahnten Kupplungsnaben ausgebildet sind. Bei einer Ausführungsform einer solchen bekannten Kupplung sind anstelle einzelner Zähne zwischen den Kupplungsnaben und der Kupplungsmuffe in radialer Richtung elastisch ausgebildete Eingriffselemente angeordnet, die unter Vorspannung stehen und die Kupplungsmuffe gegenüber den Kupplungsnaben zentrieren. Bei einer anderen Ausführungsform ergibt sich die Zentrierung der Kupplungsmuffe gegenüber den Kupplungsnaben dadurch, dass einzelne an den Kupplungsnaben ausgebildete Zähne gegenüber der zugehörigen Verzahnung der Kupplungsmuffe Übermass aufweisen und die Kupplungsmuffe elastisch aufweitbar ist. In beiden Fällen lässt sich die Kupplungsmuffe zwar durch ihre radiale Vorspannung gegenüber den Kupplungsnaben zentrieren ; ein störungsfreier Betrieb lässt sich aber nur dann über längere Zeit aufrechterhalten, wenn diese Kupplungen nicht mit nennenswerten Axialkräften belastet werden. Grössere Axialkräfte und die durch sie bei Achsversetzung der beiden miteinander gekuppelten Wellen hervorgerufenen Momente führen indessen rasch zur Zerstörung der bekannten gattungsgemässen Kupplungen. Es ist infolgedessen unumgänglich, eine solche bekannte Kupplung durch beidseits von ihr angeordnete Axialdrucklager von jeglicher nennenswerten Axialkraft zu entlasten.

Jede Lagerung bedeutet indessen bei Übertragung grosser Leistungen mit hohen Drehzahlen einen Wirkungsgradverlust, weshalb die Zahl der Lagerungen so gering wie möglich gehalten werden sollte.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplung der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, die bei der Übertragung grosser Drehmomente zwischen schnellaufenden Wellen relativ grosse Parallelverschiebungen und andere Achsversetzungen dieser Wellen in bezug aufeinander zulässt und weitgehend unempfindlich gegen Axialkräfte ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass innerhalb der Kupplungsmuffe ein Biegestab angeordnet ist, der mit den beiden Kupplungsnaben verbunden ist.

Der Biegestab ist einerseits so drehnachgiebig, dass das gesamte Drehmoment über die Übertragungselemente und die Kupplungsmuffe von einer Kupplungsnabe auf die andere übertragen wird; andererseits ist der Biegestab hinreichend knicksteif, um Axialschübe aufnehmen zu können. Solche Axialschübe können beispielsweise durch eine Antriebsmaschine oder durch eine angetriebene Maschine periodisch und/oder stoss-weise erzeugt werden.

Die erfindungsgemässe Doppelgelenkkupplung ist vor allem zur Übertragung von Leistungen über 10000kW vorgesehen. In Maschinensätzen mit einer Leistung dieser Grössenordnung ist es möglich, dass eine Maschine einen Axialschub von beispielsweise 10000 kp in einer Richtung und eine andere Maschine einen Axialschub von 15 000 kp in der entgegengesetzten Richtung erzeugt. Die erfindungsgemässe Kupplung ist imstande, diese Axialschübe aufzunehmen, so dass nur noch ein einziges Axialdrucklager erforderlich ist, das den resultierenden Axialschub von im angegebenen Beispiel 5000 kp aufzunehmen hat. Dadurch lässt sich der Gesamtwirkungsgrad des Maschinensatzes im Vergleich mit bekannten Kupplungs- und Lageranordnungen unter sonst gleichen Bedingungen erheblich steigern.

Je nach der gewünschten Axialsteifigkeit kann der Biegestab biegefest und/oder auch drehfest mit den Kupplungsnaben verbunden sein.

Je nach der gwünschten Torsionssteifigkeit können die das Drehmoment übertragenden Eingriffselemente als Membranbiegestäbe , Lamellen, Hülsen, Verzahnungen oder dergleichen ausgeführt sein.

Durch eine unmittelbare Befestigung des Biegestabes an den beiden Kupplungsnaben ergibt sich die Möglichkeit, die erfindungsgemässe Doppelgelenkkupplung insgesamt, also ohne sie zu zerlegen, zwischen den miteinander zu kuppelnden Wellenenden ein- und auszubauen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den Axialschnitt einer ersten Doppelgelenkkupplung in Normalstellung;

Fig. la den vergrösserten Teilschnitt A-A in Fig. 1;

Fig. 2 den Axialschnitt der Kupplung gemäss Fig. 1 bei stark übertriebener Auslenkung;

Fig. 3 den Axialschnitt einer zweiten Doppelgelenkkupplung in Normalstellung; und

Fig. 4 den Axialschnitt der Kupplung gemäss Fig. 3 bei stark übertriebener Auslenkung.

Die beiden Doppelgelenkkupplungen gemäss Fig. 1, la und 2 einerseits sowie gemäss Fig. 3 und 4 andererseits werden im folgenden, soweit sie miteinander übereinstimmen, zunächst gemeinsam beschrieben. In beiden Fällen verbindet die Doppelgelenkkupplungzwei Wellenenden lOund 12 miteinander, deren Achsen normalerweise miteinander fluchten, aber auch gegeneinander geneigt oder, wie in Fig. 2 und 4 stark übertrieben dargestellt, parallelversetzt sein können. Beide Weüenenden 10 und 12 haben je einen Flansch 14 für die Doppelgelenkkupplung.

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Das rechts von der Doppelgelenkkupplung angeordnete Wellenende 12 ist gemäss Fig. 1 in einem Lager 16 gelagert.

Jede der dargestellten Doppelgelenkkupplungen hat als Hauptbestandteile zwei Kupplungsnaben 18, eine Kupplungsmuffe 20 und einen Biegestab 22. 5

An jeder Kupplungsnabe 18 ist ein radial äusserer Flansch 24 ausgebildet, der mit dem Flansch 14 am benachbarten Wellenende 10 bzw. 12 verschraubt ist. Ausserdem ist an jeder Kupplungsnabe 18 ein radial innerer Flansch 26 ausgebildet, der mit einem Flansch 28 am benachbarten Ende des Biegestabes 22 10 verschraubt ist. Der Biegestab ist in den Flanschen 26 der beiden Kupplungsnaben 18 zentriert und erstreckt sich im übrigen mit radialem Zwischenraum durch die Kupplungsnaben 18 und die Kupplungsmuffe 20 hindurch.

Jede der beiden Kupplungsnaben 18 hat eine Verzahnung 30, 15 die gemäss Fig. 1,1a und 2 als Aussenverzahnung, gemäss Fig. 3 und 4 dagegen als Innenverzahnung ausgebildet ist. Den Verzahnungen 30 der Kupplungsnaben 18 ist je eine Verzahnung 32 an der Kupplungsmuffe 20 zugeordnet, die gemäss Fig. 1,1a und 2 als Innenverzahnung, gemäss Fig. 3 und 4 dagegen als Aussen- 20 Verzahnung ausgebildet ist.

Da nun aber das von der Doppelgelenkkupplung zu übertragende Drehmoment ausschliesslich von den Kupplungsnaben den sie verbindenden Kupplungsmuffen und den zwischen beiden angeordneten Übertragungselementen übernommen wird erfüllen diese Verzahnungen 30 und 32 bei den beiden Ausführungsbeispielen ganz verschiedene Funktionen.

Bei der erstgenannten Ausführungsform haben die Verzahnungen 30 und 32, wie vor allem aus Fig. la ersichtlich ist, in bezug aufeinander ein erhebliches Spiel in radialer Richtung und 30 auch ein gewisses Spiel in Umfangsrichtung. Das bedeutet, dass sie im Normalbetrieb an der Übertragung der Drehmomente,

ganz im Gegensatz zum zweiten Ausführungsbeispiel, nicht beteiligt sind. Die beiden Kupplungsnaben 18 weisen im ersten Ausführungsbeispiel - Fig. 1 und Fig. 2 - membranartig angeordnete Biegestäbe 34 auf, deren radial äussere Enden zwischen einem der betreffenden Kupplungsnabe 18 zugeordneten Endstück 36 der Kupplungsmuffe 20 und einem damit verschraubten Schutzring 38 eigespannt sind. Die Membranbiegestäbe sind sehr elastisch, so dass ein Achsversatz der beiden Wellenenden 10 und 40 12 durchaus von diesen Stäben aufgenommen werden kann.

Bei der Ausführungsform gemäss der Fig. 3 und 4 wird ein solcher Achsversatz durch die Balligkeit der Verzahnungen 32 aufgefangen.

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Im Havariefall - das heisst bei einer Überschreitung des zulässigen Drehmomentes-würden bei der Ausführungsform gemäss den Fig. 1 und 2 die Membranbiegestäbe 34 brechen. Somit würden die Verzahnungen 30 und 32 der Fig. la zum Einsatz kommen, die in einem solchen Fall ein Stillsetzen des Maschinensatzes erlauben. Bei gleichem Havariefall bei der Ausführungsform gemäss den Fig. 3 und 4 würden lediglich ein

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oder mehrere Zähne der Verzahnungen 30 und 32 Defekte aufweisen.

Der Biegestab 22 ist so schlank und entsprerchend weich, dass er sich an der Drehmomentübertragung nicht beteiligt ; er ist jedoch hinreichend knicksteif, um alle vorkommenden Axialkräfte unmittelbar von einer Kupplungsnabe 18 auf die andere zu übertragen, und zwar auch dann noch, wenn die beiden Wellenenden 10 und 12 gemäss Fig. 2 und 4 gegeneinander parallelversetzt sind. Für den Fall, dass der Biegestab 22 brechen sollte, ist bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1 und 2 an der Innenseite jedes Endstückes 36 der Kupplungsmuffe 20 ein ringförmiger Anschlag 40 ausgebildet, der in einen Zwischenraum zwischen der Verzahnung 30 der zugehörigen Kupplungsnabe 18 und einem an dieser befestigten, ebenfalls ringförmigen Gegenanschlag 42 eingreift.

Bei einem Bruch des Biegestabes 22 begrenzen diese Anschläge 40 und Gegenanschläge 42 samt dem ringförmig ausgebildeten Ende der zugehörigen Verzahnungen 30 die axiale Relativverschiebung der beiden Wellenenden 10 und 12, so dass die Doppelgelenkkupplung, ohne zusätzliche Beschädigungen zu erleiden, weiterlaufen kann, bis der Maschinensatz, zu dem die Wellenenden 10 und 12 gehören, abgeschaltet und stillgesetzt ist. Bei der Ausführungsform gemäss den Fig. 3 und 4 würden im Fall eines Bruches des Biegestabes 22 die Verzahnungen 30 und 32 die Funktion der Anschläge 40 übernehmen und die Gegenanschläge 42 einerseits oder die Kupplungsnaben andererseits die axiale Relativverschiebung der beiden Wellenenden 10 und 12 verhindern.

Die ringförmig ausgebildeten Anschläge 40 (Fig. 1,2) und die entsprechenden Gegenanschiäge 42 bzw. das Ende der gegen die Anschläge 40 ragenden Verzahnung 32 ist mit einer konvexen Stirnfläche versehen. Aus Massstabgsgründen ist dies aus den Figuren nicht ersichtlich.

Genau funktionsgleich ist beim zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 3,4) am gegen die Gegenanschläge 42 gerichteten Ende der Verzahnung 32 eine konvexe Stirnfläche vorgesehen.

Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1,1a und 2 sind die beiden Endstücke 36 der Kupplungsmuffe 20 durch ein rohrför-miges Mittelstück 44 miteinander verbunden; die Kupplungsmuffe 20 ist hier also dreiteilig, oder wenn man die Schutzringe 38 dazurechnet, fünfteilig.

Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 und 4 ist die Kupplungsmuffe 20 dagegen einteilig, jedoch ist an ihren beiden Enden je ein innerhalb ihrer Verzahnungen 32 ausgesparter Schmiermittelraum 46 vorgesehen. Von diesem aus lassen sich die Verzahnungen über eine Art Spritzdüsen, die aus kleinen Bohrungen im Zahnfuss der Verzahnungen bestehen, direkt mit Schmiermittel beaufschlagen. Die Verzahnungen 32 sind ballig und fügen sich mit radialer Vorspannung in die Verzahnungen 30 der Kupplungsnaben 18 ein, so dass hierfür eine Zentrierung der beiden Enden der Kupplungsmuffe 20 in bezug auf die Kupplungsnaben 18 gesorgt ist.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

634 133 PATENTANSPRÜCHE

1. Doppelgelenkkupplung mit zwei Kupplungsnaben, einer diese verbindenden Kupplungsmuffe und gleichmässig über deren Umfang verteilten, Drehmoment übertragenden Übertragungselementen, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Kupplungsmuffe ein Biegestab (22) angeordnet ist, der mit den beiden Kupplungsnaben (18) verbunden ist.

2. Doppelgelenkkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegestab (22) mit beiden Kupplungsnaben (18) biegefest verbunden ist.

3. Doppelgelenkkupplung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegestab (22) mit beiden Kupplungsnaben (18) auch drehfest verbunden ist.

4. Doppelgelenkkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegestab (22) mit den Kupplungsnaben (18) über Flansche (26, 28) verschraubt ist.

5. Doppelgelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungselemente Membranen oder Membranbiegestäbe (34) sind.

6. Doppelgelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Übertragungselemente Verzahnungen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsmuffe (20) aussenverzahnt ist und die Kupplungsnaben (18) innenverzahnt sind.

7. Doppelgelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Kupplungsnaben und die Kupplungsmuffen zusammenwirkende ringförmige Anschläge aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (40,42) konvexe Stirnflächen aufweisen.