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Die Erfindung bezieht sich auf eine
hoch-drehelastische Wellenkupplung zur Verbindung eines antreibenden
Aggregats wie Dieselmotorschwungrad an der einen Kupplungshälfte mit
einem angetriebenen Aggregat wie Getriebe oder Generator an der
anderen Kupplungshälfte,
wobei die im wesentlichen ringförmige
Kupplung aus mittels radialer Spalte voneinander beabstandeten Segmenten
zusammengesetzt ist und wobei jedes Segment jeweils mindestens einen
Kupplungskörper
aus gummielastischem Material und an dessen beiden axialen Flächen mittels
Vulkanisation befestigte Segmentplatten aufweist,
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Segmentierte Kupplungen dieser Art
sind in zahlreichen Ausführungen
bekannt, wozu beispielhaft auf
DE 36 16 232 A1 – dortige Ringanordnung
3 – verwiesen
wird. Ein anderes Beispiel für
eine segmentierte Kupplung zeigt
DE 34 34 722 A1 .
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Die Segmentierung von Kupplungen
hat außer
bei solchen Baugrößen, die
sich einteilig nicht mehr wirtschaftlich herstellen lassen, vor
allem den Vorteil einer einfachen Montage der Kupplung. Man kann
beispielsweise die Nabe in die Kupplung hinein verlagern, aber dennoch
Gummielemente ausbauen bzw. wechseln, ohne die Maschinenteile (z.B.
Motor und Generator) zuvor voneinander entfernen zu müssen. Als
Nachteil wird empfunden, dass die metallischen Segmentplatten relativ
aufwendig gestaltete Flanschelemente aus hochwertigem Stahlguss
sind. Zum anderen ist es erforderlich, einen Seitenring der Kupplung über ein
Drehlager auf der Nabe abzustützen
(
DE 36 16 232 A1 ),
um die Segmente im Betrieb der Kupplung gegen auftretende Fliehkräfte zu stabilisieren.
Dabei handelt sich um eine recht aufwendige Lösung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
zunächst die
Aufgabe zugrunde, eine segmentierte drehelastische Kupplung der
vorausgesetzten Art in einer baulich besonders einfachen Weise und
besonders preisgünstig
auszugestalten.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen
des ersten unabhängigen
Anspruchs 1 und ist dem entsprechend insbesondere dadurch gekennzeichnet,
dass die Segmentplatten aus dünnem Blech
wie Stahlblech bestehen, dass zumindest die Hauptflächen des
Blechs, welche die Axialflächen der
Segmentplatten ausbilden, nicht spangebend bearbeitet sind und dass
die Segmentplatten durch wenigstens ein Blockierelement untereinander
derart gekuppelt sind, dass sich die Segmentplatten über das
Blockierelement gegenseitig gegen axiale Verformungen abstützen.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung
besteht darin, dass die Kupplung sehr preiswert hergestellt werden
kann, da ihre Metallteile aus dünnem Blech
geschnitten werden können.
In diesem Zusammenhang bedeutet „dünnes Blech" eine Wandstärke von
bis zu 50% der Wandstärke
herkömmlicher Stahlguss-Flansche
bzw. -Segmentplatten. Dadurch, dass die Hauptflächen des Blechs, welche die
Axialflächen
der Segmentplatten ausbilden, nicht spangebend bearbeitet sind,
verringert sich einerseits der Herstellungsaufwand weiter, zum anderen
wird völlige
Verzugsfreiheit der Segmentplatten gewährleistet, was infolge Hitzeeinwirkung
und durch das Freisetzen von inneren Spannungen bei spangebender
Formung nicht auszuschließen
ist. Die erfindungs gemäß vorgeschlagene
Ausgestaltung der Kupplung mittels dünner Blech-Segmentplatten ist also nicht nur besonders
preiswert, sondern führt
auch zu einer technisch einwandfreien Kupplung ohne das Erfordernis kostspieliger
Nacharbeiten.
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Was die Blockiereiementanordnung
betrifft, kann vorzugsweise vorgesehen sein, die einzelnen Segmentplatten
jeweils durch Blockierelemente untereinander zu kuppeln, die jeweils
(in Umfangsrichtung betrachtet) randnah eines Segments angebracht
sind und spaltübergreifend
an der benachbarten Segmentplatte angreifen. Durch die Blockierelemente; die ihrerseits selbst sehr einfach und
preiswert gestaltet sein können,
entfallen die oben beschriebenen, bisher bekannten aufwendigen Maßnahmen
zur Stabilisierung der Segmentplatten.
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Kupplungsflansche aus Stahlblech
sind bei ringförmigen
elastischen Kupplungen an sich bekannt. Ein Beispiel hierfür ist die
seit Jahrzehnten in großen
Stückzahlen
gelieferte CENTAX°-Kupplung der
Anmelderiin. Diese elastische Kupplung besteht im wesentlichen aus
zwei konzentrisch angeordneten, ringförmigen Flanschen mit einem
dazwischen einvulkanisierten Gummiring elastischem Kupplungselement.
Die Übertragung
des Drehmoments zwischen den Kupplungsteilen erfolgt durch Schraubverbindungen,
wobei der eine Flansch am Außendurchmesser
und der andere Flansch am Innendurchmesser mit dem An- und Abtriebsaggregat – meist
Schwungscheibe und Nabe – verschraubt wird.
Die Flansche in Form einstöckiger
Stahlringe ermöglichen
deren einfache und preiswerte Herstellbarkeit und garantieren andererseits
hohe Präzision und
Wuchtgüte
bei geringem Gewicht und Massenträgheitsmoment.
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Des weiteren löst die Erfindung löst die eingangs
gestellte Aufgabe mit den Merkmalen des zweiten unabhängigen Anspruchs
3 und ist dem entsprechend insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass
die einzelnen Segmentplatten durch Blockierelemente untereinander
gekuppelt sind, die jeweils randnah eines Segments angebracht sind,
spaltübergreifend
an der benachbarten Segmentplatte angreifen und dass sich die Segmentplatten über die
Blockierelemente gegenseitig gegen axiale Verformungen abstützen. Gemäß weiterer
Ausgestaltung können
die Segmentplatten aus dünnem
Blech wie Stahlblech bestehen und zumindest die Hauptflächen des
Blechs, welche die Axialflächen
der Segmentplatten ausbilden; sind nicht
spangebend bearbeitet.
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Im Unterschied zu dem Seitenring
der Kupplung entsprechend
DE
36 16 232 A1 , der sich über ein
Drehlager auf der Nabe abzustützen
hat, um die Segmente im Betrieb der Kupplung gegen auftretende Fliehkräfte zu stabilisieren,
sieht die Erfindung Blockierelemente vor, die – in Umfangsrichtung der Kupplung
betrachtet – aufeinander
folgende Segmentplatten jeweils gewissermaßen aneinander fesseln, so
dass sie nicht verbiegen oder sonst wie unzulässig ausweichen können. Solche
Blockierelemente können
sehr einfach ausgestaltete Bauteile sein, wie dies nachfolgend noch
beschrieben wird.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal
der Erfindung besteht darin, dass sämtliche für eine Kupplung bestimmten
Segmentplatten mit den zugehörigen gummielastischen
Kupplungskörpern
gemeinsam vulkanisiert sind.
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Bei herkömmliche Segmentkupplungen werden
die einzelnen Segmente – also
zwei Segmentplatten und das zugehörige gummielastische Glied dazwischen – jeweils
für sich
vulkanisiert. Bezüglich des
Vulkanisationswerkzeugs ist dies auch die einfachste Methode. Mit
dem erfindungsgemäßen Merkmal
wird nun aber erstmals erreicht, dass sämtliche Segmente einer Kupplung,
insbesondere hinsichtlich der Vulkanisation, den selben Fertigungsbedingungen
unterworfen sind. Jedes gummielastische Element weist daher die
selbe Güte
auf, insbesondere also die selbe Elastizität. Das bedeutet eine bislang nicht
erreichte Homogenität
der Kupplung und damit ihres elastischen sowie dynamischen Verhaltens.
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Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen
der Erfindung sehen im übrigen
vor, dass das Blockierelement eine wenigstens zwei Laschen aufwei sende
Laschenanordnung umfasst, wobei jede Lasche an einer Segmentplatte
befestigt ist und die in Umfangsrichtung benachbarte Segmentplatte
randlich teilübergreift.
Solche ,Blockierlaschen' können einfache
Bleche sein und stellen somit keine nennenswerten Anforderungen
hinsichtlich konstruktiven Aufwands.
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Eine erste besondere Ausführung sieht
vor, dass das Blockierelement zwei Laschen umfasst, die beide an
einer Segmentplatte befestigt sind und die in Umfangsrichtung benachbarte
Segmentplatte randlich beidseitig axial teilübergreifen. In diesem Fall
fassen die an einer Segmentplatte befestigten Laschen den Randbereich
der in Umfangsrichtung benachbarten Segmentplatte zwischen sich,
liegen also randnah an den beiden in Axialrichtung weisenden Stirnfläche der
Segmentplatten an.
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Während
bei den bisher beschriebenen Ausführungen in erster Linie daran
gedacht ist, dass zu jeder in Axialrichtung weisenden Seite der
Segmentplatten sich eine Lasche befindet, und beide Laschen an der
einen Segmentplatte befestigt ist, während ihre davon abstehenden Überstände durch
Anlage an der benachbarten Segmentplatte angreifen, kann auch eine
Lösung
vorgesehen sein, bei der je eine Lasche an jeweils einer von zwei
benachbarten Segmentplatten befestigt sind und beide Laschen wechselweise
die in Umfangsrichtung benachbarte Segmentplatte randlich einseitig
axial teilübergreifen. Dies
gestattet die Befestigung aller Laschen an ein- und derselben Axialseite
aller Segmentplatten. Insbesondere können jeweils beide Laschen
vollständig auf
der jeweils gleichen Axialseite der Segmentplatten angeordnet sein.
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Alle angesprochenen Laschen der Blockiervorrichtung
können
auf einfache Art und Weise außer mittels
Verschweißen,
Vernieten od. dgl. Befestigungen auch mittels lösbarer Verschraubungen und
ggf. zusätzlichen
Verdrehsicherungsmitteln wie z.B. Passstiften, am jeweiligen Randbereich
einer Segmentplatte befestigt sein.
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Zur besonders platzsparenden Anordnung der
Laschen kann vorgesehen sein, dass sie umfangsrandnah an den Segmentplatten
angeordnet sind, und dass Randabschnitte der Laschen der Form eines
Kreisbogenabschnitts folgen und im wesentlichen deckungsgleich zum
Umfangsrand der Segmentplatten verlaufen. Ob die Laschen dieser Lehren
entsprechend nahe dem Außen-
oder dem Innenumfang der Kupplung angeordnet werden, richtet sich
in erster Linie nach dem jeweils zur Verfügung stehenden Raumangebot
und auch danach, ob der betreffende Segmentflansch der Kupplung
plan oder z.B. in Axialrichtung der Kupplung eingezogen ist. In der
Regel werden die Blockierelemente an der der Krafteinleitung in
radialer Richtung abgewandten Seite der betreffenden Kupplungshälfte angeordnet sein.
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Im übrigen hat sich in Versuchen
eine Kupplung entsprechend der Erfindung als sehr vorteilhaft erwiesen,
die aus lediglich zwei Segmenten zusammengesetzt ist. Gleichwohl
ist die Erfindung selbstverständlich
auf diese geringstmögliche
Anzahl von Segmenten nicht beschränkt. Im übrigen wird die technisch sinnvolle
Anzahl von Segmenten u.a. von der zu übertragenden Nennlast und Baugröße der Kupplung
bestimmt.
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Des weiteren betrifft die Erfindung
auch ein Verfahren zur Herstellung einer Kupplung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Diesbezüglich
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Herstellungsverfahren
zu schaffen, welches eine hohe Güte
der Segmentkupplung gewährleistet.
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Eine erste Lösung dieser Aufgabe besteht
in den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs 14. Demnach ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass
es folgende Schritte umfasst:
- a. die zur Herstellung
der Segmentplatten erforderlichen Metallteile werden zunächst als
jeweils in sich geschlossener Ring gefertigt,
- b. an die Innenseiten der beiden Ringkörper einer Kupplung werden
gummielastische Kupplungskörper
in einer der Anzahl der Segmente entsprechenden Zahl und mit Umfangsabstand
voneinander anvulkanisiert, und
- c. die Ringe werden danach in den Bereichen zwischen den gummielastischen
Kupplungskörpern radial
durchtrennt.
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Eine alternative Lösung der
Aufgabe besteht in den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 15 und dem
entsprechend in einem Verfahren, das folgende Schritte umfasst:
- a. die zur Herstellung der Segmentplatten erforderlichen
Metallteile werden zunächst
als jeweils in sich geschlossener Ring gefertigt,
- b. die Ringe werden in einzelne Segmentplatten unterteilt, und
- c. sämtliche
für eine
Kupplung bestimmten Segmentplatten werden mit den zugehörigen gummielastischen
Kupplungskörpern
gemeinsam vulkanisiert.
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Bei beiden Verfahrensvarianten ist
zudem vorgesehen, dass man die geschlossenen Ringe aus dünnem Stahlblech,
insbes. mittels Laserschneiden, ausschneidet und dass man zumindest
die Hauptflächen
des Blechs, welche die Axialflächen
der Segmentplatten ausbilden, nicht spangebend bearbeitet.
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Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen, einfach
und kostengünstig
auszuführenden Herstellungsverfahren
ergeben sich aus dem bereits oben anhand des sich auf eine Kupplung
beziehenden Anmeldungsteils.
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Im übrigen versteht sich die Erfindung
am besten anhand von in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele.
Darin zeigen:
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1 eine
elastische Wellenkupplung in einer axial gerichteten Stirnansicht,
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2 einen
Schnitt durch die Kupplung nach 1 entsprechend
dortiger Schnittangabe A-A,
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3 einen
Radialschnitt durch die Kupplung entsprechend der Schnittangabe
B-B der 2,
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4 eine
gegenüber
den 1 bis 3 vergrößerte Detailansicht eines ersten
Blockierelements zur Fixierung der Segmente der Kupplung,
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5 einen
Schnitt entsprechend der Schnittangabe V-V der 4,
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6 eine 4 entsprechende Darstellung einer
zweiten Ausführungsform
eines Blockierelements und
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7 einen
Schnitt entsprechend der Schnittangabe VII-VII in 6.
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Wie zunächst am besten aus 2 zu ersehen ist, umfasst
eine insgesamt mit 10 bezeichnete elastische Wellenkupplung einen
ersten planen Kupplungsflansch 11 und einen zweiten, in
Axialrichtung der Kupplung davon beabstandeten Kupplungsflansch 12,
der beim. dargestellten Ausführungsbeispiel
teilweise kegelförmig
ausgebildet ist, was in der Praxis am einfachsten durch einen Druckvorgang entsteht.
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Zwischen den beiden Kupplungsflanschen 11 und 12 befinden
sich, an den zueinander weisenden Innenseiten anvulkanisiert, gummielastische Kupplungskörper 13.
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_ Bei der Wellenkupplung 10 handelt
es sich um eine segmentierte Kupplung. Die Kupplungsflansche 11 und 12 liegen
daher nicht in Kreisringform, sondern in Form von Kreisring-Segmenten 11a, 11b sowie
12a, 12b vor. Die dargestellte Kupplung besitzt lediglich zwei jeweils
etwa halbkreisförrnige
Segmente; allerdings ist auch eine größere Segmentanzahl pro Kupplung
möglich.
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Die in den 1 bis 3 dargestellte
Kupplung weist also insgesamt vier metallische Flanschelemente auf,
die jeweils im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit „Segmentplatten"
bezeichnet werden, die die Bezugsziffer 14 tragen. Jede
der Segmentplatten 14 besteht aus dünnem Blech aus Qualitätsstahl.
Im Rahmen der Erfindung bedeutet „dünn" im wesentlichen eine Wand stärke, die
im Vergleich zu bisherigen segmentierten Kupplungen vergleichbarer Leistung,
bei denen die Segmentplatten aus Stahlgusselementen bestehen, erheblich
dünner
sind. Im Einzelfall kann eine Segmentplatte um bis zu 50% oder darüber hinaus
dünner
sein. Die Stahlblechelemente sind auf ihrem bezüglich der Kupplung (2) in Axialrichtung weisenden
Flächen
nicht, insbesondere nicht spangebend bearbeitet. Bearbeitet sind
lediglich die umlaufenden Ränder.
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Da die in den 1 bis 3 dargestellte
Kupplung keine umlaufenden kreisringförmigen Flansche aufweist, und
die Segmentplatten 14 relativ dünn sind, sieht die Erfindung
eine Blockierung der jeweils beiden Segmentplatten 14 auf
jeder Kupplungsseite vor. Dazu sind sogenannte Blockierelemente 15 bzw. 16
vorgesehen.
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Wie die 1 bis 3 zeigen,
handelt es sich bei den Blockierelementen 14 und 16 um
unterschiedliche Ausführungen,
wobei das Blockierelement 15 in Axialrichtung der Kupplung
mehr Platz beansprucht und deshalb an der den konisch eingezogenen
Kupplungsflansch 12 aufweisenden Kupplungsseite angeordnet
ist, wohingegen die zweite Blockiereinrichtung 16 in Axialrichtung
der Kupplung flacher baut und auf der Innenseite des planen Flanschelementes 11 angebracht
ist. Hier ist es deshalb möglich,
die Flanschelemente 11 mit ihren äußeren planen Axialflächen unmittelbar
z.B. an ein Motorschwungrad anzuflanschen.
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Zu Einzelheiten der beiden Blockiervorrichtungen 15 und 16 wird
auf die 4 und 5 sowie 6 und 7 Bezug genommen.
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Die in den 4 und 5 dargestellte
Blockiervorrichtung 15 umfasst zwei spiegelsymmetrisch identische,
flache Laschen 17 aus Blech, insbesondere Stahlblech. Die
beiden Laschen 17 liegen deckungsgleich übereinander
und sind mittels zweier Verschraubungen 18 an einer Segmentplatte 14 befestigt.
Wie aus den 4 und 5 weiterhin ersichtlich ist, übergreifen über die
Verschraubungen 18 vorstehende Abschnitte 17a der
Laschen 17 die benach barte Segmentplatte 14 in
einem Randbereich 14a. Dieser Randbereich ist derjenige
Randbereich, der dem entsprechenden Randbereich 14b der
Segmentplatte 14, an der die Laschen 17 befestigt
sind, von einem notwendigen Segmentspalt 19 getrennt, gegenüberliegt.
Die Laschen 17 sind also spaltübergreifend und fassen den
Randbereich 14a der „Gegen-Segmentplatte" zwischen
sich. Dadurch ist gewährleistet,
dass im Betrieb der Kupplung die in Umfangsrichtung der Kupplung
aufeinanderfolgenden Segmentplatten 14 sich an den Laschen 17 fest
abstützen.
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Im übrigen ist die Anordnung so
getroffen, dass die Laschen 17 nahe dem kreisförmigen Innenumfang 20 der
Segmentplatten 14 angeordnet sind und dass ein innerer
Randabschnitt 21 diesem Kurven- bzw. Kreisverlauf folgt.
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Da die als Ausführungsbeispiel dargestellte Kupplung
zwei Segmente aufweist, befinden sich entsprechend auch zwei solcher
Blockierelemente 15 an der betreffenden Kupplungsseite.
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Wie schon erwähnt, sind an der anderen Kupplungsseite,
an der die entsprechenden Segmentplatten 14 ebenfalls gegeneinander
zu stabilisieren sind, Blockiervorrichtungen 16 vorgesehen, die
sich baulich von der Blockiervorrichtung unterscheiden, die anhand
der 5 beschrieben worden ist.
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Dazu wird Bezug genommen auf die 6 und 7. Wie daraus ersichtlich ist, umfasst
eine Blockiervorrichtung 16 zwar wiederum zwei Laschen 22. Abweichend
vom ersten Ausführungsbeispiel
sind diese Laschen 22 jedoch nicht jeweils an derselben Segmentplatte 14 befestigt,
sondern jeweils nur an einer der beiden Platten und – bevorzugt – auf derselben
Plattenseite in Axialrichtung der Kupplung betrachtet. Über den
jeweiligen Befestigungsabschnitt der Laschen 22 ragen Abschnitte 22a vor,
die sich jeweils über
den Spalt 19 zwischen den beiden Segmentplatten 14 hinwegerstrecken
und wobei jede Lasche den Randbereich 14a bzw. 14b der
gegenüberliegenden
Segmentplatte 14 teilübergreift.
Dies im Gegensatz zu der Ausführungsform
nach den
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4 und 5, wobei diese Abschnitte 17a der Laschen 17 den
Randbereich 14a der benachbarten Segmentplatte 14 teilumgreifen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 6 und 7 sind die Laschen 22 nicht
mit Durchgangsverschraubungen (wie 18 in 4 und 5),
sondern mit Senkschrauben 23 befestigt und mit einem zusätzlichen,
von der Verschraubung 23 beabstandeten Spannstift 24 gegen
Verdrehen gesichert.
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Wie in den 6 und 7 noch
erkennbar ist, sind die Randzonen der gummielastischen Körper 13 mit
geringem Abstand um die Blockiereinrichtungen 16 herum
geführt.
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Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel
könnte
insbesondere die der antreibenden Kupplungshälfte zugeordneten Blockierelemente statt
dem Innenumfang der Segmente auch deren Außenumfang benachbart angeordnet
werden, sofern dies die Einbausituation der Kupplung im gegebenen
Fall zulässt.
In aller Regel werden die Blockierelemente an dem der Drehmomenteinleitung bzw.
Drehmomentabnahme radial gegenüberliegenden
Innen- oder Außen-Umfang
der betreffenden Kupplungshälfte
angeordnet, zumal die Maschinenteile, an denen die Kupplung angebracht
ist, die Segmente hier ohnehin stabilisieren.
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Zu erwähnen ist noch, dass die einzelnen Segmente,
und zwar beim Ausführungsbeispiel
je zwei Segmentplatten 14 und das dazwischen befindliche
gummielastische Kupplungsglied 13, einer Kupplung gleichzeitig
vulkanisiert werden, d.h. mit dem selben Gummimaterial und in der
selben Form, um so eine optimale Gleichmäßigkeit der gummielastischen
Elemente einer Kupplung zu gewährleisten.
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Anzumerken ist ferner noch, dass
es nicht zwingend erforderlich ist, dass sich die Laschen 22, wie
sie in den 6 und 7 dargestellt sind, nur auf
ein und der selben Axialrichtungen weisenden Seite der Segmentplatten 14 erstrecken
müssen,
doch ist dies eine besonders platzsparende Anordnung, die sich – wie 2 zeigt – insbesondere im Zusammenhang mit
planen Flanschelementen 11 optimal anwenden lässt.
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Es ist nicht erforderlich, entsprechend
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
für die
beiden Kupplungsseiten unterschiedliche Ausführungen von Blockiereinrichtungen
zu verwenden. Bei der dargestellten Kupplung könnten z.B. ausschließlich Blockierelemente
des Typs 16 benutzt werden. Wesentlich ist, dass sich beide
erörterten
Bauformen auch dadurch auszeichnen, dass sie in Radialrichtung der
Kupplungssegmente keinen zusätzlichen,
den Raumbedarf der Segmente selbst übersteigenden eigenen Platzbedarf
erfordern, da sie weder den Außenumfang
noch den Innenumfang der Kupplung überragen.