DE102015016411A1

DE102015016411A1 - Kupplungsvorrichtung zum Verbinden zweier Wellenabschnitte

Info

Publication number: DE102015016411A1
Application number: DE102015016411.2A
Authority: DE
Inventors: Armin Huber; Martin EBENHOFER; Marc Brandl
Original assignee: SGF Sueddeutsche Gelenkscheibenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: SGF Sueddeutsche Gelenkscheibenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung (10) zum Verbinden zweier Wellenabschnitte, insbesondere für Industrieanwendungen, mit
– einem ersten Flansch (12) zum Verbinden mit einem ersten Wellenabschnitt,
– einem zweiten Flansch (14) zum Verbinden mit einem zweiten Wellenabschnitt,
– wenigstens einer ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung (16), die mit dem ersten Flansch (12) verbindbar ist,
– wenigstens einer zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung (18), die mit dem zweiten Flansch (14) verbindbar ist,
– wenigstens einer Verbindungsanordnung (20), die die erste fadenverstärkte Gelenkvorrichtung (16) und die zweite fadenverstärkte Gelenkvorrichtung (18) miteinander verbindet, und
– wenigstens einer Zentriereinrichtung (22) zum radialen Abstützen der wenigstens einen Verbindungsanordnung (20), wobei die wenigstens eine Zentriereinrichtung (22) wenigstens eine Gelenkanordnung (22) aufweist, die in axialer Richtung zwischen der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung (16) und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung (18) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung zum Verbinden zweier Wellenabschnitte, insbesondere für Industrieanwendungen.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Kupplungsvorrichtungen bekannt.
DE 19 854 798 C1 offenbart eine Kupplungsvorrichtung mit zwei elastischen Gelenkscheiben, die voneinander axial beabstandet zwischen zwei Wellenabschnitten zu deren Verbindung vorgesehen sind. Anschlussflansche bilden zusammen mit von ihnen getragenen Anschlusszapfen jeweils Anschlusssterne. Die Anschlussflansche tragen jeweils einen zentralen Führungszapfen, der mit der jeweiligen Wellenachse fluchtet. Die zentralen Führungszapfen greifen axial in eine Führungshülse ein, die die Gelenkscheiben durchsetzt. Die zentralen Führungszapfen sind über elastische Zwischenhülsen in der elastischen Führungshülse abgestützt. Die Führungshülse bildet das Zentrum eines weiteren Anschlusssterns, der Anschlusszapfen aufweist, über die die axial voneinander beabstandeten Gelenkscheiben miteinander verbunden sind. Die elastischen Zwischenhülsen sind in axialer Richtung innerhalb der beiden Gelenkscheiben angeordnet und werden radial von den Gelenkscheiben umgeben.
Ferner sind Kupplungen gemäß der in WO 2004/097239 A1 beschriebenen Form bekannt. Bei dieser Kupplung werden zwei Flansche, die an Wellenenden angeordnet sind, über einen Gelenkkörper miteinander verbunden. Einer der Flansche ist mit einem Zentrierlager versehen, das sich in axialer Richtung innerhalb einer zentralen Öffnung der Gelenkscheibe befindet und mit einem Zentrierzapfen in Verbindung steht, der mit dem jeweils anderen Flansch verbunden ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungsvorrichtung mit einer verbesserten radialen Abstützung bei der Drehmomentübertragung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit einer Kupplungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung zum Verbinden zweier Wellenabschnitte, insbesondere für Industrieanwendungen, ist ausgeführt mit

– einem ersten Flansch zum Verbinden mit einem ersten Wellenabschnitt,
– einem zweiten Flansch zum Verbinden mit einem zweiten Wellenabschnitt,
– wenigstens einer ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung, die mit dem ersten Flansch verbindbar ist,
– wenigstens einer zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung, die mit dem zweiten Flansch verbindbar ist,
– wenigstens einer Verbindungsanordnung, die die erste fadenverstärkte Gelenkvorrichtung und die zweite fadenverstärkte Gelenkvorrichtung miteinander verbindet, und
– wenigstens einer Zentriereinrichtung zum radialen Abstützen der wenigstens einen Verbindungsanordnung, wobei die wenigstens eine Zentriereinrichtung wenigstens eine Gelenkanordnung aufweist, die in axialer Richtung zwischen der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung stellt eine radiale Abstützung bzw. Führung für die wenigstens eine Verbindungsanordnung bereit. Die radiale Abstützung der wenigstens einen Verbindungsanordnung erfolgt über die wenigstens eine Zentriereinrichtung. Die mittels der wenigstens einen Zentriereinrichtung erfolgende radiale Abstützung der wenigstens einen Verbindungsanordnung dient bei der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung zur Reduzierung von dynamischen Unwuchten bzw. den damit verbundenen Schwingungen. Die wenigstens eine Zentriereinrichtung bzw. deren wenigstens eine Gelenkanordnung kann die wenigstens eine Verbindungsanordnung, insbesondere auch bei einem radialen Versatz und/oder einem Winkelversatz, radial abstützen. Die wenigstens eine Gelenkanordnung lässt Winkelversätze und Radialversätze zwischen den zu verbindenden Wellenabschnitten zu, stützt jedoch gleichzeitig die wenigstens eine Verbindungsanordnung ab. Dadurch können dynamische Unwuchten reduziert und ein Taumeln der wenigstens einen Verbindungsanordnung verhindert werden. Zudem können über die Kupplungsvorrichtung aus Bewegungen der zu verbindenden Wellenabschnitte in axialer Richtung ausgeglichen werden.
Die wenigstens eine Gelenkanordnung ist in axialer Richtung zwischen der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung angeordnet. Die wenigstens eine Gelenkanordnung ist somit in axialer Richtung sowohl von der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung als auch von der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung beabstandet. Die wenigstens eine Gelenkanordnung ist in axialer Richtung außerhalb der axialen Erstreckung der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung angeordnet. Um die wenigstens eine Verbindungsanordnung in radialer Richtung abstützen zu können, ist die wenigstens eine Zentriereinrichtung mit ihrer wenigstens einen Gelenkanordnung radial steif, aber axial weich, torsional weich und auch beugeweich ausgebildet.
Da die wenigstens eine Gelenkanordnung in axialer Richtung zwischen der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung angeordnet ist, ist die wenigstens eine Gelenkanordnung axial zu den Beugepunkten der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung und der zweiten fadenverstärkten Gelenkanordnung versetzt angeordnet. Die Beugepunkte der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung befinden sich auf der Mittelachse der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen innerhalb der axialen Erstreckung der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die wenigstens eine Gelenkanordnung in axialer Richtung jeweils einen vorbestimmten Abstand zu der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung aufweisen. Die wenigstens eine Gelenkanordnung kann somit zu der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung einen ersten Abstand und zur zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung einen zweiten Abstand in axialer Richtung aufweisen. Der erste Abstand und der zweite Abstand können gleich sein.
Die wenigstens eine Gelenkanordnung kann zwischen einander zugewandten axialen Endflächen des ersten Flanschs und des zweiten Flanschs angeordnet sein. Die axialen Endflächen des ersten Flanschs und des zweiten Flanschs können an einem rohrförmigen Abschnitt jeweils des ersten Flanschs und des zweiten Flanschs, d. h. an den Stirnseiten der rohrförmigen Abschnitte, ausgebildet sein. Der rohrförmige Abschnitt des ersten Flansches und des zweiten Flansches kann sich dabei durch eine zentrale Öffnung jeweils in der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung erstrecken.
Die wenigstens eine Gelenkanordnung kann zwischen einander zugewandten axialen Seiten der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung angeordnet sein. Die wenigstens eine erste fadenverstärkte Gelenkvorrichtung und die wenigstens eine zweite fadenverstärkte Gelenkvorrichtung können in axialer Richtung zwischen sich einen Raum einschließen, in dem neben der wenigstens einen Verbindungsanordnung auch die wenigstens eine Zentriereinrichtung mit ihrer wenigstens einen Gelenkanordnung vollständig angeordnet ist. Die wenigstens eine Verbindungsanordnung kann die wenigstens eine Zentriereinrichtung radial umgeben. Es ist jedoch auch denkbar, dass die wenigstens eine Zentriereinrichtung die wenigstens eine Zentriereinrichtung zumindest abschnittsweise umgibt.
Gemäß einer Ausführungsform kann dem ersten Flansch wenigstens ein erstes Kopplungselement und dem zweiten Flansch wenigstens ein zweites Kopplungselement zum Koppeln des ersten Flansches und des zweiten Flansches mit der wenigstens einen Gelenkanordnung zugeordnet sein. Das wenigstens eine erste Kopplungselement und das wenigstens eine zweite Kopplungselement können jeweils in einer zentralen Öffnung des ersten Flansches und des zweiten Flansches angeordnet sein. Ausgehend von dem ersten Flansch und dem zweiten Flansch können sich das wenigstens eine erste Kopplungselement und das wenigstens eine zweite Kopplungselement in Richtung der wenigstens einen Gelenkanordnung erstrecken. Das wenigstens eine erste Kopplungselement und das wenigstens eine zweite Kopplungselement sind an Positionen mit der wenigstens einen Gelenkanordnung gekoppelt, die sich in axialer Richtung zwischen der wenigstens einen ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung und der wenigstens einen zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung befinden. Die Kopplungspositionen können in axialer Richtung um einen vorbestimmten Abstand von der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung beabstandet sein.
Die wenigstens eine Gelenkanordnung kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wenigstens ein erstes Gelenk und wenigstens ein zweites Gelenk aufweisen. Beispielsweise kann das wenigstens eine erste Gelenk mit dem wenigstens einen ersten Kopplungselement und das wenigstens eine zweite Element mit dem wenigstens einen zweiten Kopplungselement gekoppelt sein.
Der Abstand zwischen dem wenigstens einen ersten Gelenk und dem wenigstens einen zweiten Gelenk in axialer Richtung kann kleiner als der Abstand zwischen der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung sein. Anders ausgedrückt ist die wenigstens eine Gelenkanordnung mit dem wenigstens einen ersten Gelenk und dem wenigstens einen zweiten Gelenk von den axialen Seiten der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen beabstandet, die einander zugewandt sind. Der Abstand zwischen dem wenigstens einen ersten Gelenk und der dem wenigstens einen zweiten Gelenk entspricht der kardanischen Länge der wenigstens einen Gelenkanordnung. Die kardanische Länge der Kupplungsvorrichtung insgesamt wird vom Abstand zwischen der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung bestimmt. Die kardanische Länge der wenigstens einen Zentriereinrichtung kann somit kürzer als die kardanische Länge der Kupplungsvorrichtung sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann die wenigstens eine Gelenkanordnung wenigstens ein drittes Gelenk aufweisen.
Das wenigstens eine dritte Gelenk kann in axialer Richtung zwischen dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einem zweiten Gelenk angeordnet sein. Das wenigstens eine dritte Gelenk kann mit der wenigstens einen Verbindungsanordnung verbunden sein. Anders ausgedrückt kann über das wenigstens eine dritte Gelenk eine Verbindung zwischen der wenigstens einen Verbindungsanordnung und der wenigstens einen Zentriereinrichtung bzw. der wenigstens einen Gelenkanordnung der Zentriereinrichtung hergestellt werden. Das wenigstens eine dritte Gelenk kann eine Verbindung zu der wenigstens einen Verbindungsanordnung in radialer Richtung herstellen.
Die Gelenke der wenigstens einen Gelenkanordnung können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung miteinander verbunden sein. Anders ausgedrückt können das wenigstens eine erste Gelenk, das wenigstens eine zweite Gelenk und das wenigstens eine dritte Gelenk miteinander verbunden sein. Beispielsweise können die Gelenke der wenigstens einen Gelenkanordnung über ein rohrförmiges Element miteinander verbunden sein. Das wenigstens eine erste Gelenk und das wenigstens eine zweite Gelenk können in radialer Richtung innerhalb des rohrförmigen Elements angeordnet sein. Das wenigstens eine dritte Gelenk kann an der Außenumfangsfläche des wenigstens einem rohrförmigen Elements angeordnet sein. Das wenigstens eine dritte Gelenk kann sich ausgehend von wenigstens einem rohrförmigen Element in Richtung der wenigstens einen Verbindungsanordnung erstrecken, um die wenigstens eine Verbindungsanordnung radial abstützen zu können. Das wenigstens eine erste Gelenk kann mit dem wenigstens einen ersten Kopplungselement und das wenigstens eine zweite Gelenk kann mit dem wenigstens einen zweiten Kopplungselement gekoppelt sein. Die Kopplungselemente können somit eine Verbindung des ersten Flansches und des zweiten Flansches mit der wenigstens einen Gelenkanordnung herstellen, so dass die Flansche über die wenigstens eine Gelenkanordnung und die Kopplungselemente miteinander in Verbindung stehen. Das wenigstens eine erste Gelenk kann mit dem ersten Flansch und das wenigstens eine zweite Gelenk kann mit dem zweiten Flansch verbunden sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann das wenigstens eine erste Kopplungselement und das wenigstens eine zweite Kopplungselement wenigstens einen bolzenförmigen Abschnitt aufweisen, der eine Verbindung mit dem wenigstens einen ersten Gelenk und dem wenigstens einen zweiten Gelenk herstellt. Das wenigstens eine erste Kopplungselement kann mit seinem bolzenförmigen Abschnitt beispielsweise in das wenigstens eine erste Gelenk eingesteckt sein. Gleiches gilt für den bolzenförmigen Abschnitt des wenigstens einen zweiten Kopplungselements und das zweite Gelenk. Der erste Flansch und der zweite Flansch können jeweils wenigstens einen bolzenförmigen Abschnitt aufweisen, der eine Verbindung mit dem wenigstens einen ersten Gelenk und dem wenigstens einen zweiten Gelenk herstellt.
Das wenigstens eine erste Gelenk und das wenigstens eine zweite Gelenk können über wenigstens ein Verbindungselement miteinander verbunden sein. Das wenigstens eine Verbindungselement kann über das wenigstens eine dritte Gelenk mit der wenigstens einen Verbindungsanordnung verbunden sein.
Sämtliche Gelenke der wenigstens einen Gelenkanordnung können zwischen den einander zugewandten axialen Seitenflächen der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung angeordnet sein. Die Gelenke der wenigstens einen Gelenkanordnung können dabei jeweils von den fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen um einen vorbestimmten axialen Abstand beabstandet sein. Die Gelenke der wenigstens einen Gelenkanordnung und insbesondere das wenigstens eine erste Gelenk und das wenigstens eine zweite Gelenk können in axialer Richtung außerhalb der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung angeordnet sein. Falls die erste fadenverstärkte Gelenkvorrichtung und die zweite fadenverstärkten Gelenkvorrichtung eine zentrale Öffnung aufweisen, können die Gelenke der wenigstens einen fadenverstärkten Gelenkvorrichtung auch in axialer Richtung außerhalb der zentralen Öffnung angeordnet sein.
Zumindest ein Gelenk von erstem Gelenk, zweitem Gelenk und drittem Gelenk kann wenigstens eine Gelenkmembran aufweisen. Das wenigstens eine erste Gelenk, das wenigstens eine zweite Gelenk und/oder das wenigstens eine dritte Gelenk können als Membrangelenke ausgebildet sein. Ist eines der Gelenke als Membrangelenk ausgebildet, kann die wenigstens eine Membran sich in radialer Richtung zwischen der wenigstens einen Gelenkanordnung und der wenigstens einen Verbindungsanordnung erstrecken. Wird das wenigstens eine erste Gelenk und/oder das wenigstens eine zweite Gelenk als Membrangelenk ausgebildet, kann die wenigstens eine Gelenkmembran sich in radialer Richtung zwischen dem ersten oder zweiten Flansch und der wenigstens einen Gelenkanordnung erstrecken.
Zumindest eines von erstem, zweitem und drittem Gelenk kann eine Innenbuchse und eine Außenbuchse aufweisen. Die Innenbuchse kann sphärisch ausgebildet und in der Außenbuchse aufgenommen sein. Dazu weist die Außenbuchse im Querschnitt eine Wölbung auf, die zur Aufnahme der sphärischen Innenbuchse ausgebildet ist.
Die wenigstens eine Verbindungsanordnung kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Im erstgenannten Fall kann eine Mehrzahl von einteilig ausgeführten Verbindungsanordnungen mit unterschiedlicher axialer Dimensionierung zum Einpassen in den axialen Zwischenraum zwischen die beiden fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen vorgesehen sein. Alternativ dazu kann die Verbindungsanordnung mit unterschiedlich dimensionierten axialen Distanzscheiben zum Einpassen in den axialen Zwischenraum zwischen die beiden fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen koppelbar sein.
Die Einzelteile einer mehrteilig ausgeführten Verbindungsanordnung können lösbar oder unlösbar miteinander verbunden sein. Eine lösbare Verbindung kann beispielsweise über Schrauben erfolgen. Eine unlösbare Erfindung kann über stoffschlüssige Verbindungsarten, wie z. B. Schweißen, oder aber auch über Einweg-Befestigungsmittel, wie z. B. Abreißschrauben, hergestellt werden.
Die erste fadenverstärkte Gelenkvorrichtung und/oder die zweite fadenverstärkte Gelenkvorrichtung kann wenigstens einen elastischen Gelenkkörper mit einer Mehrzahl an darin eingebetteten Fadenpaketen aufweisen. Die erste fadenverstärkte Gelenkvorrichtung und/oder die zweite fadenverstärkte Gelenkvorrichtung können auch eine Anordnung von elastischen Kupplungslaschen, die jeweils wenigstens ein Fadenpaket aufweisen. Die elastischen Kupplungslaschen können ringförmig angeordnet und miteinander mit einem der Flansche und der Verbindungsanordnung verbunden werden.
Das wenigstens eine erste Gelenk und/oder das wenigstens eine zweite Gelenk können wenigstens eine Außenbuchse und wenigstens eine radial einwärts der wenigstens einen Außenbuchse angeordnete Innenbuchse aufweisen. Die wenigstens eine Außenbuchse und die wenigstens eine Innenbuchse können über wenigstens einen Elastomerkörper oder wenigstens eine Elastomerspur miteinander verbunden sein. An dem wenigstens einen Elastomerkörper oder der wenigstens einen Elastomerspur kann wenigstens eine Dichtlippe ausgebildet sein. Auch das wenigstens eine dritte Gelenk kann auf diese Weise ausgebildet sein.
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es stellen dar:
1 eine schematische perspektivische Schnittansicht einer Kupplungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Schnittansicht der Kupplungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung im ausgelenkten Zustand;
3 eine perspektivische Ansicht der Kupplungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine Schnittansicht der Kupplungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung; und
5 eine schematische perspektivische Ansicht einer Kupplungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Kupplungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Die Kupplungsvorrichtung 10 weist einen ersten Flansch 12 und einen zweiten Flansch 14 auf. Der erste Flansch 12 ist mit einer ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung 16 und der zweite Flansch 14 ist mit einer zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung 18 verbunden. Die fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 sind über eine Verbindungsanordnung 20 miteinander verbunden. Radial innerhalb der Verbindungsanordnung 20 ist eine Zentriereinrichtung 22 vorgesehen.
Die Zentriereinrichtung 22 weist eine Gelenkanordnung 24 auf. Die Gelenkanordnung 24 umfasst ein erstes Gelenk 26 und ein zweites Gelenk 28. Zwischen dem ersten Gelenk 26 und dem zweiten Gelenk 28 ist ein drittes Gelenk 30 vorgesehen. Die Gelenke 26, 28 und 30 sind über ein rohrförmiges Element 32 miteinander verbunden. Die Gelenke 26 und 28 sind an den axialen Endabschnitten des rohrförmigen Elements 32 vorgesehen und in dem rohrförmigen Element 32 aufgenommen. Das dritte Gelenk 30 ist an der Außenumfangsfläche des rohrförmigen Elements 32 angeordnet. Das dritte Gelenk 30 steht über den sich in radialer Richtung erstreckenden Abstützabschnitt 36 mit der Verbindungsanordnung 20 in Verbindung. Das dritte Gelenk 30 wird in der schematischen Darstellung gemäß 1 von einem an dem Abstützabschnitt 36 angeformten Gelenkabschnitt 38 mit einer konkaven Wölbung und einem an dem rohrförmigen Element 32 angeformten Gelenkabschnitt 40 mit einer konvexen Wölbung gebildet.
Das erste Gelenk 26 und das zweite Gelenk 28 weisen jeweils eine Außenbuchse 42 und eine Innenbuchse 44 auf. Die Innenbuchse 44 ist sphärisch ausgebildet und wird in der Außenbuchse 42 aufgenommen. Die Außenbuchse 42 weist dazu eine Durchgangsöffnung mit einer konkav gewölbten Wandung auf. Die Innenbuchsen 44 des ersten Gelenks 26 und des zweiten Gelenks 28 weisen jeweils eine Öffnung auf, in die ein Zentrierabschnitt 46, 48 eingesteckt wird. Der Zentrierabschnitt 46, 48 ist gemäß dieser Ausführungsform bolzenförmig ausgebildet. Die Zentrierabschnitte 46 und 48 sind jeweils an Kopplungselementen 50 und 52 vorgesehen bzw. ausgebildet. Die Kopplungselemente 50 und 52 sind in einer zentralen Öffnung 54, 56 der Flansche 12 und 14 aufgenommen. Die Öffnungen 54, 56 erstrecken sich durch einen rohrförmigen Abschnitt 58, 60 der Flansche 12 und 14. Die rohrförmigen Abschnitte 58 und 60 der Flansche 12 und 14 erstrecken sich ebenfalls durch eine zentrale Öffnung 62, 64 in den fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18.
Die Gelenkanordnung 24 der Zentriereinrichtung 22 ist in axialer Richtung zwischen den fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 angeordnet. Die Gelenkanordnung 24 befindet sich ebenfalls in axialer Richtung zwischen den einander zugewandten axialen Stirnseiten 66 und 68 der rohrförmigen Abschnitte 58 und 60 der Flansche 12 und 14. Die Kopplungselemente 50 und 52 können mit nicht gezeigten Wellenabschnitten verbunden sein bzw. an den nicht gezeigten Wellenabschnitten angeformt sein. Die Gelenkanordnung 24 ist in axialer Richtung außerhalb der axialen Erstreckung der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 26 und 18 angeordnet. Die Gelenke 26 und 28 der Gelenkanordnung 24 sind in axialer Richtung versetzt zu den fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 und damit ebenfalls in axialer Richtung außerhalb der fadenverstärkten Gelenkvorrichtung 16, 18 angeordnet.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht der Kupplungsvorrichtung 10 im ausgelenkten Zustand.
Diesen Zustand nimmt die Kupplungsvorrichtung 10 ein, wenn zwischen den mit den Kopplungselementen 50 und 52 verbundenen Wellenabschnitten (nicht gezeigt) ein radialer Versatz und/oder ein Winkelversatz vorliegt. Ein derartiger Versatz kann mit der Kupplungsvorrichtung 10 kompensiert werden. Ferner kann mit der Kupplungsvorrichtung 10 auch ein Axialversatz zwischen zwei zu verbindenden Wellenabschnitten ausgeglichen werden.
Die Zentriereinrichtung 22 mit ihrer Gelenkanordnung 24 ist dazu vorgesehen, die Verbindungsanordnung 20 in radialer Richtung abzustützen. Dadurch können dynamische Unwuchten reduziert und Taumelbewegungen der Verbindungsanordnung 20 verhindert werden.
Durch den radialen Versatz zwischen den zu verbindenden Wellenabschnitten (nicht gezeigt) bzw. den an den Wellenabschnitten angeordneten Kopplungselementen 50 und 52 werden die fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 kardanisch belastet und weisen dementsprechend in einem solchen Belastungszustand einen Beugewinkel auf. Aufgrund des aus dem Radialversatz resultierenden Beugewinkels verläuft die Verbindungsanordnung 20 schräg bzw. geneigt zwischen den beiden fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18. Auch das rohrförmige Element 32 der Gelenkanordnung 24 verläuft geneigt zwischen dem ersten Gelenk 26 und dem zweiten Gelenk 28. Das rohrförmige Element 28 koppelt die Gelenke 26, 28 und 30 mit den Kopplungselementen 50 und 52 an den Flanschen 12 und 14.
In 2 sind schematisch die Beugepunkte BG₁ und BG₂ der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 eingezeichnet. Die Beugepunkte BG₁ und BG₂ liegen auf der Mittelachse der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16, 18 und innerhalb der axialen Erstreckung der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18. Die Gelenke 26 und 28 sind in axialer Richtung versetzt zu den Beugepunkte BG₁ und BG₂ der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 angeordnet. Die Gelenke 26 und 28 befinden sich damit außerhalb der axialen Erstreckung der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18.
Die Zentriereinrichtung 22 mit ihrer Gelenkanordnung 24 hat folgende Funktionsweise: Die beiden fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16, 18 können beispielsweise in dem in 2 gezeigten Zustand ein Beugewinkel von einem Grad aufweisen. Der Beugewinkel entspricht dem in 2 eingezeichnetem Winkel β.
Da die Gelenkanordnung 24 zwischen den beiden fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 angeordnet ist, weist die Gelenkanordnung 24 eine geringere kardanische Länge auf. Die kardanische Länge der Gelenkanordnung 24 wird von dem axialen Abstand zwischen dem Gelenk 26 und dem Gelenk 28 bestimmt. Die kardanische Länge der Kupplungsvorrichtung 10 wird von dem axialen Abstand der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 bestimmt. Im Detail bedeutet dies, dass der Abstand in axialer Richtung zwischen den beiden Gelenken 26 und 28 geringer als der Abstand der beiden fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 ist. Die beiden mit den Zentrierzapfen 46 und 48 gekoppelten Gelenke 26 und 28 weisen auf Grund ihrer geringeren kardanischen Länge einen Beugewinkel von beispielsweise 3° auf. Der Beugewinkel der Gelenke 26 und 28 ist in 2 als Winkel α bezeichnet und eingetragen.
Das Gelenk 30, das die Verbindungsanordnung 22 mit der Gelenkanordnung 24 bzw. dem rohrförmigen Element 32 zur radialen Abstützung der Verbindungsanordnung 20 verbindet, muss dementsprechend eine Winkeldifferenz von 2° ausgleichen. Dies wird dadurch deutlich, dass die Verbindungsanordnung 22 nicht parallel zu dem Rohrelement 32 der Gelenkanordnung 24 verläuft. Das Rohrelement 32 der Gelenkanordnung 24 erstreckt sich steiler bzw. schräger zwischen den beiden Zentrierzapfen 46 und 28 als die Verbindungsanordnung 22 zwischen den beiden fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Kupplungsvorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Der Flansch 12 ist über die Befestigungsmittel 70 mit der fadenverstärkten Gelenkvorrichtung 16 verbunden. Die Befestigungsmittel 70 können Schrauben sein. Die Schrauben 70 werden in Öffnungen 72 in den Flansch 12 eingeschraubt. Die fadenverstärkten Gelenkvorrichtung 16 wiederum ist über die Befestigungsmittel in Form von Schrauben 74 mit der Verbindungsanordnung 22 verschraubt. Die Verbindungsanordnung 22 ist über Befestigungsmittel 76 mit der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung 18 verschraubt. Die Befestigungsmittel 76 können ebenfalls Schrauben sein. Die fadenverstärkte Gelenkvorrichtung 18 ist wiederum über die Befestigungsmittel 78 in Form von Schrauben mit dem zweiten Flansch 14 verschraubt.
Die Verbindungsanordnung 22 weist Befestigungsabschnitte 80 auf, in die die Schrauben 74, 76 zur Verbindung der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 eingeschraubt werden können. Die Befestigungsabschnitte 80 sind über gewölbte Abschnitte 82 miteinander verbunden. Die Verbindungsanordnung 20 umgibt die in 3 nicht gezeigte Zentriereinrichtung radial bzw. umschließt die Zentriereinrichtung radial. Die Verbindungsanordnung 20 nimmt bei dieser Ausführungsform die Zentriereinrichtung 22 auf.
4 zeigt eine Schnittansicht der Kupplungsvorrichtung 10 gemäß 3.
Die Kupplungsvorrichtung 10 umfasst einen ersten Flansch 12 und einen zweiten Flansch 14. Der erste Flansch 12 und der zweite Flansch 14 sind über die fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16, 18 und die Verbindungsanordnung 20 miteinander verbunden.
Die Verbindungsanordnung 20 umgibt radial die Zentriereinrichtung 22. Die Zentriereinrichtung 22 weist eine Gelenkanordnung 24 auf, die von drei Gelenken 26, 28 und 30 gebildet wird. Die Gelenke 26 und 30 sind in einem rohrförmigen Element 32 aufgenommen, das die Gelenke 26 und 28 miteinander verbindet. Die Gelenke 26 und 28 nehmen mit ihrer Innenbuchse 44 jeweils einen Zentrierbolzen 46, 48 der Kopplungselemente 50 und 52 auf. Die Kopplungselemente 50 und 52 sind in zentralen Öffnungen 54 und 56 der rohrförmigen Abschnitte 58 und 60 der Flansche 12 und 14 aufgenommen. Die Zentrierbolzen 46, 48 der Kopplungselemente 50, 52 stehen über die Gelenke 26, 28 und das rohrförmige Element 32 miteinander in Verbindung.
In Richtung der Längsachse L der Kupplungsvorrichtung 10 ist zwischen den Gelenken 26 und 28 ein drittes Gelenk 30 vorgesehen. Das Gelenk 30 weist eine Außenbuchse 84 und eine Innenbuchse 86 auf. Die Innenbuchse 86 des Gelenks 30 ist an der Außenumfangsfläche des rohrförmigen Elements 32 vorgesehen und weist eine konvexe Wölbung auf. Die Innenbuchse 86 ist in einer Außenbuchse 84 mit einer Öffnung aufgenommen, die eine konkave Wandung aufweist. Die Außenbuchse 84 steht in Kontakt mit einem Abstützabschnitt 36 der Verbindungsanordnung 22. Die Verbindungsanordnung 22 kann sich somit über den Abstützabschnitt 36 und das Gelenk 30 an der Gelenkanordnung 24 radial abstützen. Die Gelenkanordnung 24 ist zwischen den einander zugewandten axialen Seiten 88 und 90 der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 angeordnet. Zwischen den axialen Seiten 88 und 90 der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 und der Gelenkanordnung 24 liegt ein vorbestimmter axialer Abstand A₁ und A₂ vor. Die Gelenke 24 und 26 sind somit in axialer Richtung außerhalb der axialen Erstreckung der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 angeordnet. Der Abstand zwischen den Gelenken 26 und 28 in axialer Richtung ist kleiner als der Abstand zwischen den fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18. Die fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 weisen jeweils einen Gelenkpunkt G₁ und G₂ auf. Auch die Gelenke 26 und 28 weisen Gelenkpunkte G₃ und G₄ auf. Um die Gelenkpunkte G₁, G₂, G₃ und G₄ finden jeweils die Gelenkbewegungen der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16, 18 und der Gelenke 26, 28 statt. Der Gelenkpunkt G₁ der fadenverstärkten Gelenkvorrichtung 16 ist um den Abstand A₃ in axialer Richtung von dem Gelenkpunkt G₃ des Gelenks 26 beabstandet. In gleicher Weise ist der Gelenkpunkt G₂ der fadenverstärkten Gelenkvorrichtung 18 um den Abstand A₄ in axialer Richtung von dem Gelenkpunkt G₄ des Gelenks 28 beabstandet. Die Gelenkpunkte G₃ und G₄ befinden sich somit in axialer Richtung außerhalb der axialen Erstreckung der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16, 18, d. h. in axialer Richtung zwischen den beiden fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16, 18.
Die Verbindungsanordnung 20 umgibt die Gelenkanordnung 24 radial. Die Verbindungsanordnung 20 weist Befestigungsabschnitte 80 und die die Befestigungsabschnitte 80 verbindenden Verbindungsabschnitte 82. Der Abstützabschnitt 36 erstreckt sich in radialer Richtung zwischen dem Lager 30 und den Befestigungsabschnitten 80 sowie den Verbindungsabschnitten 82. Zur Verbindung der fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 mit der Verbindungsanordnung 20 werden Schrauben 74, 76 in die Befestigungsabschnitte 80 der Verbindungsanordnung eingeschraubt. Dazu weisen die Befestigungsabschnitte 80 eine größere radiale Dicke auf als die Verbindungsabschnitte 82.
Die fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 weisen Fadenpakete 92 auf, die über Kragen 94 axial an Buchsen 96 gesichert werden. Die Fadenpakete 92, die Rundelemente 94 und die Buchsen 96 werden zumindest abschnittsweise in eine gummielastische Ummantelung 98 eingebettet.
Die Gelenke 26 und 28 stützen sich mit ihrer Außenbuchse 42 an einem Absatz 100 des rohrförmigen Elements 32 der Gelenkanordnung 24 in axialer Richtung ab. An den entgegengesetzten axialen Enden der Gelenke 26 und 28 ist jeweils ein Sicherungsring 102 vorgesehen. Die Innenbuchse 86 des dritten Gelenks 30 stützt sich in axialer Richtung an einem radial vorstehenden Vorsprung 104 an dem rohrförmigen Element 32 und mit ihrem anderen Endabschnitt an einem Sicherungsring 106 ab. Die Außenbuchse 84 des dritten Gelenks 30 stützt sich an einer Schulter 108 und an einem Sicherungsring 110 ab.
Zwischen den Gelenken 26 und 28 wird die kardanische Länge der Gelenkanordnung 24 festgelegt. In ähnlicher Weise wird zwischen den fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 die kardanische Länge der Kupplungsvorrichtung 10 festgelegt.
5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Kupplungsvorrichtung 1000 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die Kupplungsvorrichtung 1000 weist einen ersten Flansch 12, einen zweiten Flansch 14, eine erste fadenverstärkte Gelenkvorrichtung 16 und eine zweite fadenverstärkten Gelenkvorrichtung 18 auf. Die fadenverstärkten Gelenkvorrichtungen 16 und 18 sind über eine Verbindungsanordnung 20 miteinander verbunden. Die Verbindungsanordnung 20 nimmt eine Gelenkanordnung 24 auf. Die Gelenkanordnung 24 weist ein erstes Gelenk 26 und ein zweites Gelenk 28 auf. Zwischen dem ersten Gelenk 26 und dem zweiten Gelenk 28 ist ein drittes Gelenk 30 vorgesehen. Die Gelenke 26, 28 und 30 sind über ein rohrförmiges Element 32 miteinander verbunden.
Das dritte Gelenk 30 gemäß dieser Ausführungsform wird von einem Membrangelenk gebildet. Das Membrangelenk 30 weist eine Gelenkmembran 112 auf, die sich in radialer Richtung erstreckt und die Gelenkanordnung 24 mit der Verbindungsanordnung 22 verbindet. Die Gelenkmembran 112 erstreckt sich radial zwischen der Außenumfangsfläche des rohrförmigen Elements 32 und der Verbindungsanordnung 20.
Die Gelenkmembran 112 ist in radialer Richtung steif aber axialweich und beugeweich. Über die Gelenkmembran 112 kann sich die Verbindungsanordnung 22 radial an der Gelenkanordnung 24 abstützen. Auf diese Weise können dynamische Unwuchten reduziert und Taumelbewegungen der Verbindungsanordnung 20 verhindert werden.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Kupplungsvorrichtung bereit, bei der aufgrund der radialen Abstützung der Verbindungsanordnung über die Zentriereinrichtung mit einer Gelenkanordnung allenfalls geringfügig Unwuchten auftreten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19854798 C1 [0003]
WO 2004/097239 A1 [0004]

Claims

Kupplungsvorrichtung (10) zum Verbinden zweier Wellenabschnitte, insbesondere für Industrieanwendungen, mit – einem ersten Flansch (12) zum Verbinden mit einem ersten Wellenabschnitt, – einem zweiten Flansch (14) zum Verbinden mit einem zweiten Wellenabschnitt, – wenigstens einer ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung (16), die mit dem ersten Flansch (12) verbindbar ist, – wenigstens einer zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung (18), die mit dem zweiten Flansch (14) verbindbar ist, – wenigstens einer Verbindungsanordnung (20), die die erste fadenverstärkte Gelenkvorrichtung (16) und die zweite fadenverstärkte Gelenkvorrichtung (18) miteinander verbindet, und – wenigstens einer Zentriereinrichtung (22) zum radialen Abstützen der wenigstens einen Verbindungsanordnung (20), wobei die wenigstens eine Zentriereinrichtung (22) wenigstens eine Gelenkanordnung (22) aufweist, die in axialer Richtung zwischen der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung (16) und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung (18) angeordnet ist.
Kupplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Gelenkanordnung (24) in axialer Richtung jeweils einen vorbestimmten Abstand (A₁, A₂) der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung (16) und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung (18) aufweist.
Kupplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wenigstens eine Gelenkanordnung (20) zwischen einander zugewandten axialen Endflächen (66, 68) des ersten Flanschs (12) und des zweiten Flanschs (14) angeordnet ist.
Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die wenigstens eine Gelenkanordnung (24) zwischen einander zugewandten axialen Seiten (88, 90) der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung (16) und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung (18) angeordnet ist.
Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei dem ersten Flansch (12) wenigstens ein erstes Kopplungselement (50) und dem zweiten Flansch (14) wenigstens ein zweites Kopplungselement (52) zum Koppeln des ersten Flanschs (12) und des zweiten Flanschs (14) mit der wenigstens einen Gelenkanordnung (24) zugeordnet ist.
Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die wenigstens eine Gelenkanordnung (24) wenigstens ein erstes Gelenk (26) und wenigstens ein zweites Gelenk (28) aufweist.
Kupplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei der Abstand zwischen dem wenigstens einen ersten Gelenk (26) und dem wenigstens einen zweiten Gelenk (28) in axialer Richtung kleiner ist als der Abstand zwischen der ersten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung (16) und der zweiten fadenverstärkten Gelenkvorrichtung (18).
Kupplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die wenigstens eine Gelenkanordnung (24) wenigstens ein drittes Gelenk (30) aufweist.
Kupplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei das wenigstens eine dritte Gelenk (30) in axialer Richtung zwischen dem wenigstens einen ersten Gelenk (26) und dem wenigstens einen zweiten Gelenk (28) angeordnet ist.
Kupplungsvorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das wenigstens eine dritte Gelenk (30) mit der wenigstens einen Verbindungsanordnung (20) zu deren radialer Abstützung verbunden ist.
Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Gelenke (26, 28, 30) der wenigstens einen Gelenkanordnung (24) miteinander verbunden sind.
Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei das wenigstens eine erste Gelenk (26) mit dem wenigstens einen ersten Kopplungselement (50) und das wenigstens eine zweite Gelenk (28) mit dem wenigstens einen zweiten Kopplungselement (52) verbunden ist, oder wobei das wenigstens eine erste Gelenk (26) mit dem ersten Flansch (12) und das wenigstens eine zweite Gelenk (28) mit dem zweiten Flansch (14) verbunden ist.
Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, wobei das wenigstens eine erste Kopplungselement (50) und das wenigstens eine zweite Kopplungselement (52) wenigstens einen bolzenförmigen Abschnitt aufweisen, der eine Verbindung mit dem wenigstens einen ersten Gelenk (26) und dem wenigstens einen zweiten Gelenk (28) herstellt, oder wobei der erste Flansch (12) und der zweite Flansch (14) wenigstens einen bolzenförmigen Abschnitt aufweisen, der eine Verbindung mit dem wenigstens einen ersten Gelenk (26) und dem wenigstens einen zweiten Gelenk (28) herstellt.
Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das wenigstens eine erste Gelenk (26) und das wenigstens eine zweite Gelenk (28) über wenigstens ein Verbindungselement (32) miteinander verbunden sind, wobei das wenigstens eine Verbindungselement (32) über das wenigstens eine dritte Gelenk (30) mit der wenigstens einen Verbindungsanordnung (20) verbunden ist.
Kupplungsvorrichtung (1000) nach einem der Ansprüche 6 bis 14, wobei zumindest eines von erstem, zweitem und drittem Gelenk (26, 28, 30) wenigstens eine Gelenkmembran (112) aufweist.
Kupplungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 15, wobei zumindest eines von erstem, zweitem und drittem Gelenk (26, 28, 30) eine Innenbuchse (44, 86) und eine Außenbuchse (42, 84) aufweist, wobei die Innenbuchse (44, 86) sphärisch ausgebildet und in der Außenbuchse (42, 84) aufgenommen ist.