DE102010026813A1

DE102010026813A1 - Axial steckbare Wellenkupplung

Info

Publication number: DE102010026813A1
Application number: DE102010026813A
Authority: DE
Inventors: Norbert Vogl
Original assignee: Chr Mayr GmbH and Co KG
Current assignee: Chr Mayr GmbH and Co KG
Priority date: 2010-07-10
Filing date: 2010-07-10
Publication date: 2012-01-12

Abstract

Ausgleichskupplung zur Drehmoment übertragenden Verbindung zwischen Wellen und/oder Flanschen mit der Möglichkeit axiale, winkelige oder laterale Versätze durch ein axiales Ausgleichselement (5, 6) auszugleichen, wobei – die Kupplung auf mindestens einer Seite durch eine Kombination aus konischer Außenverzahnung (4.1) und konischer Innenverzahnung (3.1) axial steckbar ausgeführt ist – die Kupplung zwischen den mit den axialen Ausgleichselementen (5, 6) fest verbundenen Nabenteilen (1, 3) über axiale auf Zug wirksame Anschläge verfügt, die bei hohen an den Nabenteilen (1, 3) wirksamen axialen Zugkräften (FD) aneinander zur Anlage kommen und die sich im normalen Betrieb der Kupplung nicht berühren dadurch gekennzeichnet, dass in einer oder mehreren Zwischenplatten (2) zwischen den mit den Nabenteilen (1, 3) fest verbundenen axialen Ausgleichselementen (5, 6) ein oder mehrere bolzenförmige radial nach innen gerichtete Elemente (2.1) angeordnet sind, die in radiale Ausnehmungen (1.4, 3.4) konzentrisch übereinander angeordneter rohrförmiger Ansätze (1.3, 3.3) der Nabenteile (1, 3) greifen und bei Axialkraftbeaufschlagung des axialen Ausgleichselementes (5, 6) als axialer Anschlag dienen und lediglich eine begrenzte elastische axiale Auslenkung der Ausgleichselemente (5, 6) zulassen

Description

Im Bereich der industriellen Antriebstechnik ist es häufig erforderlich, zur Leistungsübertragung zwischen einem Antriebsaggregat, beispielsweise einem Elektromotor und einem Abtriebsaggregat, beispielsweise einem Getriebe oder einem Spindeltrieb eine Drehmoment übertragende Verbindung mittels einer Ausgleichskupplung herzustellen, die in der Lage sein muss, Fertigungsungenauigkeiten bzw. Bewegungen lateraler, axialer und winkeliger Art auszugleichen.
Als Schnittstelle zwischen Einzelaggregat und Ausgleichskupplung dienen dabei in zunehmendem Maße glatte zylindrischen Wellen bzw. Bohrungen, die kupplungsseitig eine reibschlüssige Klemmverbindung erfordern.
Zur Betätigung derartiger reibschlüssiger Klemmverbindungen sind kupplungsseitig entsprechende Klemmschrauben erforderlich, die in der Regel bei der Montage von außen zugänglich sind. Es treten jedoch vermehrt Einsatzfälle auf, bei denen diese Schrauben nach dem Fügen der Kupplung auf den Wellen nicht mehr zugänglich sind.
Als Lösung für derartige Anwendungen haben sich am Markt sogenannte axial steckbare Wellenkupplungen etabliert, bei denen die Kupplung aus jeweils zwei Hälften besteht, die getrennt auf den Wellen zu montieren sind und anschließend durch axiales Zusammenfahren von Antriebs- und Abtriebsaggregat in sogenannter „Blindmontage” Drehmoment übertragend gefügt werden. Als Drehmoment übertragendes Element zwischen den Kupplungshälften haben sich dabei auf dem Markt spielfreie konische Steckverzahnungen bewährt, wie sie beispielsweise das Prospekt „Servostar” der Firma Tandler offenbart.
Zur dauerhaften Spielfreiheit der Steckverbindung muss beim Fügen der Steckverbindung eine gewisse axiale Vorspannkraft aufgebracht werden, die auch während des Betriebes aufrecht erhalten bleiben muss. Als Kraft erzeugendes Bauteil fungiert hier in der Regel das Ausgleichselement selbst, das beispielsweise ein Metallbalg oder eine Anordnung von Federstahl-Lamellen sein kann. Durch im Betrieb auftretende Mikrobewegungen neigen alle bekannten Verzahnungssysteme derartiger Kupplungen nach längerer Betriebszeit zum Festsetzen durch Fress-Erscheinungen oder Kaltverschweißen. Dies führt bei der Demontage der Steckverbindung zu hohen axialen Lösekräften, die in der Regel vom Ausgleichselement der Kupplung, also dem Balg oder den Federstahl-Lamellen zu übertragen sind und diese beschädigen können. Hier leisten kupplungsinterne Axial-Anschläge zwischen den Kupplungsnaben Abhilfe, wie sie in DE 10 2008 044 892 offenbart werden.
In DE 10 2008 044 892 sind kupplungsinterne Axialanschläge beschrieben, die mittels konzentrischen Gewinden, bajonettverschlussartigen Geometrien oder federnden Laschen eine auf Zug wirksame formschlüssige Verbindung zwischen den Kupplungsnaben herstellen und so das Ausgleichselement vor möglichen hohen Demontagekräften schützen.
Nachteile dieser Verbindungssysteme sind ein relativ hoher Fertigungsaufwand durch teilweise komplizierte Geometrien bzw. das Fehlen einer Demontage-Möglichkeit zwischen den beiden mit den axialen Zuganschlägen versehenen Kupplungsnaben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, ein System von kupplungsinternen Axialanschlägen zu schaffen, die zum einen geometrisch einfach aufgebaut sind und somit nur geringen Fertigungsaufwand erfordern und die sich zum anderen problemlos wieder demontieren lassen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als axiale Zuganschläge radiale Bolzen zum Einsatz kommen, die ihrerseits mit der Baugruppe des elastischen Ausgleichselementes fest verbunden sind und in radiale Ausnehmungen der rohrförmigen Vorsprünge der beiden mit dem Ausgleichselement in Verbindung stehenden Kupplungsnaben greifen. Im normalen Betrieb der Kupplung besteht keinerlei Kontakt zwischen den Bolzen und den Wandungen der beschriebenen Ausnehmungen. Wird dagegen bei der Demontage der Steckverbindung eine hohe Zugkraft auf die Kupplung ausgeübt, wird das Ausgleichselement der Kupplung elastisch in Zugrichtung verformt, bis die Bolzen mit den Wandungen der Ausnehmungen beider Naben in Kontakt kommen und so die vollen Zugkräfte übernehmen.
Detaillierte Informationen über mögliche Ausführungsformen und die technische Gestaltung der erfindungsgemäßen Kupplung sind in den Darstellungen in 1 bis 5 zu entnehmen.
1 zeigt die perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kupplung vor dem Fügen der kupplungsinternen formschlüssigen Steckverbindung.
2 stellt die erfindungsgemäße Kupplung aus 1 im Längsschnitt dar und zeigt zusätzlich einen Querschnitt A-A durch die Kupplung in der Ebene der radialen Anschlagbolzen sowie einen Ausschnitt A.
3 bildet nochmals einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Kupplung mit gefügter kupplungsinterner formschlüssiger Steckverbindung ab, wobei der Ausschnitt B das Detail der radialen Anschlagbolzen und der radialen Durchbrüche in Kupplungsnabe und Zentriernabe weiter verdeutlicht.
4 zeigt schließlich eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplung mit Metallbälgen als Ausgleichselement, wobei die Art der Darstellung der in 3 entspricht.
5 stellt schließlich eine erfindungsgemäße Kupplung im Längsschnitt und als Ausschnitt dar, wobei die Kupplung durch eine axiale Demontagekraft FD auf Zug beansprucht wird und der interne Anschlagmechanismus im Einsatz ist.
Die Darstellung der erfindungsgemäßen Kupplung bei 1 zeigt die beiden Kupplungshälften vor dem Fügen der kupplungsinternen formschlüssigen Steckverbindung. Die Kupplungsnabe 1 ist hier als Radialklemmnabe mit Klemmschraube 1.2 ausgeführt. Als Ausgleichselemente der Kupplung in 1 dienen zwei Federstehl-Lamellenpakete 5, die zusammen mit der dazwischen liegenden Zwischenplatte 2 eine sogenannte Zweigelenkausführung bilden. Die Lamellenpakete 5 sind mit Befestigungsschrauben 5.1 jeweils abwechselnd mit Kupplungsnabe 1 und Zwischenplatte 2 bzw. Zwischenplatte 2 und Zentriernabe 3 verschraubt, wodurch eine verlagerungsfähige und drehsteife Verbindung entsteht. Die kupplungsinterne formschlüssige Steckverbindung besteht in der dargestellten Ausführungsform aus einer konischen Außenverzahnung 4.1 der als Radialklemmnabe ausgeführten und mit einer Klemmschraube 4.2 versehenen Steck-Klemmnabe 4 und einer konischen Innenverzahnung 3.1 der Zentriernabe 3.
Bei der Schnittdarstellung der Kupplung in 2 ist zu sehen, wie der rohrförmige Ansatz 1.3 der Kupplungsnabe 1 konzentrisch unter dem rohrförmigen Ansatz 3.3 der Zentriernabe liegt und Ausschnitt A verdeutlicht wie der Anschlagbolzen 2.1 in der Zwischenplatte 2 radial gleichermaßen durch den radialen Durchbruch 1.4 der Kupplungsnabe 1 sowie den radialen Durchbruch 3.4 der Zentriernabe 3 greift. Der Schnitt A-A zeigt schließlich nochmals die konzentrische Anordnung der rohrförmigen Ansätze 1.4 und 3.4 von Kupplungsnabe 1 und Zentriernabe 3 sowie die Lage des Anschlagbolzens 2.1. Als Ausgleichselement der Kupplung in 2 dienen wiederum zwei Federstahl-Lamellenpakete 5 mit dazwischen angeordneter Zwischenplatte 2.
In 3 ist die erfindungsgemäße Kupplung mit gefügter kupplungsinterner formschlüssiger Steckverbindung zwischen Steck-Klemmnabe 4 und Zentriernabe 3 im Längsschnitt dargestellt, wobei die Darstellung dem Normalbetrieb der Kupplung ohne axiale Zugbelastung entspricht. Anhand des Ausschnittes B soll die Anordnung der kupplungsinternen Anschlag-Mechanismen näher erläutert werden. Es ist zum einen die Kupplungsnabe 1 mit ihrem rohrförmigen Ansatz 1.3 und dem radialen Durchbruch 1.4 dargestellt. Zum anderen ist die Zentriernabe 3 mit deren rohrförmigem Ansatz 3.3 und deren radialem Durchbruch 3.4 zu sehen. Der mit der Zwischenplatte 2 fest verbundene Anschlagbolzen 2.1 ragt radial durch die beiden radialen Durchbrüche 1.4 und 3.4, ohne deren Wandungen zu berühren. Zwischen dem Anschlagbolzen 2.1 und den radialen Durchbrüchen 1.4 und 3.4 existieren die axialen Mindestspalte SK und SZ, die ebenfalls im Ausschnitt B dargestellt sind. Des weiteren ist in 3 das grundsätzlich erforderliche radiale Spiel RS zwischen den rohrförmigen Ansätzen 1.3 und 3.3 dargestellt, das so bemessen sein kann, dass die rohrförmigen Ansätze 1.3 und 3.3 radial aneinander zur Anlage kommen, bevor der zulässige Lateralversatz der Lamellenpakete 5 überschritten wird.
Die Darstellung in 4 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplung, bei der als elastische Ausgleichselemente zwei Metallbälge 6 mit dazwischen angeordneter Zwischenplatte 2 dienen. Die Metallbälge 6 sind fest mit Kupplungsnabe 1 und Zwischenplatte 2 bzw.
Zwischenplatte 2 und Zentriernabe 3 verbunden. Auch hier ist der Anschlagbolzen 2.1 in der Zwischenplatte 2 angeordnet und durchgreift die radialen Durchbrüche 1.4 und 3.4 der rohrförmigen Ansätze 1.3 und 3.3 von Kupplungsnabe 1 und Zentriernabe 3.
Im Ausschnitt C sind wieder die axialen Spalte SK und SZ zwischen Anschlagbolzen 2.1 und den radialen Durchbrüchen 1.4 und 3.4 zu sehen sowie das im Betrieb der Kupplung erforderliche radiale Spiel RS.
Schließlich stellt 5 nochmals eine erfindungsgemäße Kupplung in Balgbauweise dar, die im Gegensatz zu 4 mit der Demontage-Zugkraft FD axial auf Zug belastet ist. Die genannte Demontage-Zugkraft ist eine Folge der Demontage der kupplungsinternen formschlüssigen Steckverbindung. Der mit der Zwischenplatte 2 fest verbundene Anschlagbolzen 2.1 durchgreift auch hier die radialen Durchbrüche 1.4 und 3.4 der rohrförmigen Ansätze 1.3 und 3.3 von Kupplungsnabe 1 und Zentriernabe 3, wobei der Anschlagbolzen 2.1 an der linken Wandung des radialen Durchbruches 1.4 und an der rechten Wandung des radialen Durchbruches 3.4 anliegt und somit in der Lage ist, die axiale Demontage-Zugkraft FD zu übertragen. Die Ausgleichselemente der Kupplung, hier die Metallbälge 6, werden in axialer Richtung lediglich elastisch vorgespannt und nicht beschädigt. Die Spaltmaße SK und SZ der in Ausschnitt D dargestellten Kupplung sind hier gleich Null.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsnabe
1.2: Klemmschraube
1.3: Rohrförmiger Ansatz
1.4: Radialer Durchbruch
2: Zwischenplatte
2.1: Anschlagbolzen
3: Zentriernabe
3.1: Konische Innenverzahnung
3.3: Rohrförmiger Ansatz
3.4: Radialer Durchbruch
4: Steck-Klemmnabe
4.1: Konische Außenverzahnung
4.2: Klemmschraube
5: Federstahl-Lamellenpaket
5.1: Befestigungsschraube
6: Metallbalg
SK: Spalt zwischen Anschlagbolzen 2.1 und linker Wandung des radialen Durchbruches 1.4 der Kupplungsnabe 1
SZ: Spalt zwischen Anschlagbolzen 2.1 und rechter Wandung des radialen Durchbruches 3.4 der Zentriernabe 3
RS: Radiales Spiel zwischen den rohrförmigen Ansätzen 1.3 und 3.3
FD: Demontage-Zugkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008044892 [0005, 0006]

Claims

Ausgleichskupplung zur Drehmoment überragenden Verbindung zwischen Wellen und/oder Flanschen mit der Möglichkeit axiale, winkelige oder laterale Versätze durch ein axiales Ausgleichselement (5, 6) auszugleichen, wobei – die Kupplung auf mindestens einer Seite durch eine Kombination aus konischer Außenverzahnung (4.1) und konischer Innenverzahnung (3.1) axial steckbar ausgeführt ist – die Kupplung zwischen den mit den axialen Ausgleichselementen (5, 6) fest verbundenen Nabenteilen (1, 3) über axiale auf Zug wirksame Anschläge verfügt, die bei hohen an den Nabenteilen (1, 3) wirksamen axialen Zugkräften (FD) aneinander zur Anlage kommen und die sich im normalen Betrieb der Kupplung nicht berühren dadurch gekennzeichnet, dass in einer oder mehreren Zwischenplatten (2) zwischen den mit den Nabenteilen (1, 3) fest verbundenen axialen Ausgleichselementen (5, 6) ein oder mehrere bolzenförmige radial nach innen gerichtete Elemente (2.1) angeordnet sind, die in radiale Ausnehmungen (1.4, 3.4) konzentrisch übereinander angeordneter rohrförmiger Ansätze (1.3, 3.3) der Nabenteile (1, 3) greifen und bei Axialkraftbeaufschlagung des axialen Ausgleichselementes (5, 6) als axialer Anschlag dienen und lediglich eine begrenzte elastische axiale Auslenkung der Ausgleichselemente (5, 6) zulassen
Ausgleichskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den axialen Ausgleichselementen um Federstahl- oder Kunststoff-Lamellen (5) handelt.
Ausgleichskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den axialen Ausgleichselementen (5, 6) um Stahl- oder Kunststoff-Membranen handelt.
Ausgleichskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den axialen Ausgleichselementen um Metall- oder Kunststoff-Bälge (6) handelt.
Ausgleichskupplung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den bolzenförmig radial nach innen gerichteten Elementen (2.1) um Schrauben handelt.
Ausgleichskupplung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den bolzenförmig radial nach innen gerichteten Elementen (2.1) um Zylinder- oder Kegelstifte handelt.
Ausgleichskupplung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spalte (SK, SZ) zwischen den bolzenförmig radial nach innen gerichteten Elementen (2.1) und den radialen Ausnehmungen (1.4, 3.4) im Normalbetrieb der Kupplung annähernd gleich sind.