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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Kupplung zur Drehmomentübertragung
zur lösbaren
Verbindung eines ersten Bauteils und eines zweiten Bauteils. Die
Erfindung bezieht sich dabei insbesondere auf eine Kupplung zum
Koppeln oder Verbinden von Wellen oder Ähnlichem, insbesondere auf
dem Gebiet der Gasturbinen.
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Kupplungen der beschriebenen Art
sind in den unterschiedlichsten Ausgestaltungsformen bekannt. Zunächst kann
man Wellen oder ähnliche
Teile einstöckig
miteinander verbinden, beispielsweise verschweißen oder vernieten.
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Bei lösbaren Verbindungsvorrichtungen
oder Kupplungen, so wie dies bei der vorliegenden Erfindung der
Fall ist, sind Verschraubungen mittels Bolzen bekannt, wobei die
Bolzen beispielsweise durch Ringflansche geführt sind. Zusätzlich können die
Anlageflächen
der Flansche strukturiert ausgebildet sein, sodass bei der Übertragung
von Drehmomenten nicht nur Schwerkräfte auf die Bolzen wirken, sondern
eine formschlüssige
Koppelung zwischen den beiden Bauteilen erfolgt.
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Bei diesen Ausgestaltungsformen erweist sich
sowohl die Herstellung als auch die Montage als sehr aufwendig und
damit kostenintensiv. Weiterhin ist es nicht immer möglich, die
Bauteile einfach und genau zu zentrieren und zu positionieren.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten
Konstruktionen liegt darin, dass bei der Übertragung von Torsions- und
Biegemomenten Schlupf und Spiel auftreten können.
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Auch ist eine einfache, wiederholbare
Montage der Bauteile bei gleichbleibendem Ergebnis nicht immer gewährleistet.
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Es wurde deshalb vorgeschlagen, sogenannte
Bogenzahnkupplungen (Curvic) einzusetzen, alternativ hierzu werden
auch glatte Flansche mit Übermaß (Spigot)
verwendet. Auch konische Ausgestaltungen von Wellenverbindungen
sind bereits beschrieben worden.
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Die Bogenzahnkupplungen genügen zwar
im Wesentlichen den Ansprüchen,
sie sind jedoch fertigungstechnisch sehr aufwendig und daher mit
sehr hohen Kosten verbunden. Glatte Flansche mit Übermaßpassung
(Spigot) können
aufgrund der begrenzten Reibung nur für die Übertragung geringer Drehmomente
eingesetzt werden. Zudem ist ein erhöhter Montageaufwand erforderlich,
um eine gute Zentrierung der erforderlichen Übermaßpassungen zu gewährleisten,
insbesondere, da spezielle Werkzeuge, wie Pressen oder Öfen erforderlich
sind.
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Die bekannten konischen Designs sind
zwar selbstzentrierend, sie erzeugen jedoch sowohl axial als auch
linear zusätzliche
Positionstoleranzen und gewähren
zudem kein wiederholbares Montageergebnis. Zudem kann sich die Demontage,
bedingt durch die Selbsthemmung im Reibkonus, erschweren.
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Bei den Konusverbindungen sind beispielsweise
Systeme bekannt, bei welchen eine glatte, zylindrische Welle verwendet
wird, auf die ein an dieser zu befestigendes Bauteil aufgesetzt
wird. Dieses weist an seiner der Welle zugewandten Ausnehmung oder
Bohrung einen Konus auf. Zur Befestigung wird ein Ringkonus zwischen
das Bauteil und die Welle gespannt. Die platz- und gewichtsparende
Verbindung von Wellen, insbesondere Hohlwellen, ist mit diesem System
praktisch nicht möglich.
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In einer anderen Konstruktion ist
vorgeschlagen worden, bei einem der beiden Bauteile eine konusförmige Ausnehmung
vorzusehen, in welche ein Konus des anderen Bauteils eingepresst
wird. Hierbei können
sich Probleme hinsichtlich der Zentrierung und der axialen Ausrichtung
ergeben. In Abhängigkeit
von Fertigungsungenauigkeiten kann es weiterhin problematisch sein,
eine exakte und reproduzierbare Montage sicherzustellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Kupplung zur lösbaren
Verbindung von Bauteilen, insbesondere von Wellen, zu schaffen,
welche bei einfachem Aufbau, kostengünstiger Herstellbarkeit und
einfacher Montage eine präzise
Zuordnung der Bauteile sowie eine problemlose Demontage ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die
Merkmale des Hauptanspruchs gelöst,
die Unteransprüche
zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass
an dem ersten Bauteil eine erste Fläche ausgebildet ist, welche
gegen eine zweite Fläche
des zweiten Bauteils anlegbar ist, dass die erste und die zweite
Fläche
jeweils im Wesentlichen radiale Nuten aufweisen und dass in die
Nuten längliche Übertragungskörper eingelegt
sind.
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Die erfindungsgemäße Kupplung zeichnet sich durch
eine Reihe erheblicher Vorteile aus.
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Durch die radialen Nuten und durch
die eingelegten Übertragungskörper ist
es zunächst
möglich,
die beiden Flächen
der beiden Bauteile radial miteinander zu verspannen. Hierdurch
ergibt sich eine flächige,
gleichmäßige Anlage.
Die radialen Übertragungskörper führen zu
einer Zentrierung der beiden Bauteile zueinander und ermöglichen
die Übertragung
hoher Drehmomente im Zusammenwirken mit der axialen Verbindung oder
Verspannung der beiden Bauteile miteinander.
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Ein weiterer, wesentlicher Vorteil
besteht in der leichten Montage und Demontage der Kupplung. Da keine
Presssitze oder Ähnliches
verwendet werden, gestaltet sich die Montage höchst einfach. Es ist lediglich
erforderlich, die Übertragungskörper in
die Nuten einzulegen. Hierfür
sind auch keine besonderen Werkzeuge oder Vorrichtungen erforderlich.
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Ein wesentlicher Vorteil liegt auch
in der reproduzierbaren Verbindung der beiden Bauteile. Dies bedeutet,
dass diese beliebig oft montiert und demontiert werden können, ohne
dass sich die Zuordnung der Bauteile ändert oder die Drehmomentübertragbarkeit
beeinträchtigt
wird.
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Besonders günstig ist es, wenn die Übertragungskörper in
Form zylindrischer Bolzen ausgebildet sind. Diese können besonders
einfach und kostengünstig
hergestellt werden. Demgemäß ist es auch
besonders vorteilhaft, wenn die radialen Nuten der beiden Bauteile
jeweils einen halbkreisförmigen Querschnitt
aufweisen. Auch derartige Halbkreis-Querschnitte sind kostengünstig, beispielsweise
durch Fräsen,
herstellbar.
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Um die Montage zu erleichtern, kann
es günstig
sein, die Übertragungskörper an
einem Träger
zu befestigen. Dieser kann bevorzugter Weise ringförmig ausgebildet
sein, sodass er zwischen das erste und zweite Bauteil eingelegt
werden kann.
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Die beiden Flächen der beiden zu verbindenden
Bauteile der Kupplung weisen bevorzugter Weise jeweils eine ebene
Kreisringfläche
auf oder sind als Kreisringfläche
ausgebildet. Hierdurch vereinfacht sich die Herstellung ganz erheblich.
Zum anderen ergibt sich eine sehr einfache Montage, bei der die
beiden Bauteile exakt zueinander ausgerichtet sind.
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Die Verspannung des ersten Bauteils
mit dem zweiten Bauteil erfolgt bevorzugter Weise mittels axialer
Gewindebolzen. Die Anzahl der Gewindebolzen bestimmt die zu übertragenden
Kräfte
bzw. Momente. Die Kupplung kann somit an unterschiedlichste Anforderungen
und Einsatzbedingungen angepasst werden.
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Besonders günstig ist es dabei, wenn alternierend
jeweils ein Gewindebolzen und ein Übertragungskörper am
Umfang der Bauteile positioniert sind. Es versteht sich, dass auch
andere Zuordnungen im Rahmen der Erfindung möglich sind.
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Als Vorteil ist somit festzuhalten,
dass sich somit insgesamt sehr geringe Herstellungskosten ergeben,
da einfachste Herstellungsverfahren einsetzbar sind. Insgesamt sind
die Herstellungskosten deutlich niedriger, als beispielsweise einer
Zahnkupplung bei ähnlicher
Funktionalität.
Auch hinsichtlich des Gewichts ist die erfindungsgemäße Kupplung
vorteilhaft, da diese nur geringfügig schwerer ist, als eine
einfache Presssitzverbindung.
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Die erfindungsgemäße Kupplung ist somit selbstzentrierend.
Sie benötigt
keine weiteren konstruktiven Merkmale, um eine axiale oder lineare Passung
zu gewährleisten,
vielmehr ergeben sich diese durch die gewählte Grundkonstruktion der
erfindungsgemäßen Kupplung.
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Ein weiterer, wesentlicher Vorteil
besteht darin, dass sowohl die Montage als auch die Demontage einfach
und ohne aufwendige Werkzeuge durchzuführen sind. Insbesondere ist
das Montageergebnis beliebig oft wiederholbar. Hierbei spielt insbesondere
eine Rolle, dass geringfügigste
Fertigungstoleranzen oder Verschleiß die Positionierung der beiden Bauteile
zueinander nicht beeinflussen und zudem keine Beeinträchtigung
der Drehmomentübertragung mit
sich bringen.
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Die erfindungsgemäße Kupplung ist somit kostengünstig herzustellen
und weist eine hohe Lebensdauer auf.
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Die Herstellungskosten und die Montage vereinfachen
sich insbesondere dadurch, dass das erste Bauteil und das zweite
Bauteil mittels Schrauben oder Schraubenbolzen gegeneinander verspannbar
sind. Hierbei kann bevorzugterweise ein Flansch des ersten Bauteils
jeweils mit Ausnehmungen zur Durchführung der Schrauben oder Schraubenbolzen
versehen sein. In Abhängigkeit
von der Montagerichtung kann in dem anderen Bauteil jeweils eine
Gewindeausnehmung vorgesehen sein. Es ist selbstverständlich auch
möglich,
die Schrauben oder Gewindebolzen mittels zusätzlicher Muttern zu spannen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand
eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht der erfindungsgemäßen Kupplung,
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2 eine
Teil-Schnittansicht der in 1 gezeigten
Kupplung in montiertem Zustand,
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3 eine
vergrößerte Teil-Ansicht
in radialer Blickrichtung,
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4a und b vergrößerte Darstellungen
der in 2 gezeigten Anordnung,
und
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5 eine
Teil-Schnittansicht längs
der Linie V-V von 4.
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Die 1 zeigt
in vereinfachter Explosionsdarstellung ein erstes Bauteil 1,
welches als kreisringförmiger
Flansch ausgebildet ist, sowie ein zweites Bauteil 2, welches
ebenfalls als kreisringförmiger Flansch
gestaltet ist. Das erste Bauteil 1 weist eine ebene, erste
Fläche 3 auf,
welche senkrecht zur Mittelachse der Kupplung ausgerichtet ist.
In ähnlicher Weise
ist an dem zweiten Bauteil 2 eine zweite Fläche 4 vorgesehen.
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Die beiden Flächen 3, 4 sind
jeweils mit einer Vielzahl von radialen Nuten 5, 6 versehen,
welche jeweils einen halbkreisförmigen
Querschnitt haben.
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Um den Umfang verteilt sind eine
Vielzahl von Ausnehmungen 10 an dem ersten und dem zweiten
Bauteil 1, 2 ausgebildet, welche im montierten Zustand
zueinander fluchten und durch welche, wie in den 2, 4a und 4b dargestellt, Gewindebolzen 9 zur
axialen Verspannung durchführbar
sind. Die Ausnehmungen 10 können als Passbohrungen (erstes
Bauteil 1) oder als Gewindeausnehmungen (zweites Bauteil 2)
ausgeführt
sein. Es ist jedoch auch, wie in den 2, 4a und 4b gezeigt, möglich, die Gewindebolzen 9 mittels
Muttern 11 zu verschrauben.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wechseln
sich jeweils Nuten 5 bzw. 6 und Ausnehmungen 10 alternierend
ab.
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Die 1 zeigt
weiterhin einen Träger 7,
an welchem eine Vielzahl radial angeordneter Übertragungskörper 7 angebracht
sind. Diese sind mit dem ringförmigen
Träger 8 verschweißt oder
vernietet. Der Träger 8 ist
so dimensioniert, dass er im zusammengebauten Zustand in eine Ringnut,
die durch das erste Bauteil 1 und das zweite Bauteil 2 gebildet
wird, eingelegt werden kann (siehe insbesondere 4a und 4b).
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Die 2, 4a und 4b zeigen in vergrößerter Darstellung den radialen
Verspannbereich mittels der Gewindebolzen 9. Dabei sind
insbesondere nochmals die Flächen 3, 4 sowie
die Nuten 5, 6 deutlich sichtbar.
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Die 3 zeigt
den montierten Zustand in radialer Blickrichtung, während die 5 eine Axialansicht längs der
Schnittlinie V-V von 4a und 4b zeigt. Auch hier ist nochmals
die alternierende Anordnung der Übertragungskörper 7 sowie
der Gewindebolzen 9 in den Ausnehmungen 10 dargestellt.
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Es versteht sich, dass die Übertragungskörper 7 auch
lose verwendet oder in anderer Art und Weise vormontiert sein können.
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Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte
Ausführungsbeispiel
beschränkt,
vielmehr ergeben sich im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und
Modifikationsmöglichkeiten.
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- 1
- erstes
Bauteil
- 2
- zweites
Bauteil
- 3
- erste
Fläche
- 4
- zweite
Fläche
- 5
- Nut
- 6
- Nut
- 7
- Übertragungskörper
- 8
- Träger
- 9
- Gewindebolzen
- 10
- Ausnehmung
- 11
- Mutter