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Die Erfindung betrifft eine Kupplung zum miteinander Kuppeln zweier Wellen, insbesondere zum miteinander Kuppeln zweier Wellen einer Schiffsantriebsanlage.
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Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Kupplungen zum miteinander Kuppeln zweier Wellen bekannt.
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In
DE 198 19 335 A1 ist beispielsweise eine hydraulische Drehmoment-Überlastkupplung beschrieben, mit der bei einer Drehmomentüberlast eine Drehentkupplung zweier über die Drehmoment-Überlastkupplung miteinander drehantriebsgekuppelter Wellen sichergestellt werden kann.
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Aus
DE 1 292 961 A ist beispielsweise eine elastische Wellenkupplung bekannt, mit der eine Drehschwingungsdämpfung zwischen zwei über die Wellenkupplung miteinander drehantriebsgekuppelten Wellen sichergestellt werden kann.
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Aus
DE 26 52 494 A1 ist beispielsweise eine Kugelgelenkkupplung bekannt, die eine Winkelverlagerung zweier über die Kugelgelenkkupplung miteinander drehantriebsgekuppelter Wellen zueinander erlaubt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Kupplung zum miteinander Kuppeln zweier Wellen, insbesondere zum miteinander Kuppeln zweier Wellen einer Schiffsantriebsanlage bereitzustellen, wobei die Kupplung gleichzeitig eine Axialkraftübertragung, eine Drehschwingungsdämpfung und bei einer bestimmten Drehmomentüberlast eine Drehentkupplung zwischen den beiden Wellen gewährleistet.
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Dies wird mit einer Kupplung gemäß Anspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß der Erfindung ist eine Kupplung zum miteinander Kuppeln zweier Wellen, insbesondere zum miteinander Kuppeln zweier Wellen einer Schiffsantriebsanlage bereitgestellt, wobei die Kupplung aufweist: einen ersten Kupplungsteil mit ersten Verbindungsmitteln zum Verbinden mit einer ersten Welle, einer Kupplungswelle, die einen ersten Wellenabschnitt, an dem die ersten Verbindungsmittel vorgesehen sind und auf dem eine Drehmoment-Überlastkupplung vorgesehen ist, und einen zweiten Wellenabschnitt hat, an dem eine Kugelform mit einem bestimmten Durchmesser axialfest vorgesehen ist, sowie einem ersten Flansch, der auf der Drehmoment-Überlastkupplung vorgesehen ist, einen zweiten Kupplungsteil mit zweiten Verbindungsmitteln zum Verbinden mit einer zweiten Welle und einer Kupplungshülse, die einen ersten Hülsenabschnitt mit einem bestimmten ersten Innendurchmesser, an dem eine zu der Kugelform des zweiten Wellenabschnitts komplementäre, mit der Kugelform in Gleiteingriff zusammengepasste Kugelschalenform axialfest vorgesehen ist, und einen zweiten Hülsenabschnitt hat, auf dem ein zweiter Flansch vorgesehen ist, der zu dem ersten Flansch korrespondierend diesem in einer Axialrichtung der Kupplung gegenüberliegt. Gemäß der Erfindung sind der erste Flansch und der zweite Flansch derart miteinander drehantriebsgekuppelt, dass diese in vorbestimmten Grenzen bezüglich eines Drehantriebs elastisch gegeneinander verdrehbar und in Bezug auf jeweilige Rotationsachsen dieser elastisch zueinander winkelverlagerbar sind.
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Dadurch, dass erfindungsgemäß der mit dem zweiten Flansch drehantriebsgekuppelte erste Flansch über die Drehmoment-Überlastkupplung (d.h. drehmomentabhängige Überlastkupplung) mit dem ersten Wellenabschnitt drehantriebsverbunden ist, kann bei einer bestimmten Drehmomentüberlast eine Drehentkupplung zwischen dem ersten Flansch und dem ersten Wellenabschnitt und damit eine Drehentkupplung zweier über die erfindungsgemäße Kupplung miteinander drehantriebsgekuppelter Wellen sichergestellt werden.
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Dadurch, dass erfindungsgemäß die axialfest auf der Kupplungswelle vorgesehene Kugelform mit der axialfest in der Kupplungshülse vorgesehenen Kugelschalenform zusammengepasst ist, kann über den Formschluss von Kugelform und Kugelschalenform Axialkraft zwischen der Kupplungswelle und der Kupplungshülse und damit zwischen zwei über die erfindungsgemäße Kupplung miteinander drehantriebsgekuppelten Wellen übertragen werden.
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Dadurch, dass erfindungsgemäß die Kugelform in Gleiteingriff mit der Kugelschalenform ist, so dass ein Kugelgelenk gebildet ist, und der erste Flansch und der zweite Flansch derart miteinander drehantriebsgekuppelt sind, dass diese in vorbestimmten Grenzen in Bezug auf jeweilige Rotationsachsen dieser elastisch zueinander winkelverlagerbar sind, erlaubt die erfindungsgemäße Kupplung innerhalb der vorbestimmten Grenzen eine Winkelverlagerung zweier über die erfindungsgemäße Kupplung miteinander drehantriebsgekuppelter Wellen zueinander.
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Dadurch, dass erfindungsgemäß die Kugelform in Gleiteingriff mit der Kugelschalenform ist, so dass das Kugelgelenk gebildet ist, und der erste Flansch und der zweite Flansch derart miteinander drehantriebsgekuppelt sind, dass diese in vorbestimmten Grenzen bezüglich eines Drehantriebs elastisch gegeneinander verdrehbar sind, kann eine Drehschwingungsdämpfung zwischen dem ersten Flansch und dem zweiten Flansch und damit eine Drehschwingungsdämpfung zwischen zwei über die erfindungsgemäße Kupplung miteinander drehantriebsgekuppelten Wellen sichergestellt werden.
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Durch die erfindungsgemäße radiale und axiale Ineinanderschachtelung der die Axialkraftübertragung, die Drehschwingungsdämpfung, die drehmomentabhängige Drehentkupplung und die Achswinkelverlagerung ermöglichenden Komponenten der erfindungsgemäßen Kupplung ist diese äußerst kompakt ausgebildet und ist damit bauraumsparend und leicht zu montieren/demontieren.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Kupplungswelle ferner zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenabschnitt einen Zwischenabschnitt auf, an dem eine Schulter ausgebildet ist, wobei die Kugelform von einem Kugelelement gebildet ist, das auf den zweiten Wellenabschnitt montiert ist und das auf einer ersten Seite dessen axial an der Schulter abgestützt ist und auf einer zweiten Seite dessen axial an einem lösbar an den zweiten Wellenabschnitt montierten Anschlag abgestützt ist.
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Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung lässt sich die Kugelform in einfacher und kostengünstiger Weise herstellen und auf der Kupplungswelle montieren bzw. von dieser Demontieren. Durch die einfache Montage/Demontage der Kugelform werden einerseits die Herstellung der Kupplung und andererseits auch die Wartung/Reparatur der Kupplung vereinfacht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der ersten Seite des Kugelelements und der Schulter eine Zwischenhülse auf den Zwischenabschnitt der Kupplungswelle aufgepasst, wobei ein erstes Ende der Zwischenhülse an dem Kugelelement anliegt und ein zweites Ende der Zwischenhülse an der Schulter anliegt, wobei der zweite Hülsenabschnitt einen bestimmten zweiten Innendurchmesser aufweist, in den ein Dichtungselement eingesetzt ist, das dichtend mit einem Außendurchmesser der Zwischenhülse zusammenwirkt.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Zwischenhülse ermöglicht einerseits eine gewisse axiale konstruktive Freiheit innerhalb der Kupplung und stellt andererseits eine sichere Abstützung für das Kugelelement und eine sichere Abdichtung gegen z.B. Schmiermittelaustritt von dem Kugelgelenk aus in die Drehmoment-Überlastkupplung hinein bereit.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Kugelschalenform von einem zweigeteilten Hülsenelement gebildet, das in den ersten Innendurchmesser des ersten Hülsenabschnitts eingesetzt ist, wobei der zweite Innendurchmesser des zweiten Hülsenabschnitts kleiner als der erste Innendurchmesser des ersten Hülsenabschnitts ist, und wobei ein erstes Ende des Hülsenelements axial an einem durch den Durchmesserunterschied zwischen erstem und zweitem Innendurchmesser gebildeten Ringbund abgestützt ist und ein zweites Ende des Hülsenelements axial an einem lösbar an den ersten Hülsenabschnitt montierten Verbindungsflansch abgestützt ist.
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Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung lässt sich auch die Kugelschalenform in einfacher und kostengünstiger Weise herstellen und bevorzugt mit darin aufgenommenem Kugelelement in der Kupplungshülse montieren bzw. aus dieser Demontieren. Durch die einfache Montage/Demontage der Kugelschalenform werden einerseits die Herstellung der Kupplung und andererseits auch die Wartung/Reparatur der Kupplung weiter vereinfacht.
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Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung weist die Drehmoment-Überlastkupplung eine Klemmhülse auf, die in Reibschluss lösbar auf den ersten Wellenabschnitt aufklemmbar ist.
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Diese Ausgestaltung der Drehmoment-Überlastkupplung ist äußerst platzsparend und leicht zu montieren, wobei durch die Stärke des Reibschlusses zwischen erstem Wellenabschnitt und Klemmhülse das Auslösedrehmoment bzw. Überlastdrehmoment für die Drehmoment-Überlastkupplung einstellbar ist. Bei dieser Ausgestaltung der Drehmoment-Überlastkupplung erweist sich eine Abdichtung zwischen Kugelgelenk und Drehmoment-Überlastkupplung gegen Schmiermittelübertritt aus dem Kugelgelenk in die Drehmoment-Überlastkupplung hinein als besonders vorteilhaft.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Flansch von einem Ringelement gebildet, das lösbar mit der Drehmoment-Überlastkupplung drehantriebsgekuppelt ist.
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Damit ist der erste Flansch als separates Teil (z.B. Zulieferteil) beziehbar und lässt sich damit einerseits kostengünstig herstellen und andererseits einfach hinsichtlich seines Innendurchmessers und seines Außendurchmessers an die jeweiligen Drehmomentübertragungswünsche anpassen.
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Wenn die Drehmoment-Überlastkupplung als eine wie oben genannte Klemmhülse ausgebildet ist, ist diese ebenfalls als separates Teil (z.B. Zulieferteil) beziehbar und lässt sich damit einerseits kostengünstig herstellen und andererseits einfach hinsichtlich ihres Innendurchmessers und ihres Außendurchmessers an die jeweiligen Drehmomentübertragungswünsche anpassen. Damit ist eine kostengünstige und hinsichtlich der Drehmomentübertragungsparameter äußerst flexibel herstellbare Lösung für die drehmomentbegrenzte Drehantriebstübertragung bereitgestellt.
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Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung sind der erste Flansch und der zweite Flansch mit einem bestimmten Axialabstand in Axialrichtung der Kupplung voneinander angeordnet.
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Damit wird auf vorteilhafte Weise sichergestellt, dass die Axialkraftübertragung über das Kugelgelenk und nicht über den ersten und den zweiten Flansch geschieht, so dass die gewünschte Achswinkelverlagerungsfreiheit für zwei über die erfindungsgemäße Kupplung miteinander drehantriebsgekuppelte Wellen vorteilhaft unterstützt wird.
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Gemäß der Erfindung kann ein Schiffsantriebssystem mit einer Kupplung gemäß einer, mehreren oder allen zuvor beschriebenen Ausführungsform(en) der Erfindung ausgerüstet sein.
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Dies ist besonders vorteilhaft, da es bei Schiffsantriebssystemen, insbesondere von Fischereifahrzeugen oder Schiffen der Flussschiffahrt, durch das Verhaken von Fangnetzen bzw. das Einklemmen von Tauen oder Baumstämmen zwischen Antriebspropeller und Kortdüse bzw. Ruder häufig zu Überlasten kommen kann.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Axialschnittansicht einer Kupplung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 2 zeigt eine schematische Radialschnittansicht der Kupplung von 1.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Kupplung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Wie aus 1 und 2 ersichtlich, ist die Kupplung 1 zwischen zwei Wellen W1 und W2 z.B. eines Schiffsantriebssystems montiert, so dass die beiden Wellen W1, W2 miteinander drehantriebsgekuppelt sind.
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Die Kupplung 1 weist einen ersten Kupplungsteil 10 und einen zweiten Kupplungsteil 20 auf.
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Der erste Kupplungsteil 10 weist erste Verbindungsmittel in Form eines ersten Verbindungsflansches 11, der über eine Stift-und-Schraub-Verbindung mit einem Wellenflansch W1a der einen Welle W1 gekuppelt ist, eine Kupplungswelle 12, die einen ersten Wellenabschnitt 12a, an dessen freies Ende der erste Verbindungsflansch 11 angeformt ist und auf den eine Drehmoment-Überlastkupplung 13 aufgeschoben ist, und einen zweiten Wellenabschnitt 12b hat, an dem eine in Form eines axial darauf aufgeschobenen Kugelelementes ausgebildete Kugelform 14 mit einem bestimmten Durchmesser axialfest montiert ist, sowie einen als Ringelement ausgebildeten ersten Flansch 15 auf, der auf die Drehmoment-Überlastkupplung 13 montiert und mittels Schrauben (nicht bezeichnet) und Stiften (nicht bezeichnet) lösbar mit dieser drehantriebsgekuppelt ist.
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Die Drehmoment-Überlastkupplung 13 ist von einer doppelwandigen Klemmhülse 13a und einer Mantelfläche 13b des ersten Wellenabschnitts 12a gebildet, wobei die Klemmhülse 13a in Reibschluss lösbar auf die Mantelfläche 13b des ersten Wellenabschnitts 12a aufklemmbar ist.
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Mit anderen Worten ist die Klemmhülse 13a im Prinzip von zwei ineinandergeschobenen Hülsenteilen gebildet, die an beiden Stirnenden hochdruckdicht verschlossen sind. Ein zwischen beiden Hülsenteilen gebildeter Ringspalt 131 ist über wenigstens eine gestrichelt dargestellte Fluidleitung 132 und wenigstens ein Ventil (nicht gezeigt) mit Hydraulikdruck beaufschlagbar, so dass der Ringspalt 131 aufgeweitet wird und dabei das innere der beiden ineinandergeschobenen Hülsenteile der Klemmhülse 13a durch elastische Verformung seiner Wandung in Reibschluss auf die Mantelfläche 13b des ersten Wellenabschnitts 12a gepresst bzw. geklemmt wird. Die Höhe des per Reibschluss übertragbaren Drehmoments ist dabei von der Größe des Hydraulikdrucks im Ringspalt 131 abhängig.
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Um bei Auslösung der Drehmoment-Überlastkupplung 13 bzw. bei einem Rutschen der Klemmhülse 13a auf dem ersten Wellenabschnitt 12a eine radiale Abstützung der Klemmhülse 13a zu gewährleisten, weist die Drehmoment-Überlastkupplung 13 ferner zwei Radiallager 13c auf, über die das äußere Hülsenteil der Klemmhülse 13a radial auf dem ersten Wellenabschnitt 12a gelagert ist.
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Ein kommerziell verfügbares Beispiel für eine solche Drehmoment-Überlastkupplung 13 ist eine sogenannte HYGUARD®-Sicherheitskupplung, wie sie von der RENK AG hergestellt wird.
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Der zweite Kupplungsteil 20 weist zweite Verbindungsmittel in Form eines zweiten Verbindungsflansches 21, der über eine Stift-und-Schraub-Verbindung mit einem Wellenflansch W2a der anderen Welle W2 gekuppelt ist, und eine Kupplungshülse 22 auf, die einen ersten Hülsenabschnitt 22a mit einem bestimmten ersten Innendurchmesser, an dem eine zu der Kugelform 14 des zweiten Wellenabschnitts 12 komplementäre, mit der Kugelform 14 in Gleiteingriff zusammengepasste, als zweigeteiltes in den ersten Innendurchmesser eingeschobenes Hülsenelement ausgebildete Kugelschalenform 23 axialfest vorgesehen ist, und einen zweiten Hülsenabschnitt 22b hat, auf dem bzw. an den ein zweiter Flansch 22c angeformt ist, der zu dem ersten Flansch 15 korrespondierend diesem in einer Axialrichtung der Kupplung 1 gegenüberliegt.
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Wie aus 1 ersichtlich, sind in dem zweiten Wellenabschnitt 12b und der Kugelform 14 Schmierbohrungen (nicht bezeichnet) vorgesehen, über welche den Gleitflächen des von der Kugelform 14 und der Kugelschalenform 23 gebildeten Kugelgelenks Schmiermittel zuführbar ist.
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Die Kupplungswelle 12 weist ferner zwischen dem ersten Wellenabschnitt 12a und dem zweiten Wellenabschnitt 12b einen Zwischenabschnitt (nicht separat bezeichnet) auf, an dem eine Schulter 12c ausgebildet ist, wobei die Kugelform 14 (hier das Kugelelement) auf einer ersten Seite dieser axial an der Schulter 12c abgestützt ist und auf einer zweiten Seite dieser axial an einem mittels Schrauben lösbar an das freie Ende des zweiten Wellenabschnitts 12b montierten Anschlag 16 abgestützt ist.
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In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass, obwohl in der schematisierten Ansicht von 1 nicht zu erkennen, eine radiale Abmessung bzw. ein Durchmesser des Anschlags 16 so gewählt ist, dass der Außenumfang des Anschlags 16 beim Bewegen der Kugelform 14 in der Kugelschalenform 23 nicht mit der Kugelschalenform 23 kollidiert.
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Zwischen der ersten Seite der Kugelform 14 und der Schulter 12c ist eine Zwischenhülse 17 auf den Zwischenabschnitt der Kupplungswelle 12 aufgepasst, wobei ein erstes Ende der Zwischenhülse 17 an der Kugelform 14 anliegt und ein zweites Ende der Zwischenhülse 17 an der Schulter 12c anliegt. Der zweite Hülsenabschnitt 21b weist einen bestimmten zweiten Innendurchmesser auf, in den ein in Form eines Wellendichtrings ausgebildetes Dichtungselement 18 eingesetzt ist, das rundum dichtend mit einem Außendurchmesser der Zwischenhülse 17 in Kontakt steht.
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Der zweite Innendurchmesser des zweiten Hülsenabschnitts 22b ist kleiner als der erste Innendurchmesser des ersten Hülsenabschnitts 22a, wobei ein erstes Ende der Kugelschalenform 23 axial an einem durch den Durchmesserunterschied zwischen erstem und zweitem Innendurchmesser gebildeten Ringbund 22d abgestützt ist und ein zweites Ende der Kugelschalenform 23 axial an dem mittels Schrauben (nicht bezeichnet) und Stiften (nicht bezeichnet) lösbar an den ersten Hülsenabschnitt 22a montierten, als Deckel ausgebildeten zweiten Verbindungsflansch 21 abgestützt ist.
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Der erste Flansch 15 und der zweite Flansch 22c weisen jeweils erste Bohrungen B1 und zweite Bohrungen B2 auf, die so abwechselnd in den beiden Flanschen 15, 22c angeordnet sind, dass jeweils eine erste Bohrung B1 in einem der Flansche 15, 22c zu einer zweiten Bohrung B2 in dem anderen der Flansche 15, 22c fluchtet.
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Die zweiten Bohrungen B2 sind kleiner als die ersten Bohrungen B1 ausgebildet. Von Seiten der ersten Bohrung B1 aus ist jeweils ein Dämpfungselement 30 in die zueinander fluchtenden Bohrungen B1, B2 eingesetzt, wobei eine flexible Profilhülse 31 in der ersten Bohrung B1 aufgenommen ist. Die Profilhülse 31 ist durch eine Unterlegscheibe (nicht bezeichnet) und einen Sicherungsring (nicht bezeichnet) auf einem Bolzen 32 fixiert, wobei sich der Bolzen 32 durch die zweite Bohrung B2 erstreckt und mit einer Sicherungsmutter (nicht bezeichnet) auf der dem ersten Flansch 15 abgewandten Seite des zweiten Flansches 22c gesichert ist.
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Durch diese Verbindungsstruktur sind der erste Flansch 15 und der zweite Flansch 22c derart miteinander drehantriebsgekuppelt, dass diese in u.a. durch die elastische Verformbarkeit der Profilhülsen 31 vorgegebenen Grenzen bezüglich eines Drehantriebs elastisch gegeneinander verdrehbar und in Bezug auf jeweilige Rotationsachsen dieser elastisch zueinander winkelverlagerbar sind. Ein kommerziell verfügbares Beispiel für eine solche Verbindungsstruktur ist eine sogenannte ELCO-Kupplung®, wie sie von der RENK AG hergestellt wird.
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Um die Winkelverlagerbarkeit zu unterstützen, sind der erste Flansch 15 und der zweite Flansch 22c, wie aus 1 ersichtlich, mit einem bestimmten Axialabstand in Axialrichtung der Kupplung 1 voneinander angeordnet.
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Zusammenfassend ist bei der erfindungsgemäßen Kupplung 1 die Drehmoment-Überlastkupplung 13 auf dem ersten Wellenabschnitt 12a angeordnet und ist der erste Flansch 15 radial auswärts der Drehmoment-Überlastkupplung 13 auf dieser angeordnet. Ferner ist das von der Kugelform 14 und der Kugelschalenform 23 gebildete Kugelgelenk axial neben der Drehmoment-Überlastkupplung 13 auf dem zweiten Wellenabschnitt 12b angeordnet. Durch diese radiale und axiale Ineinanderschachtelung der einzelnen Komponenten der Kupplung 1 ist diese besonders kompakt ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kupplung
- 10
- erster Kupplungsteil
- 11
- Verbindungsflansch
- 12
- Kupplungswelle
- 12a
- erster Wellenabschnitt
- 12b
- zweiter Wellenabschnitt
- 12c
- Schulter
- 13
- Drehmoment-Überlastkupplung
- 13a
- Klemmhülse
- 13b
- Mantelfläche
- 13c
- Radiallager
- 131
- Ringspalt
- 132
- Fluidleitung
- 14
- Kugelform
- 15
- erster Flansch
- 16
- Anschlag
- 17
- Zwischenhülse
- 18
- Dichtungselement
- 20
- zweiter Kupplungsteil
- 21
- Verbindungsflansch
- 22
- Kupplungshülse
- 22a
- erster Hülsenabschnitt
- 22b
- zweiter Hülsenabschnitt
- 22c
- zweiter Flansch
- 22d
- Ringbund
- 23
- Kugelschalenform
- 30
- Dämpfungselement
- 31
- Profilhülse
- 32
- Bolzen
- B1
- erste Bohrung(en)
- B2
- zweite Bohrungen(en)
- W1
- Welle
- W1a
- Wellenflansch
- W2
- Welle
- W2a
- Wellenflansch
