DE10112088A1 - Verfahren zum Druckaufbau in Verbindungskupplung und Verbindungskupplung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Druckaufbau in Verbindungskupplungen zur kraftschlüssigen Verbindung zweier koaxialer, miteinander spielfrei zu koppelnder Maschinenelemente - einem ersten antriebsseitigen und einem zweiten abtriebsseitigen Maschinenelement - mit einem von wenigstens einer wenigstens teilweise elastisch verformbaren Wand begrenzten Zwischenraum, der mit einem Druckmittel befüllbar ist. DOLLAR A Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: DOLLAR A - Das Druckmittel wird während der Rotation der Verbindungskupplung mittels wenigstens einer im Bereich des Außenumfanges der Verbindungskupplung angeordneten Fördereinrichtung aus einem mitrotierenden Druckmitteltank in den Zwischenraum gefördert, wobei der Antrieb von einem Exzenter gebildet wird, der direkt oder indirekt über weitere Übertragungsmittel an der Fördereinrichtung wirksam wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Druckaufbau in einem, von wenigstens einer wenigstens teilweise elastisch verformbaren Wand begrenzten Zwischenraum einer Verbindungskupplung zur kraftschlüssigen Verbindung zweier koaxial zueinander angeordneter und miteinander spielfrei zu koppelnder Maschinenelemente - einem ersten antriebsseitigen und einem zweiten abtriebsseitigen Maschinenelement, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1; ferner eine Verbindungskupplung.

Verbindungskupplungen sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Diese dienen der Drehmomentenübertragung zwischen zwei gleichachsigen Maschinenteilen. Eine gattungsgemäße spielfreie, kraftschlüssige und schnell spann- und lösbare Verbindungskupplung zur Realisierung einer Welle-Nabe-Verbindung ist beispielsweise aus der Druckschrift Voith-Druck G 1578 SV/MSW 4.99 2000 bekannt. Diese weist mindestens eine dünnwandige Hülse auf, die eine sich axial erstreckende Wand einer im wesentlichen ringförmigen Kammer bildet, welche auch als Zwischenraum bezeichnet wird und die mit Druckmittel beaufschlagbar ist, um die Hülse im wesentlichen in radialer Richtung zu deformieren und wenigstens mittelbar mit einer Fläche eines Elementes, an dem die Kupplung befestigt werden soll, zu verklemmen. Der ringförmigen Kammer ist ein Druckmittelversorgungssystem zugeordnet. An diese schließt sich in der Regel eine Kanalanordnung an, welche der Befüllung und Entleerung der ringförmigen Kammer bzw. des Zwischenraumes dienen. Derartige Kupplungen finden beispielsweise in Walzwerksantrieben Verwendung. Dabei besteht der Wunsch nach einer spielfreien Verbindung zwischen einer Walze und einem Wellenstrang, beispielsweise in Form einer Gelenkwelle, um die Qualität des Walzgutes zu verbessern oder den Verschleiß in den üblichen Flachzapfen-Treffern zu vermeiden. Bei den bisher zum Einsatz gelangten gattungsgemäßen Verbindungskupplungen wurden diese manuell aufgepumpt, d. h. daß das Bedienpersonal an der Kupplung tätig werden musste, um beim Lösen Druck abzulassen und die Verbindungskupplung zum Schließen dann wieder aufzupumpen, indem Druckmittel in die ringförmige Kammer eingebracht wurde. Entsprechend des Einsatzfalls ist dies jedoch nur in den seltensten Fällen eine akzeptable Vorgehensweise, insbesondere da jede dieser Handlungen einen Stillstand der Anlage erfordert und des weiteren das Vorortsein von Servicepersonal. Fernbedienungen mit automatischen Ölanschlüssen wurden zwar angedacht, jedoch in der Praxis nicht realisiert, da der Aufwand für derartige Verbindungen erheblich ist. Als Lösung wird daher ein Großteil der Walzwerksanlagen heute mit spielbehafteten Flachzapfentreffern ausgeführt, die in die Walze mit ihrem Flachprofil nur hineingeschoben werden, ohne daß Servicepersonal an dem entsprechenden Treffer notwendig ist. Ein wesentlicher Nachteil derartiger formschlüssiger Verbindungen besteht jedoch in dem erheblichen Spiel, welches zur negativen Beeinflussung der Betriebsweise des abtriebsseitigen Maschinenelementes damit bei Verarbeitungsmaschinen des Verarbeitungsergebnisses führen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungskupplung zur Realisierung einer spielfreien Verbindung der eingangs genannten Art weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile vermieden werden, insbesondere daß auf das Vorortsein von Servicepersonal zur Realisierung der kraftschlüssigen Verbindung durch Druckmittelzufuhr und zur Entlastung verzichtet werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch Merkmale des Anspruches 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Der Druckaufbau in einem von wenigstens einer wenigstens teilweise elastisch verformbaren Wand begrenzten Zwischenraum einer Verbindungskupplung zur kraftschlüssigen Verbindung zweier koaxialer miteinander spielfrei zu koppelnder Maschinenelemente - einem ersten antriebseitigen und einem zweiten abtriebseitigen Maschinenelement - erfolgt erfindungsgemäß durch die Förderung von Betriebs­ beziehungsweise Druckmitteln während des Betriebes der Verbindungskupplung, insbesondere der Rotation mittels wenigstens einer im Bereich des Außenumfanges der Verbindungskupplung angeordneten Fördereinrichtung aus einem mit rotierenden Druckmitteltank in den Zwischenraum. Dabei wird das Druckmittel während der Rotation der Verbindungskupplung selbsttätig mittels der im Bereich des Außenumfanges oder an einer Stirnseite der Verbindungskupplung angeordneten Fördereinrichtung oder Fördereinrichtungen in den Zwischenraum gefördert, wobei der Antrieb der Fördereinrichtung mit einer Relativdrehzahl, einschließlich der Drehzahl Null, zu den übrigen Kupplungsteilen rotiert. Dabei wird jedoch nur während einer Relativdrehzahl zu den übrigen Kupplungsteilen der Fördervorgang aufrecht erhalten, während bei Relativdrehzahl Null der Fördervorgang eingestellt wird. Um diesen Vorgang automatisch ablaufen zu lassen, das heißt ohne zusätzliche vorzusehende Maßnahmen von außen, ist der Antrieb als Exzenter ausgeführt, umfassend ein Gewicht und ein Kurvenelement, dessen Ausgang direkt oder indirekt über ein weiteres Übertragungselement am Förderorgan der Pumpeinrichtung wirksam wird. Vorzugsweise ist der Exzenter als Exzenterring ausgeführt, wobei Gewicht und Kurvenelement eine integrale Baueinheit bilden, das heißt, diese werden von einem Bauteil gebildet. Denkbar ist es jedoch auch, Gewicht und Kurvenelement von separaten Bauelementen zu bilden und diese hinsichtlich ihrer Funktion zu einer Einheit zusammenzufassen, wobei jedoch ihre Eigenständigkeit als Komponente erhalten bleibt. Das Kurvenelement ist vorzugsweise in Form eines ringförmigen Elementes mit entsprechend gestalteter Außenfläche in Form einer Kurvenkontur ausgebildet. Diese Oberfläche am Außenumfang bewirkt jedoch bei Relativbewegung des Förderelementes gegenüber dieser eine Kraft auf das Förderelement, welche bei Ausführung als Stößelpumpe in einen Druckhub umgesetzt wird und damit eine Förderung von Druckmittel aus dem Druckmittelspeicherraum vornimmt. Dabei baut sich auf Seiten der Verbindungskupplung mit zunehmendem Fördervorgang ein Druck auf, welcher gleichzeitig das Reaktionsmoment auf den durch den Druckhub hervorgerufenen Fördervorgang bestimmt. Erreicht dieser Druck einen bestimmten vordefinierten Grenzwert, welcher den optimalen Arbeitsdruck im Zwischenraum oder aber einen maximal zulässigen Druck im Zwischenraum entspricht, bewirkt das Reaktionsmoment eine Mitnahme des Kurvenelementes mit Gewicht, das heißt des Exzenterringes. Dieser reißt sich los und rotiert mit. Der Exzenterring ist zu diesem Zweck drehbar im Druckmittelraum gelagert. Ist die Relativdrehzahl zwischen Antrieb und Förderelement beziehungsweise den übrigen Kupplungsteilen gleich Null, erfolgt keine Förderung mehr, da über die Kurvenscheibe keine Kraft auf den Stößel der Fördereinrichtung mehr aufgebracht wird.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil einer selbsttätigen Befüllung des Zwischenraumes mit Betriebs- beziehungsweise Druckmittel während des Anfahrvorganges und bei Drehmomentübertragung, das heißt im Dauerbetrieb. Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Druckmittelspeicherraum druckdicht gegenüber der Umgebung ausgeführt und dem Betriebs- beziehungsweise Druckmittel im Druckmittelspeicher ist ein geringer Überdruck aufgeprägt. Diese Lösung bietet den Vorteil, daß die Fördereinrichtung beim Startvorgang selbst ansaugend arbeiten kann, das heißt keine zusätzlichen Hilfsmittel weiter erforderlich sind.

Bezüglich der Ausgestaltung des Exzenters bestehen eine Mehrzahl von Möglichkeiten:

• a) Bauliche Einheit aus Gewicht und Kurvenelement, insbesondere drehfeste Vebindung zwischen Gewicht und Kurvenelement
• b) Kopplung zwischen Gewicht und Kurvenelement über zwischengeschaltete Lageranordnungen.

Die Variante a) stellt dabei eine besonders bevorzugte Ausführung dar, da diese sich durch einen sehr geringen Bauraumbedarf und einen geringen Fertigungsaufwand auszeichnet. Dabei ist es unerheblich, ob die bauliche Einheit aus Einzelkomponenten zusammengefügt wurde oder aber durch Ausbildung als integrale Baueinheit entstanden ist.

Die unter b) genannte Lösung bietet den Vorteil, daß bezüglich der Ausbildung des Exzenters aus Gewicht und Kurvenelement keine Grenzen gesetzt sind, das heißt jede mögliche Kombination hinsichtlich der Größe des Gewichtes und der Ausbildung des Kurvenelementes sehr schnell bereitgestellt werden können, da die Funktionseinheit erst durch Zusammenfügung entsteht.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Förderelement über eine oder mehrere Federeinrichtungen gegenüber dem Exzenter vorgespannt. Wird dabei die Kraft am Förderelement, insbesondere bei Ausbildung als Stößelpumpe dem Stößel, höher als die Federvorspannung, so wird die Federeinrichtung weiter einfädeln, die Vorspannung vergrößert sich und der Stößelhub nimmt ab, bis die Fördereinrichtung beziehungsweise die Pumpeinrichtung nicht mehr fördert.

Die Fördereinrichtung ist dabei im einfachsten Fall als Pumpeneinrichtung ausgeführt. Die Pumpeinrichtug, insbesondere die Förderelemente sind zu diesem Zweck drehfest mit der Verbindungskupplung verbunden, wobei zum Antrieb der Förderelemente die Relativgeschwindigkeiten zwischen der Verbindungskupplung und beispielsweise einem Exzenter ausgenutzt wird.

Dies wird im einfachsten Fall dadurch realisiert, daß die Förderelemente der Fördereinrichtung über entsprechende Betätigungselemente, welche an dem Exzenterring, welcher sich an einem der beiden zu koppelnden Maschinenelementen abstützt, angeordnet sind, betätigt werden. Dabei wird eine Betätigung durch das miteinander in Wirkverbindung bringen der Förderelemente und der Betätigungselemente ausgelöst, wobei diese Auslösung jeweils aufgrund der unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten zwischen den an der Verbindungskupplung angeordneten Fördereinrichtungen und damit Förderelementen und den Betätigungselementen bedingt ist.

Bezüglich der Ausgestaltung der Mittel zur Versorgung mit Druckmittel bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Vorzugsweise umfassen diese wenigstens eine drehfest mit der Verbindungskupplung verbundene Fördereinrichtung in Form einer Pumpeinrichtung, wobei es sich bei dieser im einfachsten Fall um eine Hub-Kolben-Pumpeneinheit handelt. Diese ist dabei derart gegenüber dem Kupplungsgrundkörper der Verbindungskupplung angeordnet, daß der mögliche Kolbenhub im wesentlichen in radialer Richtung in Einbaulage betrachtet realisiert wird. Zur Betätigung ist den Förderelementen eine entsprechende Betätigungseinrichtung zugeordnet. Diese ist vorzugsweise in Form eines ringförmigen Exzenterelementes ausgeführt. Denkbar sind des weiteren Ausführungen des Antriebes des Förderelementes mittels einer Schrägscheibe oder einem Zahnrad.

Vorzugsweise werden eine Mehrzahl von Fördereinrichtungen vorgesehen, welche in Umfangsrichtung der Verbindungskopplung in bestimmten vorzugsweise gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind. Bei Vorsehen mehrerer Fördereinrichtungen bestehen für die Ausgestaltung und Anordnung der Betätigungselemente am antriebsseitigen Maschinenelement ebenfalls mehrere Möglichkeiten. Denkbar ist dabei der Einsatz eines einzelnen Betätigungselementes, welches die einzelnen Förderelemente nacheinander in Abhängigkeit der Relativgeschwindigkeit zwischen Verbindungskupplung und Antriebsvorrichtung antreibt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Vielzahl von Betätigungselementen vorzusehen, die vorzugsweise der Anzahl der Fördereinrichtungen entspricht und diese ebenfalls in gleichmäßigen Abständen in Umfangsrichtung beispielsweise des antriebsseitigen Maschinenelementes anzuordnen, so daß jeweils alle Fördereinrichtungen gleichzeitig angetrieben werden können. Diese Lösung bietet den Vorteil, daß die einzelnen Fördereinrichtungen kleiner bauen können und damit die Gesamteinrichtung Verbindungskupplung mit Mitteln zur Versorgung mit Druckmittel ebenfalls hinsichtlich des erforderlichen Bauraumes in radialer Richtung kleiner bauen kann. Die einzelnen Betätigungselemente können dabei in einer Betätigungseinrichtung zusammengefaßt sein, beispielsweise in Form eines Exzenterringes und einer Mehrzahl von in radialer Richtung ausgerichteten Vorsprüngen.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung sind Mittel zur Entlastung der Kupplung vorgesehen. Da der Druck üblicherweise durch ein Rückschlagventil im Zwischenraum gehalten wird, kann eine gezielte Ablassung durch ein Entlastungsventil mit externer Betätigung oder eine ständige Drosselentlastung realisiert werden.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, eine besonders kompakte Baueinheit einer Verbindungskupplung zu schaffen, welche neben einer geringen Bauteilanzahl den Vorteil besitzt, daß diese als selbständig gekapselte Baueinheit für beliebige Einsatzzwecke genutzt werden kann, an beliebigen Bauelementen angeordnet werden kann und generell auf das vor Ort sein von Servicepersonal verzichtet werden kann, wobei eine selbsttätige Befüllung des Zwischenraumes der Verbindungskupplung erfolgt.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung den Grundaufbau und das Grundprinzip einer Verbindungskupplung mit erfindungsgemäßer selbsttätiger Befüllung.

Fig. 2a-2c verdeutlichen beispielhaft verschiedene Ausführungen eines Exzenters.

Fig. 3 verdeutlicht eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäß gestalteten Verbindungskupplung mit einem Exzenter aus einer Mehrzahl von Einzelkomponenten.

Die Fig. 1 verdeutlicht beispielhaft eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäß ausgeführten Verbindungskupplung 1. Diese fungiert als Kupplung zur spielfreien Verbindung zwischen zwei koaxial miteinander zu koppelnden Maschinenelementen - beispielsweise einer Welle 2 und einer Nabe 3. Die Verspannung kann dabei durch direkte Wirkung der Verbindungskupplung 1 auf die beiden miteinander zu koppelnden Elemente durch Zwischenschaltungen der Verbindungskupplung 1 in radialer Richtung betrachtet zwischen die Welle 2 und die Nabe 3 erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht in der indirekten Realisierung der Verspannung, bei welcher die Verbindungskupplung 1 lediglich mit der Nabe 3 in direkter Wirkverbindung, das heißt direktem Kontakt steht und über die Anpreßkraft auf eines dieser Elemente eine Verspannung mit dem anderen zweiten Element der Welle 2 bewirkt. Im dargestellten Fall ist die Verbindungskupplung 1 derart ausgeführt, daß diese die miteinander zu koppelnden Elemente - Welle 2 und Nabe 3 - in Umfangsrichtung umschließt und somit in radialer Richtung betrachtet durch einen größeren Durchmesser charakterisiert ist, als der Außendurchmesser der miteinander zu koppelnden Elemente - Welle 2 und Nabe 3. Die Verbindungskupplung wird dabei kraftschlüssig, insbesonderse reibschlüssig in Wirkverbindung mit dem Außenumfang A₃ der Nabe 3 gebracht. Zu diesem Zweck umfaßt die Verbindungskupplung 1 wenigstens einen mit Druckmittel befüllbaren Zwischenraum 4, dessen eine, vorzugsweise die zur Außenfläche 5 des mit der Verbindungskupplung 1 reibschlüssig direkt zu koppelnden Elementes, hier der Nabe 3, gerichtete Wand 6 wenigstens einen elastischen Teilbereich 7 aufweist, welcher bei Wirkung des Druckmittels eine Verformung in Richtung der zu verspannenden Elemente erfährt. Der Zwischenraum 4 wird beispielsweise von einer doppelwandigen Druckhülse 8 gebildet und ist ringförmig ausgeführt. Dieser erstreckt sich in Einbaulage der Verbindungskupplung 1 in axialer Richtung betrachtet vorzugsweise in axialer Richtung und im wesentlichen parallel zur Rotationsachse R_2,3 der Welle 2 und Nabe 3. Der Verbindungskupplung 1 sind Mittel 9 zur Versorgung mit Druckmittel zugeordnet. Diese umfassen ein Druckmittelversorgungssystem 10 mit mindestens einem Druckmittelspeicher 11, einer Fördereinrichtung 12 für das Druckmittel und Mittel 13 zur Kopplung der Fördereinrichtung 12 mit dem mit Druckmittel befüllbaren Zwischenraum 4. Die Fördereinrichtung 12 umfaßt wenigstens eine Pumpeinrichtung 14, im dargestellten Fall im Axialschnitt beispielhaft ersichtlich zwei Pumpeinrichtungen, die Pumpeinrichtung 14a und die Pumpeinrichtung 14b, die im Bereich des Außenumfanges 15 oder an den in axialer Richtung ausgerichteten Stirnseiten 16a oder 16b der Verbindungskupplung 1 angeordnet sind. Vorzugsweise sind immer eine Mehrzahl von Pumpeinrichtungen 14 vorgesehen, die in bestimmten vordefinierbaren Abständen zueinander in Umfangsrichtung, vorzugsweise in gleichmäßigen Abständen zueinander, auf einem bestimmten Durchmesser d_P der Verbindungskupplung angeordnet sind. Denkbar sind auch Ausführungen mit Anordnungen von Pumpeinrichtungen auf unterschiedlichem Durchmesser. Die Mittel 13 zur Koppelung der Fördereinrichtung 12 mit dem mit Druckmittel befüllbaren Zwischenraum 4 umfaßt dabei jeweils wenigstens einen Verbindungskanal 17, bei Ausführungen mit einer Vielzahl von Pumpeinrichtungen 14 eine Mehrzahl von Verbindungskanälen 17, die jeweils die einzelne Pumpeinrichtung 14a bis 14n mit dem Druckraum, welcher vom Zwischenraum 4 gebildet wird, verbinden. Nach Befüllung des mit Druckmittel befüllbaren Zwischenraumes 4 ist es erforderlich, den Druck im Zwischenraum 4 zu halten. Dazu sind Mittel 18 zum Halten des Druckes im Zwischenraum 4 vorgesehen.

Das Druckmittelversorgungssystem 10, insbesondere der Druckmittelspeicher 11, ist erfindungsgemäß ebenfalls an der Verbindungskupplung 1 angeordnet. Der Druckmittelspeicher 11 ist dabei derart ausgeführt, daß dieser zumindest einen dichten Druckmittelspeicherraum bildet. Dieser wird begrenzt von einem Gehäuse 19 und einer in axialer Richtung ausgerichteten Stirnseite 16, hier der Stirnseite 16a bzw. wenigstens einem Teil der von den Stirnseiten gebildeten Seitenflächen der Verbindungskupplung 1 sowie der zur koppelnden Welle 2 oder Nabe 3. Bei Rotation der Verbindungskupplung 1 rotiert das Druckmittel im Druckmittelspeicherraum 18 mit. Die Pumpeinrichtung 14 ist dabei, bezogen auf den sich im Druckmittelspeicherraum 18 einstellenden Flüssigkeitspiegel derart angeordnet, daß deren Förderelement 20 in das Betriebsmittel hineinreicht. Um ein während des Betriebes eines Antriebssytems mit integrierter Verbindungskupplung 1 vollständig autarkes Druckmittelversorgungssystem 10 für die Verbindungkupplung 1 zu realisieren, ist dem Förderelement 20 ein Antrieb 21 zugeordnet. Dieser umfaßt erfindungsgemäß wenigstens einen Kurvenkörper 22, welcher in Form eines ringförmigen Elementes 23 mit entsprechend kurvenförmig gestalteter Oberfläche 24 am Außenumfang in Form einer Kurvenkontur 25 ausgebildet ist, die derart gestaltet ist, daß diese am Förderelement 20 bei Relativbewegung wie eine Kurvenscheibe wirkt und eine Bewegung des Förderelementes 20 in Förderstellung und aus dieser heraus bewirkt. Dem Kurvenkörper 22 ist eine Unwucht in Form eines Gewichtes 26 zugeordnet. Der Kurvenkörper 22 und das Gewicht 26 bilden einen Exzenter 27. Dabei besteht die Möglichkeit, Kurvenkörper 22 und Gewicht 26 einteilig auszuführen oder aber als zwei separate Elemente durch entsprechende Verbindungsmittel zur drehfesten Verbindung. Die bauliche Einheit aus Kurvenkörper 22 und Gewicht 26, welche einen Exzenter bildet, kann auch als Exzenterring 27 bezeichnet werden. Dieser bildet den Antrieb 21. Der Exzenterring 27 stützt sich dabei über eine Loslageranordnung 28 auf der direkt mit der Verbindungskupplung 1 reibschlüssig in Wirkverbindung bringbaren Nabe 3 ab. Des weiteren ist im dargestellten Fall zwischen dem Außenumfang 29 des Exzenterringes 27 und dem Förderelement 20 eine weitere Lagerung 30, ebenfalls in Form von Loslagern vorgesehen. Bei den verwendeten Pumpeinrichtungen 14 handelt es sich vorzugsweise um Kolbenpumpen, beispielsweise in Form von Stößelpumpen. Als Förderelement 20 fungieren dabei die Stößel. Die Förderung wird über den Druckhub realisiert. Dieser wird bei Relativdrehzahl zwischen der Verbindungskupplung 1 und damit der mit dieser gekoppelten Fördereinrichtung 12 in Form der Pumpeinrichtungen 14 und dem Exzenterring 27 bei geringem Reaktionsmoment der Fördereinrichtung 12 realisiert. Dabei wird bei beginnender Rotation der Verbindungskupplung 1 der Pumpvorgang aufgrund des mittels des Exzenters 27 erzeugten Druckhubes auf das Förderelement 18 eingeleitet. Über die Verbindungskanäle 17 wird Druckmittel in den mit Druckmittel befüllbaren Zwischenraum 4 der Verbindungskupplung 1 gedrückt. Erfolgt der Antrieb im dargestellten Fall beispielsweise über die Welle 2 oder über die Nabe 3, rotiert die Verbindungskupplung 1 und damit auch der Druckmittelspeicherraum 18 mitsamt dem Gehäuse 19 des Druckmittelspeichers 11. Des weiteren rotieren die Innenringe 31a und 31b der beiden Lager 32a und 32b der Lageranordnung 28. Kräfte zur Rotation des Exzenters 27 werden nicht übertragen. Aufgrund des Gewichtes 26 verharrt dieser in seiner Position. Die Oberfläche am Außenumfang 24, welcher durch eine Kurvenkontur beschreibbar ist, bewirkt jedoch bei Relativbewegung des Förderelementes 20 gegenüber dieser eine Kraft auf das Förderelement 20, welche in einen Druckhub umgesetzt wird und damit eine Förderung von Druckmittel aus dem Druckmittelspeicherraum 18 vornimmt. Dabei wird, um eine einfache Selbstansaugung durch die Pumpeinrichtung 14 zu gewährleisten, das Druckmittel im Druckmittelspeicherraum 18 vorzugsweise mit einem geringen Überdruck vorgehalten. Dadurch baut sich auf Seiten der Verbindungskupplung 1 mit zunehmenden Fördervorgang ein Druck auf, welcher gleichzeitig verantwortlich ist für das Reaktionsmoment der Fördereinrichtung 12 auf den durch den Druckhub hervorgerufenen Fördervorgang. Erreicht dieser Druck einen bestimmten vordefinierten Grenzwert, welcher dem optimalen Arbeitsdruck im Zwischenraum 4 oder aber einem maximal zulässigen Druck im Zwischenraum 4 entspricht, bewirkt das Reaktionsmoment eine Mitnahme des Kurvenelementes 22 mit Gewicht, d. h. des Exzenterringes 27. Dieser reißt sich los und rotiert mit. Der Exzenterring 27 ist zu diesem Zweck drehbar im Druckraum 18 gelagert, vorzugsweise über die Lageranordnung 28.

Zur Gewährleistung der Funktion, insbesondere bei Inbetriebnahme die Gewährleistung des Ansaugvorganges, ist der Druckmittelspeicherraum 18 druckdicht gegenüber der Umgebung ausgeführt. Dies wird durch die Abdichtung des Gehäuses 19 gegenüber der Umgebung bewirkt. Dazu sind beispielsweise Dichteinrichtungen 33 und 34 vorgesehen, die zwischen dem Gehäuse 19 und der Stirnseite 16a der Verbindungskupplung angeordnet sind und des weiteren zwischen Gehäuse 19 und der Stirnfläche 35 der Nabe 3.

Das Reaktionsmoment von der Pumpeinrichtung 14 wird durch das ausschwenkende Gewicht 26 am Exzenter 27 aufgebracht. Damit wird das maximal mögliche Pumpenantriebsmoment, insbesondere der dieses charakterisierende Druckhub durch das exzentrische Gewicht 26 und den Hebelarm genau bestimmt. Bei Erreichen dieses Grenzdrehmomentes beginnt der Exzenterring 27 dann mit dem Gewicht 26 zu rotieren und die Pumpe fördert nicht mehr, bis der Druck wieder absinkt. Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung können in diesem Fall Mittel 18 zum Halten des Druckes im Zwischenraum 4 in Form von sogenannten Rückschlagventilen 36 vorgesehen werden, welche in der Verbindungsleitung bzw. den Verbindungsleitungen 17 zum Zwischenraum 4 angeordnet sind. Eine andere, hier nicht dargestellte Möglichkeit besteht im Vorsehen eines Hydraulikventiles, welches beim Erreichen des maximalen Druckes den Pumpendruck auf nahezu Null absenkt. In diesem Fall wird das Reaktionsmoment ebenfalls auf 0 gesetzt und der Exzenter 27 wieder in seine ursprüngliche Ausgangsstellung verbracht ohne weitere Rotation.

Unter einem weiteren Aspekt der erfindungsgemäßen Lösung ist das Förderelement 20 über eine oder mehrere Federeinrichtungen 37 gegenüber dem Exzenterring 27 vorgespannt. Wird dabei die Kraft am Förderelement 20, insbesondere dem Stößel, höher als die Federvorspannung, so wird die Federeinrichtung 37 weiter einfedern und der Stößelhub nimmt ab, vorzugsweise bis auf 0. Die Pumpeinrichtung 14 fördert dann ebenfalls nicht mehr.

Bezüglich der Ausführung des Exzenterringes 27 bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Beispielhaft sind drei Ausführungen in den Fig. 2a bis 2c wiedergegeben. Die Fig. 2a verdeutlicht dabei in einer Draufsicht auf einen Exzenterring 27.2a das ringförmige Element 23 mit der kurvenförmig gestalteten Außenfläche 24 und dem Gewicht 26. Der das Gewicht 26 tragende Teil ist dabei als Vorsprung 38 ausgeführt. Bezüglich der Ausführung der Kurvenkontur 25.2a wird auf die unterschiedlichen radialen Abmessungen an der Außenfläche 24.2a verwiesen. Der Exzenter 27.2a verdeutlicht dabei eine Schnittdarstellung gemäß eines Schnittes 1-1 gemäß Fig. 1. Demgegenüber verdeutlicht die Fig. 2b eine weitere Ausgestaltung des das Gewicht bildenden Teiles 26 eines Exzenters 27.2b. Der das Gewicht 26 bildende Teil des Exzenterrs wird dabei von einem Ringelement 39 gebildet, welcher zwei Segmente, ein erstes Segment 40 und ein zweites Segment 41 aufweist, die sich hinsichtlich ihres Innenumfanges 42a und 42b unterscheiden. Dabei können die einzelnen Segmente 40 und 41 aus unterschiedlichen Materalien gefertigt sein. Gemäß einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführung des das Gewicht 26 bildenden Teiles des Exzenters 27.2b wird gemäß der Ausführung in Fig. 2c zur Strömungs- und Gewichtsoptimierung die zweite Hälfte, also das erste Segment 40, zur Angleichung an den Innenumfang 42b des zweiten Segmentes 41 beispielsweise mit einem Kunststoff oder einen anderen Vergußmasse ausgegossen. Dabei wird eine im wesentlichen glatte Innenkontur am Innenumfang 42a und 42b realisiert, bei der die hydrodynamische Neigung erheblich minimiert wird.

Die Fig. 3 verdeutlicht beispielhaft eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäß gestalteten Verbindungskupplung 1.3 mit einem Exzenterring 27.3. Der Grundaufbau und die Grundfunktion der Verbindungskupplung 1.3, der Anschlußelemente Welle 2 und Nabe 3 sowie das Druckmittelversorgungssystem 10.3 entspricht dabei dem in der Fig. 1 beschriebenen, weshalb für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung der Figurennummer verwendet werden. Bei dieser Ausführung erfolgt die Kopplung zwischen dem Förderelement 20.3 der Pumpeinrichtung 14.3a bzw. der Pumpeinrichtung 14.3b mit dem Kurvenelement 22.3 bzw. dem Antrieb 21.3 nicht wie in der Fig. 1 in radialer Richtung im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene, sondern in mehreren in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Ebenen. Dabei stützt sich der Exzenterring 27.3 über ein Loslager 28.3 an der Verbindungskupplung 1.3 ab. Des weiteren ist der Exzenter 27.3 in zwei Teilelemente 43 und 44 unterteilt, wobei das Teilelement 43 mit dem Gewicht 26.3 direkt verbunden ist bzw. mit diesem eine bauliche Einheit bildet. Das zweite Teilelement 44 stützt sich über eine weitere zweite Loslageranordnung 45 gegenüber dem das Gewicht 26.3 bildenden Teil sowie dem Förderelement 20.3 ab. Zur Realisierung der Funktion ist dabei das Teilelement 43 als Kurvenelement 22.3 ausgeführt, d. h. dieses weist eine Außenfläche 24.3 auf, welche durch eine Kurvenkontur 25.3 charakterisiert ist. Über das Loslager 45 wird das Teilelement 44 einem entsprechenden Druckhub ausgesetzt, welcher proportional dem Druckhub des Förderelementes 20 ist. Das Teilelement 44 ist dabei derart ausgeführt, daß dieses den Druckhub auf das Förderelement 20.3 übertragen kann. In diesem Fall wird der Druckhub nicht direkt vom Kurvenelement 22.3 auf das Förderelement 20.3 übertragen, sondern über ein Zwischenelement. Bei dieser Ausführung des Exzenters 27.3 aus mehreren Einzelelementen kann die Ausführung des Gewicht 26 tragenden Teiles entsprechend einer der Möglichkeiten gemäß Fig. 2a bis 2c erfolgen. Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist in dieser Figur die Möglichkeit der Integration der Mittel 18.3 zum Halten des Druckes im Zwischenraum 4 in Form von in der Pumpeinrichtung 14.3a bzw. 14.3b angeordneten Rückschlagventilen vorgesehen, die eine automatische Abschaltung bei Erreichen eines bestimmten Druckes p im Zwischenraum ermöglichen, indem der Druck in der Pumpeinrichtung 14.3a bzw. 14.3b auf 0 abgesenkt wird.

Bezugszeichenliste

1

,

1.3

Verbindungskupplung

2

,

2.3

Welle

3

,

3.3

Nabe

4

,

4.3

mit Druckmittel befüllbarer Zwischenraum

5

Außenfläche

6

Wand

7

elastischer Teilbereich

8

doppelwandige Druckhülse

9

Mittel zur Versorgung mit Druckmittel

10

,

10.3

Druckmittelversorgungssystem

11

,

11.3

Druckmittelspeicher

12

,

12-3

Fördereinrichtung

13

Mittel zur Kopplung der Fördereinrichtung mit dem mit Druckmittel befüllbaren Zwischenraum

14

,

14

a,

14

b,

14.3

a,

14.3

b Pumpeinrichtung

15

Außenumfang

16

a,

16

b Stirnseite der Verbindungskupplung

17

Verbindungskanal

18

,

18.3

Mittel zum Halten des Druckes im Zwischenraum

4

Druckmittelspeicherraum

19

,

19.3

Gehäuse des Druckmittelspeichers

20

,

20

a,

20

b,

20.3

a,

20.3

b Förderelement

21

,

21.3

Antrieb

22

,

22.3

Kurvenelement

23

,

23.3

ringförmiges Element
24, 24.2a 24.2b, 24.2c Außenfläche
25, 25.2a, 25.2b, 25.2c 25.3 Kurvenkontur
26, 26.2a, 26.2b, 26.2c 26.3 Gewicht
27, 27.2a, 27.2b, 27.2c 27.3 Exzenter

28

Loslageranordnung

29

Außenumfang

30

Lagerung

31

a,

31

b Innenring

32

a,

32

b Lager der Lageranordnung

28

33

Dichteinrichtung

34

Dichteinrichtung

35

Stirnfläche

36

Rückschlagventil

37

Federeinrichtung

38

Vorsprung

39

Ringelement

40

erstes Segment

41

zweites Segment

42

a Innenumfang

42

b Innenumfang

43

Teilelement

44

Teilelement

45

Loslager
A₃

Außenumfang
dp Anordnungsdurchmesser der Pumpeinrichtungen

Claims (10)

1. Verfahren zum Druckaufbau in Verbindungskupplungen zur kraftschlüssigen Verbindung zweier koaxialer, miteinander spielfrei zu koppelnder Maschinenelemente - einem ersten antriebsseitigen und einem zweiten abtriebsseitigen Maschinenelement - mit einem von wenigstens einer wenigstens teilweise elastisch verformbaren Wand begrenzten Zwischenraum, der mit einem Druckmittel befüllbar ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 1. 1.1 das Druckmittel wird während der Rotation der Verbindungskupplung mittels wenigstens einer im Bereich des Außenumfanges der Verbindungskupplung angeordneten Fördereinrichtung aus einem mitrotierenden Druckmitteltank in den Zwischenraum gefördert, wobei der Antrieb von einem Exzenter gebildet wird, der direkt oder indirekt über weitere Übertragungsmittel an der Fördereinrichtung wirksam wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel während der Rotation der Verbindungskupplung selbsttätig mittels der im Bereich des Außenumfanges der Verbindungskupplung angeordneten Fördereinrichtung oder Fördereinrichtungen in den Zwischenraum gefördert wird, wobei der Antrieb der Fördereinrichtung mit einer Relativdrehzahl zu den übrigen Kupplungteilen rotiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb derart ausgelgt wird, daß bei einer Relativdrehzahl von Null zwischen antriebsseitigen Maschinenelement und abtriebsseitigen Maschinenelement dieser selbsttätig außer Betrieb genommen wird.

4. Verbindungskupplungen zur kraftschlüssigen Verbindung zweier koaxialer, miteinander spielfrei zu koppelnder Maschinenelemente - einem ersten antriebsseitigen und einem zweiten abtriebsseitigen Maschinenelement -;

• 1. 4.1 mit einem von wenigstens einer wenigstens teilweise elastisch verformbaren Wand begrenzten Zwischenraum;
• 2. 4.2 mit einem dem Zwischenraum zugeordneten Druckmittelversorgungssystem; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
• 3. 4.3 das Druckmittelversorgungssystem umfaßt mindestens einen an der Kupplung angeordneten und mitrotierenden Druckmitteltank;
• 4. 4.4 mit wenigstens einer im Bereich des Außenumfanges der Verbindungskupplung angeordneten Fördereinrichtung, umfassend mindestens ein Förderelement zur Förderung von Druckmittel aus dem mitrotierenden Druckmitteltank in den Zwischenraum;
• 5. 4.5 mit einem einer Fördereinrichtung zugeordneten Antrieb, umfassend einen Exzenter mit einem Gewicht und ein mit diesem gekoppeltes Kurvenelement, welches direkt oder indirekt über weitere Übertragungselemente am Förderelement wirksam wird.

5. Verbindungskupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter frei drehbar im Druckraum gelagert ist und dem Zwischenraum Mittel zum Halten des Druckes zugeordnet sind.

6. Verbindungskupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel mindestens ein in der Zulaufleitung zum Zwischenraum angeordnetes Rückschlagventil umfassen.

7. Verbindungskupplung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvenelement und das Gewicht von einer integralen Baueinheit gebildet werden.

8. Verbindungskupplung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Kurvenelement und Gewicht von separaten Bauelementen gebildet werden, die zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt sind durch drehfeste Verbindung.

9. Verbindungskupplung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurvenelement und das Gewicht sich gegeneinander über eine Lageranordnung abstützen.

10. Verbindungskupplung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Exzenter und der Fördereinrichtung eine vorgespannte Federeinheit vorgesehen ist.