DE10153080C1 - Membrankupplung - Google Patents

Abstract

Um das zu übertragende Drehmoment einer Membrankupplung zu steigern, wird eine Membrankupplung vorgeschlagen, mit zumindest zwei unmittelbar axial aneinander grenzenden Kupplungsmembrane (10, 11), wobei diese Kupplungsmembrane (10, 11) an ihrem inneren Durchmesser (3) direkt in eine Nabe und an ihrem äußeren Durchmesser in ein zylindrisches Teil (4) übergehen, das durch seine miteinander durch eine Elektronen-Schweißnaht verbundene Teilelemente (1, 2) gebildet ist, und wobei Mittel vorhanden sind, die einen durch die Membrankupplung zu übertragenden Kraftfluss derart über die Schweißnaht (13) führt, dass das Ende der Schweißnaht (13) außerhalb des zu übertragenden Kraftflusses liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Membrankupplung mit zumindest zwei unmittelbar axial aneinander grenzenden Kupplungsmembra­ ne, wobei diese Kupplungsmembrane an ihrem inneren Durchmes­ ser direkt in eine Nabe und an ihrem äußeren Durchmesser in ein zylindrisches Teil übergehen Kupplungen, wie aus Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau 19. Auflage G 64 bekannt, dienen allgemein zur Übertragung von Drehmomenten bei Wellen mit und ohne Verlagerung. Sie er­ füllen im Gegensatz zu Getrieben keine Aufgaben der Momenten­ wandlung und weisen im stationären Zustand gleichgroße Dreh­ momente am Eingang und Ausgang auf.

Bei Antrieben mit hohen zu übertragenden Drehmomenten, wie z. B. elektrischen Triebfahrzeugen, werden drehstarre Kupplun­ gen eingesetzt. Um den Wartungsaufwand dabei zu reduzieren sind dort insbesondere Membrankupplungen anzutreffen, da sie u. a. keiner Schmierung bedürfen.

Membrankupplungen gleichen axiale radiale und winklige Wel­ lenverlagerungen durch elastische Verformungen ihrer Kupp­ lungsmembrane aus, die jeweils am äußeren und inneren Durch­ messer befestigt sind. Dabei ist je nach Ausführung bei Win­ kelauslenkungen von 0,02 bis 1° und axialen Auslenkungen von 0,05 bis 5 mm dennoch eine ordnungsgemäße Übertragung der Drehmomente gewährleistet.

Eine Verbindung der Kupplungsmembrane, insbesondere im zy­ lindrischen Teil, d. h. äußeren Durchmesser der Membrankupp­ lung z. B. durch eine Schraubverbindung sind aufwändig und an­ fällig gegen Montagefehler. Des Weiteren sind Schweißnähte, insbesondere Elektronenstrahl-Schweißnähte in diesem Bereich als Stumpfstoß-Nahtausführung äußerst anfällig gegen einen starken inhomogenen Verlauf der Kraftlinien, die zu einer Konzentration der Kerbwirkungen an einem Schweißnahtende füh­ ren. Es sind dann die auftretenden Spannungswerte und somit die zu übertragenden Drehmomente zu reduzieren.

Im Handbuch der Schweißtechnik Band III Seite 96, J. Ruge; Springer Verlag, werden bei dynamischen Beanspruchungen Bear­ beitungsschritte von Naht- und Wurzelüberhöhung vorgesehen. Dies führt aber zu weiterem zusätzlichen Fertigungsaufwand.

Aus der DE 39 07 855 A1 ist ein biegeelastisches Kupplungs­ element gezeigt, das aus zwei in ihrem radial äußeren Um­ fangsbereich miteinander verbundenen Membranscheiben und min­ destens einem an dem radial inneren Umfang einer dieser Memb­ ranscheibe angeschweißten Anschlussteil besteht. Dabei sind die im radial inneren Umfangsbereich radial einwärts gerich­ teten Umfangsflächen des Anschlussteils und der zugehörigen Membranscheibe bündig. Der Zwischenraum zwischen den Membran­ scheiben kann mit Elastomermasse gefüllt sein. Bei der Her­ stellung eines Kupplungselementes steckt man die Membran­ scheiben und mindestens ein Anschlussteil zunächst zusammen und trägt dann die die Steckflächen bildenden Materialberei­ che nachträglich ab.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei ei­ ner Membrankupplung eine Elektronenschweißnaht im zylindri­ schen Teil d. h. im äußeren Durchmesser der Membrankupplung derart auszubilden und zu gestalten, dass bei vergleichsweise geringem Fertigungsaufwand eine Reduktion der durch diese Schweißnaht bedingten Kerbwirkungen eintritt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, das zu ü­ bertragende Drehmoment einer derartigen Membrankupplung zu steigern.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch eine Membran­ kupplung mit zumindest zwei unmittelbar axial aneinander grenzenden Kupplungsmembranen, wobei diese Kupplungsmembrane an ihrem inneren Durchmesser direkt in eine Nabe und an ihrem äußeren Durchmesser in ein zylindrisches Teil übergehen, das durch seine miteinander durch eine Elektronen-Schweißnaht verbundene Teilelemente gebildet ist und wobei jede Kupp­ lungsmembran am äußeren Durchmesser einen zum inneren Durch­ messer weisenden Absatz aufweist und die Schweißnaht weiter nach innen als der größte Durchmesser im inneren Bereich je­ der Kupplungsmembrane reicht, wodurch das Ende der Schweiß­ naht außerhalb des zu übertragenden Kraftflusses liegt.

Damit sind die zulässigen Spannungen des Materials der Kupp­ lungsmembrane und insbesondere des zylindrischen Teils nicht durch einen Kerbfaktor reduziert. Die Schweißnaht kann somit vergleichsweise um den Faktor 2 bis 3 stärker belastet wer­ den.

Durch eine auf das Problem abgestimmte Geometrie, der Teil­ elemente und damit des zylindrischen Teils der Membrankupp­ lung, die sich in einem zum inneren Durchmesser weisenden Zwickel zeigt, wird das eine Ende der Schweißnaht außerhalb des zu übertragenden Kraftflusses platziert. Somit sind die zulässigen Spannungen in den das Drehmoment übertragenden zu­ sammengeschweißten Teilelementen des zylindrischen Teils nicht um einen Kerbfaktor reduziert.

Vorteilhafterweise wird der Zwickel des zylindrischen Teils der Membrankupplung derart gestaltet, dass die Teilelemente einen Zentrierrand bilden. Der Zentrierrand hat den Vorteil, dass er u. a. bei der Montage die Aufgabe einer Zentrierung für weitere Arbeitsschritte erfüllt. Des weiteren wird durch die Ausbildung der Schweißnaht im zylindrischen Teil radial von außen nach innen ein Durchschießen des Materials im Be­ reich des inneren Radius des zylindrischen Teils vermieden. Dieser Zentrierrand liegt außerhalb der Kraftlinien.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in einer prinzipiellen Darstellung dem folgen­ den Ausführungsbeispiel zu entnehmen, darin zeigt:

Fig. 1 einen Teilquerschnitt zweier Kupplungsmembrane einer Membrankupplung,

Fig. 2 eine Detailansicht.

Fig. 1 zeigt einen Teilquerschnitt einer nicht näher darge­ stellten Membrankupplung zur Übertragung von Drehmomenten insbesondere bei elektrischen Traktionsantrieben. Fig. 1 zeigt außerdem zwei im wesentlichen axial fluchtende Kupplungsmemb­ rane 10 und 11 der Membrankupplung. Die Membrankupplung be­ steht im wesentlichen aus einem inneren Durchmesser 3 direkt an der Nabe und einem im wesentlichen zylindrischen Teil 4, das sich radial außerhalb der Kupplungsmembrane 10 und 11 be­ findet. Das zylindrische Teil 4 setzt sich im wesentlichen aus zwei Teilelementen 1 und 2 zusammen, die aneinandergefügt zusammen mit den Kupplungsmembrane 10 und 11 einen herzförmi­ gen Teil 8 umschließen, in den auch ein Zwickel 5 ragt. Der Zwickel 5 zeigt außerdem einen Zentrierrand 6 durch den die beiden Kupplungsmembrane 10, 11 und damit auch insbesondere die Teilelemente 1, 2 während der Montage und des Elektronen­ schweißvorgangs positioniert werden. Der Zentrierrand 6 hat dabei notwendigerweise einen geringeren Radius 20, als der innere Radius 21 des zylindrischen Teils 4. Damit sind Redu­ zierungen des Kerbfaktor ausgeschlossen.

Die Schweißnaht 13 zur Verbindung der beiden Teilelemente 1 und 2 wird entlang ihrer Stumpfstoßverbindung gezogen. Um ei­ ne Kerbwirkung, die üblicherweise an der Schweißnaht 13 an­ setzt, zu vermeiden, wird die Schweißnaht 13 insbesondere im radial inneren Bereich des äußeren Durchmessers 4 in den Zwi­ ckel 5 gezogen und endet dort am Zentrierrand 6. Damit liegt das innere Ende der Schweißnaht 13 in einem von den Kraftli­ nien des zu übertragenden Drehmomentes nicht beaufschlagten Bereich der Teilelemente 1, 2. Somit können dort auch keine Kerbwirkungen ansetzen.

Am radial äußeren Bereich 22 des zylindrischen Teils 4 ist bedarfsweise ebenso ein Zwickel nach außen weisend vorzuse­ hen, um einen Auslauf oder Ansatz der Schweißnaht 13 zu er­ möglichen. Für den weiteren Fertigungsvorgang wird dieser ra­ dial abstehende Teil der Schweißnaht 13 insbesondere aus raumökonomischen Gesichtspunkten entfernt.

Der Zentrierrand 6 dient außerdem der Badsicherung. Damit wird ein "Durchschießen der Schweißnaht verhindert.

Fig. 2 zeigt in einer Detailansicht den zylindrischen Teil 4 der Membrankupplung. Die beiden Teilelemente 1, 2 am zylind­ rischen Teil 4 sind durch die Schweißnaht 13 miteinander ver­ bunden. Die beiden Teilelemente 1, 2 sind so gestaltet, dass der Radius 20 des Zentrierrandes 6 und damit das Ende der Schweißnaht 13 kleiner ist als der Radius 21 des zylindri­ schen Teils 4. Das Ende der Schweißnaht 13 befindet sich so­ mit im Zwickel 5, der außerhalb des Kraftlinienflusses liegt. Dieser Zwickel 5 bildet außerdem zusammen mit dem Zentrier­ rand 6 die Badsicherung.

Claims (2)

1. Membrankupplung, mit zumindest zwei unmittelbar axial an­ einander grenzenden Kupplungsmembranen (10, 11), wobei diese Kupplungsmembranen (10, 11) an ihrem inneren Durchmesser (3) 7 direkt in eine Nabe und an ihrem äußeren Durchmesser in ein zylindrisches Teil (4) übergehen, das durch seine miteinander durch eine Elektronen-Schweißnaht verbundene Teilelemente (1, 2) gebildet ist und wobei jede Kupplungsmembran am äußeren Durchmesser einen zum inneren Durchmesser (3) weisenden Ab­ satz aufweist und die Schweißnaht weiter nach innen als der größte Durchmesser im inneren Bereich jeder Kupplungsmembrane reicht, wodurch das Ende der Schweißnaht außerhalb des zu übertragenden Kraftflusses liegt.

2. Membrankupplung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass zumindest ein Teilelement (1, 2) des zylindrischen Teils (4) der Membrankupplung einen Zentrierrand (6) aufweist.