DE102022001584A1

DE102022001584A1 - Drehsteife biegeelastische Wellenkupplung für hohe Drehzahlen

Info

Publication number: DE102022001584A1
Application number: DE102022001584.6A
Authority: DE
Inventors: Günter Hable; Daniel Brecheisen
Original assignee: Chr Mayr GmbH and Co KG
Current assignee: Chr Mayr GmbH and Co KG
Priority date: 2022-05-05
Filing date: 2022-05-05
Publication date: 2023-11-09
Also published as: WO2023213980A1

Abstract

Drehsteife, biegeelastische Kupplung (K1, K2, K2), insbesondere für hohe Drehzahlen, zur Übertragung von Drehmomenten zwischen axial benachbarten Wellen oder Flanschen (3), insbesondere Wellen oder Flanschen (3) mit gegeneinander axial, winkelig oder lateral versetzten Mittelachsen (A), wobei die Drehmomentübertragung über Lamellenpakete (1) erfolgt, die über Schrauben (2.1) und Schraubenmuttern (2.2) auf einem Teilkreis mit entsprechenden Anschlussteilen verbunden sind. Die Kupplung zeichnet sich zur Vermeidung von Luftverwirbelungen und damit verbundenen Geräuschen und Leistungsverlusten durch eine geschlossene Bauweise mit einer durchgehenden Außenkontur (AK) aus. Dazu sind die Schrauben (2.1) und Schraubenmuttern (2.2) weitgehend im Inneren der Kupplung eingebettet und zur Erleichterung der Montage sind die Köpfe der Schrauben (2.1) oder die Schraubenmuttern (2.2) in entsprechenden Mitnehmernuten (3.2, 4.2, 5.2) formschlüssig drehfixiert. Die den drehfixierten Geometrien der Schraubenköpfe (2.1) oder Schraubenmuttern (2.2) gegenüberliegenden Enden der Schrauben (2.1) liegen mit ausreichend Freiraum in numerisch optimierten, vorzugsweise oval oder elliptisch geformten Ausnehmungen (3.3, 4.3, 5.3). Zur Steigerung der Dynamik des Antriebsstrangs und zur Anpassung der Kupplung an hohe Drehzahlen wird vorgeschlagen, die Kupplung oder Teile davon aus speziellen Leichtbauwerkstoffen auszuführen.

Description

Im Bereich der Antriebstechnik haben sich Wellenkupplungen als gängiges Maschinenelement zur Drehmomentübertragung zwischen benachbarten Aggregaten von Antriebssträngen bewährt. Diese Wellenkupplungen müssen dabei in der Lage sein, laterale, axiale und winkelige Verlagerungen zwischen einer antreibenden und einer angetriebenen Welle auszugleichen.
Solche Wellenkupplungen werden in der Praxis häufig mit wechselnden Drehrichtungen oder hohen Drehmomentspitzen betrieben, weshalb diese Wellenkupplungen dann bevorzugt verdrehspielfrei ausgeführt werden. Außerdem müssen diese Wellenkupplungen in zunehmendem Maß höchste Leistungen übertragen, wobei diese Leistungsanforderungen durch gesteigerte Drehmomente der Wellenkupplungen und in zunehmendem Maß durch eine Steigerung der realisierten Drehzahlen erfüllt werden.
Diese erhöhten Anforderungen muss sowohl die Anbindung der Wellenkupplung an die Wellen der zu verbindenden Aggregate als auch die Gestaltung der drehmomentübertragenden Bauteile der Wellenkupplung selbst erfüllen.
Nach dem Stand der Technik sind für die verdrehspielfreie Drehmomentübertragung Wellenkupplungen auf Basis von Stahl-Lamellen bekannt, wie sie im Patent DE 197 09 950 B4 der Anmelderin beschrieben werden.
Bei derartigen Wellenkupplungen wird die Verdrehspielfreiheit dadurch erreicht, dass fest mit den Stahl-Lamellen verbundene Bundbuchsen über speziell gestaltete Geometrien mit korrespondierenden Ausnehmungen der Naben verbunden werden.
Die Anbindung an die Wellen der zu verbindenden Aggregate erfolgt bevorzugt durch reibschlüssige Systeme wie beispielsweise Konusbuchsen, Klemmringnaben, Klemmnaben, Spannringnaben oder Schrumpfscheiben.
Diese Wellenkupplungen mit Stahl-Lamellen nach dem Stand der Technik sind in der Lage, im Bereich der Lamellen hohe Verlagerungen auszugleichen, allerdings ist die Leistungsdichte der Kupplungen begrenzt.
Zur weiteren Steigerung der Leistungsdichte derartiger Wellenkupplungen wurden Maßnahmen im Bereich der Anbindung zwischen Bundbuchsen und Kupplungsnaben entwickelt wie diese im Patent EP 1 989 456 B1 ebenfalls der Anmelderin offenbart sind.
Durch die in dem Patent vorgeschlagenen Maßnahmen kann das durch die Wellenkupplung übertragbare Drehmoment deutlich gesteigert werden.
Weitere wesentliche Steigerungen der Leistungsdichte von Antrieben unter Verwendung der Wellenkupplungen nach dem Stand der Technik sind in erster Linie durch Zuwächse bei den realisierten Drehzahlen möglich.
Durch die radial offene Bauweise, vor allem im Bereich der Nabenausnehmungen für die Köpfe der Befestigungsschrauben oder der Schraubenmuttern sind Wellenkupplungen nach dem zitierten Stand der Technik nur bedingt für diese hohen Drehzahlen geeignet. Bei höheren Drehzahlen bilden sich an den Nabenausnehmungen Luftwirbel, die im Betrieb der Wellenkupplung zu unerwünschten Geräuschen und Leistungsverlusten führen.
Außerdem können axial oder radial überstehende Köpfe von Schrauben oder Schraubenmuttern entsprechende Geräusche und Leistungsverluste hervorrufen.
Weiterhin weisen Wellenkupplungen nach dem Stand der Technik durch die bevorzugte Verwendung von Stahlwerkstoffen eine hohe Masse und Massenträgheit auf, wodurch die Dynamik von schnell laufenden Antrieben mit derartigen Wellenkupplungen eingeschränkt ist.
Letztlich wirken auf die Bauteile der Wellenkupplungen bei hohen Drehzahlen zusätzliche überlagerte Kräfte, beispielsweise Zentrifugalkräfte, die mit den Wellenkupplungen nach dem Stand der Technik nicht oder nur unzureichend beherrschbar sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine Wellenkupplung für hohe Drehzahlen vorzustellen, die die vorgenannten Nachteile nicht hat:

- Vermeidung störender Ventilations-Geräusche und Leistungsverluste.
- Steigerung der Widerstandsfähigkeit der Wellenkupplung gegenüber hohen Drehzahlen.
- Reduzierung der Massenträgheit der Wellenkupplung.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die radial offene Bauweise im Bereich der Ausnehmungen für einen ungehinderten Zugang von Schraubwerkzeugen zu den Köpfen der Befestigungsschrauben oder den Schraubenmuttern durch eine geschlossene Bauweise ersetzt wird, bei der die Außenkontur der Kupplung über durchgehende, ununterbrochene Zylindermantelflächen der Kupplungsteile definiert wird und bei der die Köpfe der Befestigungsschrauben oder die Schraubenmuttern in axial gerichteten, radial geschlossenen Ausnehmungen der Flanschbauteile der Kupplung liegen.
Diese Flansche können Bestandteile der Naben auf der Antriebs- oder Abtriebsseite sein. Genauso können die Enden von Kupplungs-Zwischenhülsen oder Verbindungsplatten durch solche Flansche gebildet werden.
Die axial gerichteten Ausnehmungen zur Aufnahme der Köpfe der Befestigungsschrauben oder der Schraubenmuttern können als einfache zylindrische Bohrungen oder alternativ als Ausnehmungen mit ovalem oder elliptischem Querschnitt ausgeführt sein, die hinsichtlich Werkstoffspannungen und/oder Geräuschentwicklung optimiert sind.
Als weitere Maßnahme zur Geräuschreduzierung können bisher überstehende Köpfe von Schrauben oder Schraubenmuttern in geeigneten nutenförmigen Ausnehmungen der Kupplungsteile, beispielsweise Kupplungsnaben, eingebettet werden, vorzugsweise in einer Weise, dass zwischen den Köpfen der Schrauben oder den Schraubenmuttern und den nutenförmigen Ausnehmungen ein Formschluss entsteht, so dass sich beim Anziehen der Schrauben das Gegenhalten mit einem Schraubwerkzeug erübrigt.
Die beschriebene formschlüssige Einbettung der Schraubenköpfe ist außerdem noch deswegen vorteilhaft oder sogar notwendig, weil durch die radial geschlossene Bauweise der Kupplung die Köpfe der Schrauben oder die Schraubenmuttern für ein Gegenhalten mit geeigneten Schraubwerkzeugen nicht oder nur noch eingeschränkt zugänglich sind. Alternativ zur formschlüssigen Einbettung der Schraubenköpfe oder Muttern können auch direkt an den Kupplungsteilen Einschraubgewinde vorgesehen werden, die jedoch durch die vor allem bei Leichtbauwerkstoffen erforderlichen großen Einschraubtiefen zu einer nachteiligen Vergrößerung des erforderlichen axialen Bauraums für die gesamte Kupplung führen.
Zur Reduzierung der Massenträgheit der Wellenkupplung und/oder zur Verbesserung der Eignung der Wellenkupplung für hohe Drehzahlen können Wanddicken und Durchmesser der Kupplungsbauteile auf Basis numerischer Berechnungen optimiert und an geeigneter Stelle mit massereduzierenden Ausnehmungen versehen werden.
Gleichermaßen können bisher verwendete Stahlwerkstoffe bei hierfür geeigneten Bauteilen der Wellenkupplung durch Leichtbauwerkstoffe, beispielweise Titan- oder Aluminiumlegierungen oder Faserverbundwerkstoffe ersetzt werden.
Auch Verbindungsteile wie Schrauben, Scheiben und Schraubenmuttern können in vorteilhafter Weise aus Leichtbauwerkstoffen hergestellt werden oder es werden geeignete masseoptimierte Normteile aus der Luft- und Raumfahrttechnik verwendet.
Weitere Merkmale der Erfindung sowie detaillierte Informationen über mögliche Ausführungsformen und die technische Gestaltung der erfindungsgemäßen Kupplung sind den nachstehenden Beschreibungen der Darstellungen in 1 bis 3 und den Patentansprüchen zu entnehmen.
Es zeigen:

1 eine Vorderansicht, einen Schnitt A-A und ein Detail B einer ersten erfindungsgemäßen Wellenkupplung auf Basis von Stahl-Lamellen in Eingelenk-Bauweise mit beidseitigen Verbindungsflanschen.
2 eine Seitenansicht im Vollschnitt und einen Schnitt C-C einer zweiten erfindungsgemäßen Wellenkupplung auf Basis von Stahl-Lamellen in Zweigelenk-Bauweise mit Verbindungsplatte und mit Welle-Nabe-Verbindung durch Schrumpfscheiben.
3 eine Seitenansicht im Vollschnitt und einen Schnitt D-D einer dritten erfindungsgemäßen Wellenkupplung auf Basis von Stahl-Lamellen in Zweigelenk-Bauweise mit Zwischenhülse und mit Welle-Nabe-Verbindung durch Spannringnaben.

In 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen ersten Kupplung (K1) mit einer Vorderansicht, einem Schnitt A-A und einem Detail B dargestellt.
Die erste Kupplung (K1) ist als sogenannte Eingelenk-Kupplung ausgeführt, die aus zwei Flanschen (3) besteht, wobei die beiden Flansche (3) durch ein Lamellenpaket (1) drehmomentübertragend verbunden sind.
Das Lamellenpaket (1) ist dabei aus mehreren dünnen, vorzugsweise aus Federstahlblech bestehenden Federlamellen (1.1) aufgebaut, die auf einem Teilkreis über mehrere in Umfangsrichtung gleich beabstandete Axialbohrungen verfügen, an denen die Federlamellen (1.1) mittels durchgesteckter Bundbuchsen (1.2) und aufgesetzter Ringe (1.3) miteinander verbunden sind.
Das Lamellenpaket (1) ist in Umfangsrichtung im Bereich der Bundbuchsen (1.2) und Ringe (1.3) durch Schrauben (2.1) und Schraubenmuttern (2.2) über Flanschbohrungen (3.1) abwechselnd mit dem ersten und dem zweiten Flansch (3) verschraubt, wobei jede Bundbuchse (1.2) in einer entsprechenden Ausnehmung an der jeweiligen Flanschbohrung (3.1) liegt.
Die beiden Flansche (3) weisen eine geschlossene Bauweise auf, so dass sich eine wie in 1 dargestellte zylindrische Außenkontur (AK) der Kupplung (K1) mit durchgehenden Zylindermantelflächen ohne Unterbrechungen am Außenumfang ohne radial oder axial überstehende Bauteile ergibt.
Dadurch entstehen auch bei sehr hohen Drehzahlen der ersten Kupplung (K1) keine unerwünschten Luftwirbel und damit keine lauten Geräusche und keine durch Luftwirbel verursachten Leistungsverluste.
Schrauben (2.1) und Schraubenmuttern (2.2) liegen bei der ersten Kupplung (K1) in entsprechenden Ausnehmungen, wobei die als Sechskantschrauben ausgeführten Schrauben (2.1) mit den Schraubenköpfen formschlüssig drehfixiert in Flanschmitnehmernuten (3.2) mit rechteckigem Grundquerschnitt und die Schraubenmuttern (2.2) mit ausreichendem Freiraum in Flanschausnehmungen (3.3) liegen.
Ausreichender Freiraum ist dann gegeben, wenn es unter allen regulären Betriebsbedingungen der Kupplung zu keiner Berührung zwischen den Flanschausnehmungen (3.3) und den Schraubenmuttern (2.2) oder anderen Teilen der Kupplung (K1) kommt.
Alternativ zur sechseckigen Form können die Köpfe der Schrauben (2.1) auch jede andere polygonale Form aufweisen, die sich in den Flanschmitnehmernuten (3.2) oder den Nuten anderer Bauteile formschlüssig drehfixieren lässt.
Die dargestellten und beschriebenen Flanschausnehmungen (3.3) können einen elliptischen oder ovalen Grundquerschnitt aufweisen, durch den bei hohen Drehzahlen die Werkstoffspannungen in den Flanschen (3) minimiert werden. Es hat sich bei elliptischen Flanschausnehmungen eine Form als besonders günstig erwiesen, bei der die Länge der Ellipse in Umfangsrichtung zwischen dem 1,2fachen und 2,5fachen Wert der radial gerichteten Breite der Ellipse liegt.
Die erste Kupplung K1 ist bauartbedingt in der Lage, hauptsächlich parallel zur Mittelachse (A) gerichtete Axialverlagerungen und Winkelverlagerungen zwischen den beiden Flanschen (3) auszugleichen.
Durch die auch in geringem Maße vorhandene radiale Elastizität des Lamellenpakets (1) quer zur Mittelachse (A) können auch in geringem Umfang radiale Verlagerungen ausgeglichen werden.
In der Praxis werden die beiden Flansche (3) direkt oder über angepasste Naben mittels nichtdargestellter Schrauben über Flanschgewinde (3.4) mit den Wellen von Antrieb und Abtrieb verbunden.
2 stellt mit einer geschnittenen Seitenansicht und einem Schnitt C-C eine erfindungsgemäße zweite Kupplung (K2) dar, die als sogenannte Zweigelenk-Kupplung mit zwei Lamellenpaketen (1), zwei Schrumpfscheibennaben (6), zwei Flanschen (3) und einer axial zwischen den Flanschen (3) und den Lamellenpaketen (1) liegenden Verbindungsplatte (4) ausgeführt ist.
Die Lamellenpakete (1) sind wie bei der ersten Kupplung (K1) aus mehreren Federlamellen (1.1), Bundbuchsen (1.2) und Ringen (1.3) aufgebaut.
Das in der linken Schnittansicht links dargestellte Lamellenpaket (1) ist durch Schrauben (2.1) und Schraubenmuttern (2.2) in Umfangsrichtung abwechselnd über Plattenbohrungen (4.1) mit der Verbindungsplatte (4) und über Flanschbohrungen (3.1) mit dem links dargestellten Flansch (3) verschraubt.
Analog ist das in der linken Schnittansicht rechts dargestellte Lamellenpaket (1) über Schrauben (2.1) und Schraubenmuttern (2.2) in Umfangsrichtung abwechselnd mit der Verbindungsplatte (4) und dem rechts dargestellten Flansch (3) verschraubt.
Durch die beiden in Richtung der Mittelachse (A) um ein Abstandsmaß (D) beabstandeten Lamellenpakete (1) verfügt die zweite Kupplung (K2) über zwei Ausgleichsebenen und kann somit Axial- und Winkelverlagerungen und gegenüber der vorgestellten ersten Kupplung (K1) erhöhte Lateralverlagerungen zwischen Antrieb und Abtrieb ausgleichen.
Zur Verbindung mit einer ersten und einer zweiten Welle sind der links und der rechts dargestellte Flansch (3) durch Befestigungsschrauben (6.1) mit Schrumpfscheibennaben (6) verbunden. Auf zylindrischen Absätzen der Schrumpfscheibennaben (6) sind Schrumpfscheiben (6.2) platziert, die jeweils aus einem ersten Konus-Außenring (6.4), einem zweiten Konus-Außenring (6.5) und einem Konus-Innenring (6.6) bestehen.
Durch Anziehen der auf einem Teilkreis um die Mittelachse (A) angeordneten Spannschrauben (6.3) führen der erste Konus-Außenring (6.4) und der zweite Konus-Außenring (6.5) eine parallel zur Mittelachse (A) verlaufende, gegeneinander gerichtete Bewegung aus, wodurch der Konus-Innenring (6.6) radial zur Mittelachse (A) hin verformt wird und einen radialen Fugendruck auf die Schrumpfscheibennabe (6) und die darin befindliche nicht dargestellte Welle ausübt und wodurch letztlich eine spielfreie reibschlüssige Drehmomentübertragung zwischen der Schrumpfscheibennabe (6) und der nicht dargestellten Welle erfolgt.
Es versteht sich von selbst, dass alternativ zu den dargestellten und beschriebenen Schrumpfscheiben (6.2) jede Art handelsüblicher Schrumpfscheiben verwendet werden kann.
Alle Teile der dargestellten zweiten Kupplung (K2) weisen zur Vermeidung unerwünschter Geräusche im Bereich der Außenkontur (AK) eine geschlossene Bauweise mit durchgehenden Zylindermantelflächen ohne Unterbrechungen auf.
Die Schrauben (2.1) und Schraubenmuttern (2.2) sind vollständig im Inneren der Kupplung eingebettet.
Dabei liegen die als Sechskantschrauben ausgeführten Schrauben (2.1) mit ihren Schraubenköpfen formschlüssig drehfixiert in Flanschmitnehmernuten (3.2) der Flansche (3) und in Plattenmitnehmernuten (4.2) der Verbindungsplatte (4).
Die Schraubenmuttern (2.2) liegen mit ausreichendem Freiraum berührungslos in Flanschausnehmungen (3.3) der Flansche (3) und in Plattenausnehmungen (4.3) der Verbindungsplatte (4), wobei die Ausnehmungen vorzugsweise mit elliptischem Querschnitt ausgeführt sind.
Es ist technisch auch denkbar, dass die Schrauben (2.1) und Schraubenmuttern (2.2) funktional so umgedreht werden, dass die Köpfe der Schrauben (2.1) mit ausreichend Freiraum in den bevorzugt elliptisch ausgeführten Ausnehmungen (3.3, 4.3) der Flansche (3) und der Verbindungsplatte (4) liegen und die Schraubenmuttern (2.2) formschlüssig in den Mitnehmernuten (3.2, 4.2) der Flansche (3) und der Verbindungsplatte (4) eingebettet sind.
Auch die Köpfe der Spannschrauben (6.3) an den Schrumpfscheiben (6.2) können wie dargestellt durch Flachsenkungen ohne axialen Überstand in den zweiten Konus-Außenring (6.5) eingebettet sein, wodurch sie nur unwesentliche Luftwirbel erzeugen.
Alternativ zu der in 2 gezeigten zweiten Kupplung (K2) ist es auch möglich, auf die Flansche (3) ganz zu verzichten und die Schrumpfscheibennaben (6) direkt mittels Schrauben (2.1) und Schraubenmuttern (2.2) mit den Lamellenpaketen (1) zu verbinden. In diesem Fall sind die Mitnehmernuten und vorzugsweise elliptisch ausgeführten Ausnehmungen direkt in die Schrumpfscheibennaben (6) eingearbeitet.
Als weitere Alternative kann auch nur auf einer Seite der zweiten Kupplung (K2) auf den Flansch (3) verzichtet und eine direkte Verbindung zwischen Lamellenpaket (1) und Schrumpfscheibennabe (6) realisiert werden.
In 3 ist eine erfindungsgemäße dritte Kupplung (K3) mit einer geschnittenen Seitenansicht und einem Schnitt D-D dargestellt. Auch diese dritte Kupplung (K3) ist als sogenannte Zweigelenk-Kupplung ausgeführt und besteht im Wesentlichen aus zwei Lamellenpaketen (1), zwei Spannringnaben (7), zwei Flanschen (3) und einer axial zwischen den Flanschen (3) und den Lamellenpaketen (1) liegenden Hülse (5). Dabei besteht die Hülse (5) aus einem zentralen runden Hülsenrohr (5.4) und zwei an dessen Enden fixierten kreisringförmigen Hülsenflanschen (5.5).
Die Lamellenpakete (1) sind wie bei der ersten und zweiten Kupplung (K1, K2) aus mehreren Federlamellen (1.1), Bundbuchsen (1.2) und Ringen (1.3) aufgebaut.
Das in der linken Schnittansicht links dargestellte Lamellenpaket (1) ist durch Schrauben (2.1) und Schraubenmuttern (2.2) in Umfangsrichtung abwechselnd über Hülsenbohrungen (5.1) mit dem links dargestellten Hülsenflansch (5.5) der Hülse (5) und über Flanschbohrungen (3.1) dem links dargestellten Flansch (3) verschraubt.
Analog ist das in der linken Schnittansicht rechts dargestellte Lamellenpaket (1) über Schrauben (2.1) und Schraubenmuttern (2.2) in Umfangsrichtung abwechselnd mit dem rechts dargestellten Hülsenflansch (5.5) der Hülse (5) und dem rechts dargestellten Flansch (3) verschraubt.
Durch die beiden in Richtung der Mittelachse (A) um das Abstandsmaß (D) beabstandeten Lamellenpakete (1) verfügt die zweite Kupplung (K2) über zwei Ausgleichsebenen und kann somit Axial- und Winkelverlagerungen sowie Lateralverlagerungen zwischen Antrieb und Abtrieb ausgleichen. Durch das im Verhältnis zur zweiten Kupplung (K2) hier vergrößerte Abstandsmaß (D) können mit der dritten Kupplung (K3) größere Lateralverlagerungen ausgeglichen werden.
Dabei besteht eine direkte Proportionalität zwischen der lateralen Verlagerungsfähigkeit der Kupplung (K2, K3) und dem Abstandsmaß (D).
Zur Verbindung mit einer ersten und einer zweiten Welle sind die Flansche (3) durch nicht dargestellte Befestigungsschrauben (7.1) mit Spannringnaben (7) verbunden und auf kegeligen Absätzen der Spannringnaben (7) sind innen kegelige Spannringe (7.2) platziert.
Durch Anziehen von auf einem Teilkreis um die Mittelachse (A) angeordneten Spannschrauben (7.3) führt der jeweilige Spannring (7.2) eine zur jeweiligen Spannringnabe (7) hin gerichtete Bewegung aus, wodurch der kegelige Absatz der Spannringnabe (7) radial zur Mittelachse (A) hin verformt wird und einen radialen Fugendruck auf die jeweilige nicht dargestellte Welle ausübt und wodurch letztlich eine spielfreie reibschlüssige Drehmomentübertragung zwischen den Spannringnaben (7) und den nicht dargestellten Wellen erfolgt.
Alle Teile der dargestellten dritten Kupplung (K3) weisen zur Vermeidung unerwünschter Geräusche eine geschlossene Bauweise mit durchgehenden Zylindermantelflächen ohne Unterbrechungen an der Außenkontur (AK) auf.
Die Schrauben (2.1) und Schraubenmuttern (2.2) sind vollständig im Inneren der Kupplung eingebettet.
Dabei liegen die als Sechskantschrauben ausgeführten Schrauben (2.1) mit ihren Schraubenköpfen formschlüssig drehfixiert in Flanschmitnehmernuten (3.2) der Flansche (3) und in Hülsenmitnehmernuten (5.2) der Hülse (5).
Die Schraubenmuttern (2.2) liegen mit ausreichendem Freiraum berührungslos in Flanschausnehmungen (3.3) der Flansche (3) und in Hülsenausnehmungen (5.3) der Hülse (5), wobei die Ausnehmungen vorzugsweise mit elliptischem Querschnitt ausgeführt sind.
Es ist technisch auch denkbar, dass die Schrauben (2.1) und Muttern (2.2) funktional so umgedreht werden, dass die Köpfe der Schrauben (2.1) mit ausreichend Freiraum in den bevorzugt elliptisch ausgeführten Ausnehmungen (3.3, 5.3) der Flansche (3) und der Hülse (5) liegen und die Muttern (2.2) formschlüssig in den Mitnehmernuten (3.2, 5.2) der Flansche (3) und der Hülse (5) eingebettet sind.
Aus Sicherheitsgründen verfügt die dritte Kupplung (K3) im Bereich des Innendurchmessers des Hülsenrohrs (5.4) auf der Seite jedes Flansches (3) über einen Fangring (8), der mit Übermaß in den Innendurchmesser des entsprechenden Flansches (3) eingepresst ist, der axial in die Hülse (5) ragt und sowohl radial als auch axial von der Hülse (5) beabstandet ist, wobei der Abstand vorzugsweise zwischen 0,1 mm und etwa 1 mm beträgt.
Bei einem Bruch eines Lamellenpakets (1) oder eines anderen Kupplungsteils wird durch die Fangringe (8) weiterhin eine Zentrierung der Hülse (5) in der Kupplung sichergestellt und ein radiales Wegschleudern der Hülse (5) oder von Teilen der Hülse (5) wird sicher verhindert.
Die Fangringe (8) können anders als in 3 dargestellt auch mit Übermaß in das Hülsenrohr (5.4) eingepresst sein, axial in die Flansche (3) ragen und dabei von den Flanschen (3) entsprechend beabstandet sein. Gleichermaßen ist es möglich, die Fangringe (8) einteilig als integraler Bestandteil der Flansche (3) oder der Hülse (5) auszuführen.
Alternativ zu der in 3 gezeigten dritten Kupplung (K3) ist es auch möglich, auf die Flansche (3) ganz zu verzichten und die Spannringnaben (7) direkt mittels Schrauben (2.1) und Schraubenmuttern (2.2) mit den Lamellenpaketen (1) zu verbinden.
In diesem Fall sind die Mitnehmernuten und die vorzugsweise elliptisch ausgeführten Ausnehmungen direkt in die Spannringnaben (7) eingearbeitet. Als weitere Alternative kann auch nur auf einer Seite der dritten Kupplung (K3) auf den Flansch (3) verzichtet und eine direkte Verbindung zwischen Lamellenpaket (1) und Spannringnabe (7) realisiert werden.
Bezugszeichenliste:

1: Lamellenpaket
1.1: Federlamelle
1.2: Bundbuchse
1.3: Ring
2.1: Schraube
2.2: Schraubenmutter
3: Flansch
3.1: Flanschbohrung
3.2: Flanschmitnehmernut
3.3: Flanschausnehmung
3.4: Flanschgewinde
4: Verbindungsplatte
4.1: Plattenbohrung
4.2: Plattenmitnehmernut
4.3: Plattenausnehmung
5: Hülse
5.1: Hülsenbohrung
5.2: Hülsenmitnehmernut
5.3: Hülsenausnehmung
5.4: Hülsenrohr
5.5: Hülsenflansch
6: Schrumpfscheibennabe
6.1: Befestigungsschraube
6.2: Schrumpfscheibe
6.3: Spannschraube
6.4: Erster Konus-Außenring
6.5: Zweiter Konus-Außenring
6.6: Konus-Innenring
7: Spannringnabe
7.1: Befestigungsschraube
7.2: Spannring
7.3: Spannschraube
8: Fangring
A: Mittelachse
AK: Außenkontur
D: Abstandsmaß
K1: Erste Kupplung
K2: Zweite Kupplung
K3: Dritte Kupplung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19709950 B4 [0004]
EP 1989456 B1 [0006]

Claims

Drehsteife, biegeelastische Kupplung (K1, K2, K3), insbesondere für hohe Drehzahlen, zur Übertragung von Drehmomenten zwischen axial benachbarten Wellen oder Flanschen (3), insbesondere Wellen oder Flanschen (3) mit gegeneinander axial, winkelig oder lateral versetzten Mittelachsen (A), mit mindestens einem aus jeweils mindestens einer Federlamelle (1.1) bestehenden Lamellenpaket (1), das über Schrauben (2.1) und Schraubenmuttern (2.2) auf einem Teilkreis mindestens mit einem Flansch (3) oder einer Nabe (6, 7) oder einer Verbindungsplatte (4) oder einer aus einem Hülsenrohr (5.4) und zwei Hülsenflanschen (5.5) gebildeten Hülse (5) verschraubt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (K1, K2, K3) im Bereich der vorhandenen Flansche (3), der Naben (6, 7), der Verbindungsplatte (4) oder der Hülse (5) eine aus mehreren Zylindermantelflächen gebildete durchgehende Außenkontur (AK) ohne Unterbrechungen aufweist.
Drehsteife, biegeelastische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Köpfe der Schrauben (2.1) und alle Schraubenmuttern (2.2) ohne axialen oder radialen Überstand über die Außenkontur (AK) der Kupplung (K1, K2, K3) in diese eingebettet sind.
Drehsteife, biegeelastische Kupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der Kopf einer Schraube (2.1) oder eine Schraubenmutter (2.2) formschlüssig und drehfixiert in einer Mitnehmernut (3.2, 4.2, 5.2) eines Flansches (3) oder der Verbindungsplatte (4) oder eines Hülsenflansches (5.5) der Hülse (5) oder einer Nabe (6, 7) der Kupplung (K1, K2, K3) eingebettet ist.
Drehsteife, biegeelastische Kupplung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der Kopf der Schraube (2.1) oder die Schraubenmutter (2.2) eine polygonale Außenkontur aufweisen, die mindestens mit einer Fläche ihrer Außenkontur einen formschlüssigen und drehfixierten Kontakt zu einer Mitnehmernut (3.2, 4.2, 5.2) aufweist.
Drehsteife, biegeelastische Kupplung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der Kopf der Schraube (2.1) oder die Schraubenmutter (2.2) eine sechseckige Außenkontur aufweisen, die mit zwei gegenüberliegenden Flächen einen formschlüssigen und drehfixierten Kontakt zu einer Mitnehmernut (3.2, 4.2, 5.2) aufweist.
Drehsteife, biegeelastische Kupplung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der Kopf einer Schraube (2.1) oder eine Schraubenmutter (2.2) mit ausreichend Freiraum axial in eine ovale, vorzugsweise eine elliptische Ausnehmung mindestens eines Flansches (3) oder einer Verbindungsplatte (4) oder des Hülsenflansches (5.5) einer Hülse (5) oder einer Nabe (6, 7) der Kupplung (K1, K2, K3) ragt.
Drehsteife, biegeelastische Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstreckung der ovalen Ausnehmung, vorzugsweise elliptischen Ausnehmung in Umfangsrichtung der Kupplung größer ist als deren radiale Erstreckung.
Drehsteife, biegeelastische Kupplung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstreckung der ovalen Ausnehmung, vorzugsweise der elliptischen Ausnehmung in Umfangsrichtung dem 1,2fachen bis 2,5fachen Wert ihrer radialen Erstreckung entspricht.
Drehsteife, biegeelastische Kupplung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung als Eingelenkkupplung mit einem Lamellenpaket (1) ausgeführt ist und zumindest auf einer Seite des Lamellenpakets (1) mit einem Flansch (3) oder einer Nabe (6, 7) versehen ist.
Drehsteife, biegeelastische Kupplung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung als Zweigelenkkupplung mit zwei Lamellenpaketen (1) und einer zwischen den Lamellenpaketen (1) liegenden Verbindungsplatte (4) ausgeführt ist und dass zumindest eines der beiden Lamellenpakete (1) zusätzlich mit einem Flansch (3) oder einer Nabe (6, 7) verbunden ist.
Drehsteife, biegeelastische Kupplung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung als Zweigelenkkupplung mit zwei Lamellenpaketen (1) und einer zwischen den Lamellenpaketen (1) liegenden Hülse (5) mit mindestens einem Hülsenrohr (5.4) und zwei Hülsenflanschen (5.5) ausgeführt ist und dass zumindest eines der beiden Lamellenpakete (1) zusätzlich mit einem Flansch (3) oder einer Nabe (6, 7) verbunden ist.
Drehsteife, biegeelastische Kupplung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung zur Verhinderung eines radialen Wegschleuderns der Hülse (5) oder der Verbindungsplatte (4) bei Bruch mindestens eines Lamellenpaketes (1) über Fangringe (8) verfügt, die mit Übermaß in die Flansche (3) oder die Naben (6, 7) oder die Hülse (5) oder die Verbindungsplatte (4) eingepresst sind.
Drehsteife, biegeelastische Kupplung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung zur Verhinderung eines radialen Wegschleuderns der Hülse (5) oder der Verbindungsplatte (4) bei Bruch mindestens eines Lamellenpaketes (1) über Fangringe (8) verfügt, die einteilig als integraler Bestandteil der Flansche (3) oder der Naben (6, 7) oder der Hülse (5) oder der Verbindungsplatte (4) gebildet sind.
Drehsteife, biegeelastische Kupplung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens ein Lamellenpaket (1) und die weiteren Teile der Kupplung aus hochfestem Stahl bestehen.
Drehsteife, biegeelastische Kupplung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Flansch (3) oder eine Nabe (6, 7) oder die Verbindungsplatte (4) oder die Hülse (5) aus einem Leichtbauwerkstoff, vorzugsweise einer Aluminium- oder Titanlegierung bestehen.
Drehsteife, biegeelastische Kupplung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Flansch (3) oder eine Nabe (6, 7) oder die Verbindungsplatte (4) oder die Hülse (5) aus einem Leichtbauwerkstoff, vorzugsweise einem Faserverbundwerkstoff bestehen.