CH634133A5

CH634133A5 - DOUBLE JOINT CLUTCH.

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: CA1125044A; SE8001102L; GB2043207A; JPS55112423A; DE2934346C2; IT1130005B; IT8019688A0; FR2449231A1; GB2043207B; DE2934346A1; NL8000649A

Description

Die Erfindung betrifft eine Doppelgelenkkupplung mit zwei Kupplungsnaben, einer diese verbindenden Kupplungsmuffe und gleichmässig über deren Umfang verteilten Drehmoment übertragenden Übertragungselementen. The invention relates to a double joint coupling with two coupling hubs, a coupling sleeve connecting them and transmission elements transmitting torque evenly distributed over their circumference.

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. To transfer high power between high-speed shafts, it is often necessary to flexibly connect two shaft ends with a coupling of a compact design and at the same time to ensure that an axial thrust, such as that which occurs when a drive machine is switched on or off, does not destroy the Clutch leads.

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. From DE-AS 1963755 double articulated couplings of the type described above are known which are designed as torsionally rigid double toothed couplings with an internally toothed coupling sleeve and two externally toothed coupling hubs. In one embodiment of such a known coupling instead of individual teeth between the coupling hubs and the coupling sleeve are arranged in the radial direction elastically designed engagement elements which are under tension and center the coupling sleeve relative to the coupling hubs. In another embodiment, the centering of the coupling sleeve relative to the coupling hubs results from the fact that individual teeth formed on the coupling hubs are oversized compared to the associated toothing of the coupling sleeve and the coupling sleeve can be elastically expanded. In both cases, the coupling sleeve can be centered relative to the coupling hubs by its radial preload; Trouble-free operation can only be maintained over a longer period of time if these couplings are not loaded with significant axial forces. Larger axial forces and the moments caused by them when the two coupled shafts are axially displaced, however, quickly lead to the destruction of the known generic couplings. It is consequently unavoidable to relieve such a known coupling of any significant axial force by means of axial pressure bearings arranged on both sides of it.

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. However, every bearing means a loss of efficiency when transmitting high power at high speeds, which is why the number of bearings should be kept as low as possible.

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. It is therefore an object of the present invention to provide a coupling of the type described in the introduction which, when transmitting high torques between high-speed shafts, permits relatively large parallel displacements and other axial displacements of these shafts in relation to one another and is largely insensitive to axial forces.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass innerhalb der Kupplungsmuffe ein Biegestab angeordnet ist, der mit den beiden Kupplungsnaben verbunden ist. The object is achieved in that a bending rod is arranged within the coupling sleeve, which is connected to the two coupling hubs.

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. On the one hand, the bending rod is so flexible that the entire torque is transmitted from one coupling hub to the other via the transmission elements and the coupling sleeve; on the other hand, the bending rod is sufficiently resistant to buckling to be able to accommodate axial thrusts. Such axial thrusts can be generated periodically and / or intermittently, for example, by a drive machine or by a driven machine.

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. The double articulated coupling according to the invention is primarily intended for the transmission of power in excess of 10,000 kW. In machine sets with a power of this order of magnitude, it is possible for one machine to produce an axial thrust of, for example, 10,000 kp in one direction and another machine to produce an axial thrust of 15,000 kp in the opposite direction. The coupling according to the invention is able to accommodate these axial thrusts, so that only a single thrust bearing is required which has to absorb the resulting axial thrust of 5000 kp in the example given. As a result, the overall efficiency of the machine set can be increased considerably in comparison with known coupling and bearing arrangements under otherwise identical conditions.

Je nach der gewünschten Axialsteifigkeit kann der Biegestab biegefest und/oder auch drehfest mit den Kupplungsnaben verbunden sein. Depending on the desired axial rigidity, the bending rod can be connected to the coupling hubs in a manner that is resistant to bending and / or in a rotationally fixed manner.

Je nach der gwünschten Torsionssteifigkeit können die das Drehmoment übertragenden Eingriffselemente als Membranbiegestäbe , Lamellen, Hülsen, Verzahnungen oder dergleichen ausgeführt sein. Depending on the desired torsional rigidity, the engaging elements that transmit the torque can be designed as membrane bending rods, lamellae, sleeves, toothings or the like.

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. By directly attaching the bending rod to the two coupling hubs, it is possible to install and remove the double joint coupling according to the invention as a whole, that is to say without disassembling it, between the shaft ends to be coupled together.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Two exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with the aid of schematic drawings. It shows:

Fig. 1 den Axialschnitt einer ersten Doppelgelenkkupplung in Normalstellung; 1 shows the axial section of a first double joint coupling in the normal position;

Fig. la den vergrösserten Teilschnitt A-A in Fig. 1; Fig. La the enlarged partial section A-A in Fig. 1;

Fig. 2 den Axialschnitt der Kupplung gemäss Fig. 1 bei stark übertriebener Auslenkung; FIG. 2 shows the axial section of the coupling according to FIG. 1 with a greatly exaggerated deflection;

Fig. 3 den Axialschnitt einer zweiten Doppelgelenkkupplung in Normalstellung; und 3 shows the axial section of a second double joint coupling in the normal position; and

Fig. 4 den Axialschnitt der Kupplung gemäss Fig. 3 bei stark übertriebener Auslenkung. 4 shows the axial section of the coupling according to FIG. 3 with a greatly exaggerated deflection.

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. The two double joint couplings according to FIGS. 1, la and 2 on the one hand and according to FIGS. 3 and 4 on the other hand, as far as they agree with each other, are first described together below. In both cases, the double joint coupling connects two shaft ends 10 and 12 with one another, the axes of which are normally aligned with one another, but can also be inclined with respect to one another or, as exaggeratedly shown in FIGS. 2 and 4, can be offset in parallel. Both Weuen ends 10 and 12 each have a flange 14 for the double joint coupling.

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

634 133 634 133

Das rechts von der Doppelgelenkkupplung angeordnete Wellenende 12 ist gemäss Fig. 1 in einem Lager 16 gelagert. The shaft end 12 arranged to the right of the double joint coupling is mounted in a bearing 16 according to FIG. 1.

Jede der dargestellten Doppelgelenkkupplungen hat als Hauptbestandteile zwei Kupplungsnaben 18, eine Kupplungsmuffe 20 und einen Biegestab 22. 5 The main components of each of the double-jointed couplings shown are two coupling hubs 18, a coupling sleeve 20 and a bending rod 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. A radially outer flange 24 is formed on each coupling hub 18 and is screwed to the flange 14 on the adjacent shaft end 10 or 12. In addition, a radially inner flange 26 is formed on each coupling hub 18 and is screwed to a flange 28 at the adjacent end of the bending rod 22 10. The bending rod is centered in the flanges 26 of the two coupling hubs 18 and, moreover, extends through the coupling hubs 18 and the coupling sleeve 20 with a radial gap.

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. Each of the two coupling hubs 18 has a toothing 30, 15 which, according to FIGS. 1, 1 and 2, is designed as an external toothing, but according to FIGS. 3 and 4 as an internal toothing. The teeth 30 of the coupling hubs 18 are each assigned a toothing 32 on the coupling sleeve 20 which, according to FIGS. 1, 1 and 2, is designed as an internal toothing, according to FIGS. 3 and 4, as an external toothing.

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. However, since the torque to be transmitted by the double-jointed coupling is exclusively taken over by the coupling hubs, the coupling sleeves connecting them and the transmission elements arranged between the two, these toothings 30 and 32 fulfill very different functions in the two exemplary embodiments.

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, In the first-mentioned embodiment, the toothings 30 and 32, as can be seen above all from FIG. This means that in normal operation, the transmission of the torques,

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. in contrast to the second embodiment, are not involved. In the first exemplary embodiment - FIGS. 1 and 2 - the two coupling hubs 18 have bending rods 34 arranged in the manner of a membrane, the radially outer ends of which are clamped between an end piece 36 of the coupling sleeve 20 assigned to the coupling hub 18 concerned and a protective ring 38 screwed thereto. The membrane bending rods are very elastic, so that an axial offset of the two shaft ends 10 and 40 12 can be absorbed by these rods.

Bei der Ausführungsform gemäss der Fig. 3 und 4 wird ein solcher Achsversatz durch die Balligkeit der Verzahnungen 32 aufgefangen. In the embodiment according to FIGS. 3 and 4, such an axial offset is absorbed by the crowning of the toothings 32.

25 25th

35 35

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 In the event of an accident - that is to say if the permissible torque is exceeded - the membrane bending rods 34 would break in the embodiment according to FIGS. 1 and 2. Thus, the toothing 30 and 32 of FIG. 1 a would be used, which would allow the machine set to be stopped in such a case. In the case of the same accident in the embodiment according to FIGS. 3 and 4, only one would

45 45

50 50

oder mehrere Zähne der Verzahnungen 30 und 32 Defekte aufweisen. or more teeth of the teeth 30 and 32 have defects.

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. The bending rod 22 is so slim and correspondingly soft that it does not take part in the torque transmission; however, it is sufficiently kink-resistant to transmit all occurring axial forces directly from one coupling hub 18 to the other, even when the two shaft ends 10 and 12 according to FIGS. 2 and 4 are offset in parallel. In the event that the bending rod 22 should break, an annular stop 40 is formed on the inside of each end piece 36 of the coupling sleeve 20 in the embodiment according to FIGS. 1 and 2, which stops in a space between the teeth 30 of the associated coupling hub 18 and one attached to this, also annular counter-stop 42 engages.

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. If the bending rod 22 breaks, these stops 40 and counter stops 42 together with the ring-shaped end of the associated toothings 30 limit the axial relative displacement of the two shaft ends 10 and 12, so that the double-joint coupling can continue to run without additional damage until the machine set, to which the shaft ends 10 and 12 belong, is switched off and stopped. In the embodiment according to FIGS. 3 and 4, if the bending rod 22 breaks, the toothings 30 and 32 would take over the function of the stops 40 and the counter stops 42 on the one hand or the coupling hubs on the other hand would prevent the axial relative displacement of the two shaft ends 10 and 12.

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. The annular stops 40 (FIGS. 1, 2) and the corresponding counter-stops 42 or the end of the toothing 32 projecting against the stops 40 is provided with a convex end face. For reasons of scale, this is not evident from the figures.

Genau funktionsgleich ist beim zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 3,4) am gegen die Gegenanschläge 42 gerichteten Ende der Verzahnung 32 eine konvexe Stirnfläche vorgesehen. Exactly the same function is provided in the second exemplary embodiment (FIGS. 3, 4) at the end of the toothing 32 directed against the counter-stops 42.

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. In the embodiment according to FIGS. 1,1a and 2, the two end pieces 36 of the coupling sleeve 20 are connected to one another by a tubular middle piece 44; the coupling sleeve 20 is here in three parts, or if you include the protective rings 38, in five parts.

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. In the embodiment according to FIGS. 3 and 4, the coupling sleeve 20, on the other hand, is in one piece, but a lubricant space 46, which is recessed within its toothing 32, is provided at both ends. From here, the gears can be loaded directly with lubricant using a type of spray nozzle, which consists of small holes in the tooth root of the gears. The teeth 32 are crowned and fit with a radial prestress into the teeth 30 of the coupling hubs 18, so that a centering of the two ends of the coupling sleeve 20 with respect to the coupling hubs 18 is ensured.

M M

2 Blatt Zeichnungen 2 sheets of drawings

Claims

634 133 PATENT CLAIMS

1. Double-joint coupling with two coupling hubs, a coupling sleeve connecting them and torque-transmitting transmission elements evenly distributed over their circumference, characterized in that a bending rod (22) is arranged within the coupling sleeve, which is connected to the two coupling hubs (18).

2. Double-joint coupling according to claim 1, characterized in that the bending rod (22) is connected to both coupling hubs (18) in a flexurally rigid manner.

3. Double joint coupling according to claims 1 or 2, characterized in that the bending rod (22) with both coupling hubs (18) is also connected in a rotationally fixed manner.

4. Double-joint coupling according to claim 3, characterized in that the bending rod (22) is screwed to the coupling hubs (18) via flanges (26, 28).

5. Double joint coupling according to one of claims 1 to 4, characterized in that the transmission elements are membranes or membrane bending rods (34).

6. Double joint coupling according to one of claims 1 to 4, in which the transmission elements are toothings, characterized in that the coupling sleeve (20) is externally toothed and the coupling hubs (18) are internally toothed.

7. Double joint coupling according to one of claims 1 to 6, in which the coupling hubs and the coupling sleeves have cooperating annular stops, characterized in that the stops (40, 42) have convex end faces.