DE102010046911B4

DE102010046911B4 - Elastische Kupplung

Info

Publication number: DE102010046911B4
Application number: DE201010046911
Authority: DE
Inventors: Dr. Kamps Thomas; Michael Künne; Ingrid Köster; Günter Dorok
Original assignee: GKN Stromag AG
Current assignee: Stromag GmbH
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2010-09-23
Publication date: 2015-04-16
Anticipated expiration: 2030-09-24
Also published as: DE102010046911A1

Abstract

Elastische Kupplung mit einer ersten und einer zweiten Kupplungsseite sowie mit einer Ringelementanordnung aus drei – bezogen auf eine Kupplungsdrehachse – axial aneinandergereihten elastischen Ringelementen, die jeweils einen zwischen zwei metallischen Ringscheiben durch Anvulkanisieren gehaltenen Elastomerring aufweisen, wobei axial aneinanderliegende Ringscheiben benachbarter Ringelemente über radial außen- oder innenseitige Flanschverbindungen miteinander verbunden sind, und wobei eine Flanschverbindung radial innenseitig über eine Gleitlagerung an der einen Kupplungsseite abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegende Kupplungsseite ein axial in die Ringelementanordnung (3 bis 5) hineinragendes Fangrohr (12) aufweist, das im Bereich wenigstens einer radial flankierenden Flanschverbindung (10) mit einer Mantelschicht (13) aus einer Metalllegierung mit hoher Duktilität zur Verhinderung von Funkenbildung versehen ist, und dass das radial zur innenseitigen Gleitlagerung (15 bis 17) benachbarte Ringelement (3) einen Elastomerring (E1) aufweist, dessen Steifigkeit um einen Faktor im Bereich von 2 bis 3 höher ist als die Steifigkeit der übrigen Ringelemente (4, 5).

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Kupplung mit einer ersten und einer zweiten Kupplungsseite sowie mit einer Ringelementanordnung aus drei – bezogen auf eine Kupplungsdrehachse – axial aneinandergereihten elastischen Ringelementen, die jeweils einen zwischen zwei metallischen Ringscheiben durch Anvulkanisieren gehaltenen Elastomerring aufweisen, wobei axial aneinanderliegende Ringscheiben benachbarter Ringelemente über radial außen- oder innenseitige Flanschverbindungen miteinander verbunden sind, und wobei eine Flanschverbindung radial innenseitig über eine Gleitlagerung an der einen Kupplungsseite abgestützt ist.
Eine derartige elastische Kupplung ist aus der DE 39 38 261 A1 bekannt. Die elastische Kupplung stellt eine hochelastische Wellenkupplung dar mit mehreren axial aneinandergereihten elastischen Ringelementen, die jeweils einen zwischen zwei metallischen Ringscheiben durch Anvulkanisieren gehaltenen Elastomerring aufweisen. In die Ringelementanordnung ragt eine Kupplungsnabe hinein. Zwischen entsprechenden Ringelementen sind zwei metallische Ringmembrane angeordnet, die über Gleitbuchsen auf der Kupplungsnabe abgestützt sind.
Die DE 10 2009 012 661 A1 offenbart eine elastische Wellenkupplung mit zwei axial aneinandergefügten elastischen Ringelementen, von denen ein erstes Ringelement über eine membranförmige Ringscheibe auf einer Kupplungsnabe abgestützt ist. Die Kupplungsnabe weist einen axial in die Ringelementanordnung hineinragenden Schleuderschutzkörper auf.
Aus der DE 10 2005 006 672 A1 ist eine gattungsfremde Gabelzinke für eine Gabel eines Gabelstaplers bekannt, die mit einem Überzug aus einem für einen Explosionsschutz geeigneten Material beschichtet ist.
Eine weitere elastische Kupplung ist allgemein bekannt. Die elastische Kupplung ist in einen Antriebsstrang eingebunden und weist eine erste Kupplungsseite auf, die einer Antriebsseite zugeordnet ist. Zudem ist eine zweite Kupplungsseite vorgesehen, die einer Abtriebsseite zugeordnet ist. Zwischen den beiden Kupplungsseiten ist eine Ringelementanordnung aus mehreren, axial aneinandergereihten Ringelementen vorgesehen. Jedes Ringelement weist zwei metallische Ringflansche auf, die zwischen sich einen Elastomerring durch Anvulkanisierung einbinden. Benachbarte Ringelemente sind über ihre Ringflansche flächig miteinander verbunden. Entsprechende Flanschverbindungen sind alternierend radial außenseitig oder radial innenseitig zwischen zwei aneinanderliegenden Ringscheiben benachbarter Ringelemente vorgesehen. Die zu einer Kupplungsseite benachbarte Flanschverbindung zwischen zwei Ringelementen ist radial innenseitig durch eine Lagerung an der Kupplungsseite abgestützt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elastische Kupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, die Explosionsschutzanforderungen genügt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die gegenüberliegende Kupplungsseite ein axial in die Ringelementanordnung hineinragendes Fangrohr aufweist, das im Bereich wenigstens einer radial flankierenden Flanschverbindung mit einer Mantelschicht aus einer Metalllegierung mit hoher Duktiliät zur Verhinderung von Funkenbildung versehen ist, und dass das radial zur innenseitigen Gleitlagerung benachbarte Ringelement einen Elastomerring aufweist, dessen Steifigkeit um einen Faktor im Berich von 2 bis 3 höher ist als die Steifigkeit der übrigen Ringelemente. Die erfindungsgemäße Kupplung ist in Antriebssträngen oder anderen Kraftübertragungssträngen von Maschinen einsetzbar, die explosionsgefährdet sind. Die Elastomerringe können aus einteilig umlaufenden Ringkörpern oder als segmentierte Elastomerringe gestaltet sein, bei denen Elastomerringabschnitte in Umfangsrichtung mit Abstand aneinanderschließen. Durch die Erfindung und die zugehörige Ausgestaltung wird eine hochelastische, in allen Richtungen verlagerungsfähige elastische Kupplung mit einer linearen Charakteristik geschaffen, die in explosionsgefährdeten Bereichen einsetzbar ist.
Erfindungsgemäß weist das radial zur innenseitigen Gleitlagerung benachbarte Ringelement einen Elastomerring auf, dessen Steifigkeit um einen Faktor im Bereich von 2 bis 3 höher ist als die Steifigkeit der übrigen Elastomerringe der anderen Ringelemente. Durch die hohe Steifigkeit des radial die Gleitlagerung umgebenden Ringelements sind die Relativbewegungen der metallischen Ringscheiben dieses Ringelementes im Betrieb der Kupplung relativ gering. Die geringen Relativbewegungen führen zu einer lediglich geringen Beanspruchung der Gleitlagerung. Damit wird auch durch diese Maßnahme die Erzeugung von Reibungswärme gering gehalten. Die Ringelemente, deren Elastomerringe eine reduzierte Steifigkeit aufweisen, sind derart auf das Ringelement mit dem steiferen Elastomerring abgestimmt, dass insgesamt durch die vollständige Ringelementanordnung die geforderte Gesamtsteifigkeit der Kupplung erreicht wird.
Erfindungsgemäß weist die gegenüberliegende Kupplungsseite ein axial in die Ringelementanordnung hineinragendes Fangrohr auf, das im Bereich wenigstens einer radial flankierenden Flanschverbindung mit einer Mantelschicht aus einer Metalllegierung mit hoher Duktilität, insbesondere einer Kupfer-Zinn-Legierung (Bronze), versehen ist. Das Fangrohr ist notwendig, um bei einem Reißen eines Elastomerringes im Betrieb der Kupplung zu verhindern, dass metallische Ringscheiben nach außen geschleudert werden. Das Fangrohr dient demzufolge als Fliehkraftsicherung bei einem Bruch von einem der Ringelemente. Um in einem entsprechenden Notfall zu verhindern, dass das Auftreffen einer metallischen Ringscheibe auf das Fangrohr zu einer Funkenbildung führt, ist das Fangrohr außenseitig mit einer duktilen Metalllegierung beschichtet. Die Duktilität der Metalllegierung verhindert das harte, funkenbildende Aufeinandertreffen metallischer Teile.
In Ausgestaltung der Erfindung ist einer der beiden Kupplungsseiten eine axial welche Ringmembran zugeordnet, die zwischen die eine Kupplungsseite und die Ringelementanordnung eingefügt ist. Die Ringmembran besteht aus einer radial erstreckten, dünnen metallischen Scheibenmembran. Funktional sind die Ringmembran sowie die drei Ringelemente der Ringelementanordnung innerhalb der Kupplung hintereinander geschaltet. Die Kupplung kann demzufolge Verlagerungen in allen Richtungen aufnehmen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Nachfolgend ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und anhand der einzigen Zeichnung dargestellt.
Die einzige Zeichnung zeigt in einer Längsschnittdarstellung eine obere Hälfte einer rotationssymmetrisch elastischen Kupplung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die erfindungsgemäße elastische Kupplung ist für den Einbau in einem Antriebsstrang eines Motors einer Arbeitsmaschine oder ähnlichem vorgesehen. Die Kupplung 1 weist eine erste Kupplungsseite auf, die einer Antriebsseite des Antriebsstranges, vorliegend einer nicht dargestellten Antriebswelle einer Antriebsmaschine, zugeordnet ist. Die Antriebsseite weist eine Kupplungsnabe 2 auf, die mit der Antriebswelle verbindbar ist. Auf der Kupplungsnabe 2 ist eine Zusatzmasse 20 befestigt. Die Kupplungsnabe 2 steht über eine metallische Ringmembran 7 sowie über eine dreireihige Ringelementanordnung 3, 4, 5 mit einer zweiten Kupplungsseite, vorliegend einer Abtriebsseite, in Verbindung. Die Abtriebsseite wird gebildet durch einen Anschlussflansch 6, der Teil eines Getriebes einer Arbeitsmaschine oder ähnlichem ist.
Alle axialen und radialen Definitionen beziehen sich auf eine Kupplungsdrehachse K, so dass „axial” koaxial und achsparallel zur Kupplungsdrehachse K und „radial” radial erstreckt zur Kupplungsdrehachse K bedeuten.
Die Ringelementanordnung 3 bis 5 weist drei Ringelemente 3, 4, 5 auf. Die zur Ringmembran 7 und damit zur ersten Kupplungsseite, der Antriebsseite, benachbarte Ringelement 3 ist über einen radial außenliegenden Ringflansch 8 mit der Ringmembran 7 verbunden. Das erste Ringelement 3 ist mit dem mittleren Ringelement 4 über eine radial innenliegende Flanschverbindung 9 verbunden. Das mittlere Ringelement 4 und das abtriebsseitige Ringelement 5 sind über eine radial außenliegende Flanschverbindung 10 miteinander verbunden. Jedes Ringelement 3, 4, 5 weist einen Elastomerring E₁ oder E₂ auf, der an seinen gegenüberliegenden axialen Stirnseiten mit jeweils einer, nicht näher bezeichneten metallischen Ringscheibe verbunden ist. Die beiden, den jeweiligen Elastomerring E₁ oder E₂ zwischen sich einschließenden und im montiertem Zustand radial ausgerichteten metallischen Ringscheiben sind durch Anvulkanisieren mit dem jeweiligen Elastomerring E₁ oder E₂ verbunden. Alle metallischen Ringscheiben aller Ringelemente 2 bis 5 sind plattenförmig ausgeführt. Die einander zugewandten metallischen Ringscheiben benachbarter Ringelemente 3 bis 5 liegen in einer entsprechenden Radialebene flächig und bündig aneinander an und sind über die jeweilige Flanschverbindung 9 oder 10 miteinander verbunden. Die metallische Ringscheibe des abtriebsseitigen Ringelementes 5, die dem Anschlussflansch 6 benachbart ist, ist radial innerhalb des Elastomerringes E₂ und damit radial innenseitig mit dem Anschlussflansch 6 verbunden.
Die beiden Elastomerringe E₂ der Ringelemente 4 und 5 weisen die gleiche Steifigkeit auf. Die Steifigkeit des Elastomerringes E₁ des der Antriebsseite benachbarten Ringelementes 3 hingegen weist eine um einen Faktor 2 bis 3 höhere Steifigkeit auf als die Steifigkeit der beiden Elastomerringe E₂ der beiden anderen Ringelemente 4, 5. Alle Flanschverbindungen 8 bis 11 werden durch Schraubverbindungen hergestellt.
Die Flanschverbindung 9 zwischen dem ersten, der Antriebsseite zugeordneten und zur metallischen Ringmembran 7 benachbarten Ringelement 3 und dem mittleren Ringelement 4 ist über einen Stützflansch 14 und einen Lagerring 15 radial nach innen auf einer zur Kupplungsnabe 2 koaxialen Stützwelle 17 abgestützt. Die Stützwelle 17 ist drehfest und axialfest mit der Kupplungsnabe 2 verbunden, wie der Zeichnung entnehmbar ist. Der Lagerring 15 ist über eine Lagerbuchse 16 an der Stützwelle 17 abgestützt. Die Lagerbuchse 16 ist als Gleitlagerung ausgeführt. Der die Gleitlagerung 15 bis 17 radial außen in Abstand umgebende Elastomerring E₁ des Ringelementes 3 weist die hohe Steifigkeit auf, um nur relativ geringe Relativbewegungen zwischen den metallischen Ringscheiben des Ringelementes 3 zuzulassen. Dadurch wird der Lagerring 15 auf der Lagerbuchse 16 relativ ruhig gehalten, so dass lediglich geringe Reibungswärme entsteht.
Um die Lagerbuchse an der Stützwelle 17 montieren und demontieren zu können, wird die Lagerbuchse 16 gemäß der Darstellung in der Zeichnung von der Abtriebsseite her auf eine entsprechende Aufnahme der Stützwelle 17 axial aufgeschoben. Anschließend folgt die axiale Fixierung der Lagerbuchse 16 über einen axialen Sicherungsring 8, der mittels einer zentrischen, von der Antriebsseite her in die Stützwelle 17 eingebrachten Kopfschraube 19 axial gegen die Stützwelle 17 und gegen die Lagerbuchse 16 gezogen wird.
An der radial innenseitigen Flanschverbindung 11 zwischen dem zur Abtriebsseite benachbarten Ringelement 5 und dem Anschlussflansch 6 ist zusätzlich als Fliehkraftsicherung ein auch als Fangring bezeichnetes Fangrohr 12 befestigt, das von der Abtriebsseite her axial in die Ringelementanordnung 3 bis 5 hineinragt. Das Fangrohr 12 erstreckt sich axial von dem Anschlussflansch 6 bis über die mittlere Flanschverbindung 10 zwischen dem Ringelement 4 und dem Ringelement 5, so dass die radial außenliegende Flanschverbindung 10 zwischen diesen beiden Ringelementen 4, 5 das Fangrohr 12 radial außen flankiert. Das Fangrohr 12 besteht, wie auch die metallischen Ringscheiben der Ringelemente 3, 5 aus Stahl. Das Fangrohr 12 weist aber auf axialer Höhe der Flanschverbindung 10 eine umlaufende Mantelschicht 13 auf, deren Dicke etwa der Dicke des Fangrohres 12 in einem axial zur Abtriebsseite hin anschließenden Mantelbereich entspricht. Die Mantelschicht 13 ist außen auf den Mantel des Fangrohres 12 aufgebracht, so dass das Fangrohr 12 in diesem Bereich die doppelte Dicke aufweist. Die axiale Länge der Mantelschicht 13 ist etwa fünf bis achtmal so lang wie die in axialer Richtung gesehene Dicke einer metallischen Ringscheibe. Die Zeichnung ist maßstabsgetreu, so dass Längen- und Dickenverhältnisse direkt aus der Zeichnung herausgelesen werden können.
Die Mantelschicht 13 besteht aus einer Metalllegierung mit hoher Duktilität. Vorliegend ist die Mantelschicht 13 aus Bronze und damit aus einer Kupfer-Zinnlegierung hergestellt.
Im Betrieb der Kupplung wird bei einem Bruch eines Ringelementes 4 oder 5 verhindert, dass eine der metallischen Ringscheiben im Bereich der Flanschverbindung 10 beim Auftreffen auf die Oberfläche des Fangrohres 12 eine Funkenbildung erzeugen. Bei einem entsprechenden Bruch eines Ringelementes 4, 5 treffen die metallischen Ringscheiben auf die Mantelschicht 13, die aufgrund ihrer hohen Duktilität 13 plastisch nachgibt und keine Funkenbildung erzeugt. Dies ist für den Einsatz der Kupplung 1 in explosionsgefährdeten Bereichen vorteilhaft.

Claims

Elastische Kupplung mit einer ersten und einer zweiten Kupplungsseite sowie mit einer Ringelementanordnung aus drei – bezogen auf eine Kupplungsdrehachse – axial aneinandergereihten elastischen Ringelementen, die jeweils einen zwischen zwei metallischen Ringscheiben durch Anvulkanisieren gehaltenen Elastomerring aufweisen, wobei axial aneinanderliegende Ringscheiben benachbarter Ringelemente über radial außen- oder innenseitige Flanschverbindungen miteinander verbunden sind, und wobei eine Flanschverbindung radial innenseitig über eine Gleitlagerung an der einen Kupplungsseite abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegende Kupplungsseite ein axial in die Ringelementanordnung (3 bis 5) hineinragendes Fangrohr (12) aufweist, das im Bereich wenigstens einer radial flankierenden Flanschverbindung (10) mit einer Mantelschicht (13) aus einer Metalllegierung mit hoher Duktilität zur Verhinderung von Funkenbildung versehen ist, und dass das radial zur innenseitigen Gleitlagerung (15 bis 17) benachbarte Ringelement (3) einen Elastomerring (E₁) aufweist, dessen Steifigkeit um einen Faktor im Bereich von 2 bis 3 höher ist als die Steifigkeit der übrigen Ringelemente (4, 5).
Elastische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelschicht aus einer Kupfer-Zinnlegierung besteht.
Elastische Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Kupplungsseiten eine axial weiche Ringmembran (7) zugeordnet ist, die zwischen die eine Kupplungsseite (2) und die Ringelementanordnung (3 bis 5) eingefügt ist.