DE1450207B1 - Drehelastische Kupplung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine drehelastische maschine zugeführten Resonanzschwingungen den Kupplung, bestehend aus einem Drehstab, dessen Lagerungsaufwand gegenüber vergleichbaren Kuppeines Ende mit der getriebenen Welle und dessen lungen maßgeblich herabsetzt. Zu diesem Zweck ist, anderes Ende mit der treibenden Welle und einem ausgehend von einer drehelastischen Kupplung der Ende eines konzentrisch zum Drehstab angeordneten 5 eingangs bezeichneten Art, erfindungsgemäß vorRohres drehfest verbunden ist, dessen anderes Ende gesehen, daß in an sich bekannter Weise die von der eine Hülse mit gleichmäßig über einem Umfang Buchse radial nach außen gerichteten Zähne bis an verteilten radial nach innen gerichteten Zähnen auf- die Innenfläche der Hülse heranreichen und gemeinweist, die unter Bildung von Kammern in Zahn- sam mit dieser Fläche das einzige Radiallager lücken von radial nach außen gerichteten Zähnen io bilden.

einer mit dem einen Ende des Drehstabs drehfest ver- Zur Schwingungsdämpfung erfolgt bei der neuen bundenen Buchse eingreifen, wobei die Kammern drehelastischen Kupplung im wesentlichen nur ein mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, die sich bei Relativ- Flüssigkeitstransport durch die zwischen den Zahnbewegung der inneren und äußeren Zähne in Um- köpfen der von der Hülse nach innen gerichteten fangsrichtung über zwischen den Zahnköpfen und 15 Zähne und der gegenüberliegenden zylindrischen der gegenüberliegenden zylindrischen Wand ausge- Wand gebildeten Drosseln von einer Kammerhälfte bildete Drosseln ausgleicht. zur anderen, während die radial nach außen ge-

AIs Einrichtung zur Dämpfung von Drehschwin- richteten Zähne der Buchse mit der Innenfläche der gungen für den Antrieb von Schwungmassen, wie Hülse ein Radiallager bilden und einen Flüssigkeits-Propellern od. dgl. ist bereits eine Kupplung bekannt, 20 durchlaß weitgehend verhindern. Auf diese Weise bei der ein drehelastischer Stab und ein diesen wird bei geringstem Aufwand die Dämpfungsumgebendes starres und rohrförmiges Bauteil an anordnung mit einem Radiallager zwischen dem einem Ende miteinander verbunden und am anderen drehelastischen und dem starren Körper an dem Ende relativ zueinander innerhalb bestimmter relativ drehbaren Ende kombiniert.
Grenzen drehbar sind, wobei diese Relativbewegung 25 Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der gedämpft wird. Die feste Verbindung zwischen dem Erfindung ist vorgesehen, daß die Kammern über an starr ausgebildeten Rohr und der drehelastischen sich bekannte Ringleitungen an den axial gegenüber-Welle befindet sich bei dieser bekannten Ausführung liegenden Enden und radialen Bohrungen mit einem an der Abtriebsseite, während an der Antriebsseite Vorratsbehälter in Verbindung stehen. Der Vorratsüber den Außenumfang des starren Rohrs verteilte, 30 behälter läßt eine Expansion des Hydraulikmittels zu. nach außen gerichtete Zähne unter Bildung von Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Kammern in Zahnlücken von radial nach innen folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. In gerichteten Zähnen einer Zahnkranzinnenwand ein- der Zeichnung ist

greifen, wobei die Zahnkranzinnenwand mit dem F i g. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht der

Antriebsende der drehelastischen Welle drehfest ver- 35 Kupplung,

bunden ist. Die durch die ineinandergreifenden F i g. 2 ein vergrößerter Schnitt nach Linie 2-2 der

Zähne gebildeten Kammern sind mit Flüssigkeit ge- Fig. 1,

füllt, die sich unter Dämpfung der Drehgeschwindig- F i g. 3 ein Teilschnitt in verkleinertem Maßstab

keitsschwankungen bei Relativbewegung der inneren nach Linie 3-3 der Fig. 1.

gegen die äußeren Zähne über die zwischen den 40 In F i g. 1 ist die drehelastische Kupplung im Zahnköpfen und der gegenüberliegenden zylindri- Ganzen mit 10 bezeichnet, die am linken oder Einschen Wand ausgebildeten Drosseln ausgleicht. Diese gangsende ein Kreuzgelenkteil 11 aufweist, das mit bekannte Einrichtung benötigt eine antriebsseitige einem gleichen, am Ausgang einer Kraftquelle, z. B. Lagerung des starren Rohrs in bezug auf die dreh- einer Antriebsmaschine (nicht dargestellt) angeelastische Welle, damit die beiden relativ zueinander 45 ordneten Gelenkteil verbunden wird,
beweglichen Teile bzw. Enden in koaxialer Stellung Das Gelenkteil 11 wird von einem Ring 12 gegehalten werden. tragen, welcher eine Keilwellenverbindung 13 zur

Es ist ferner eine hydraulische Kupplung bekannt, Aufnahme des Eingangs- oder Antriebsendes eines

bei der die Kraftübertragung von einem mit radial Drehstabes 14 aufweist. Das antriebsseitige Ende

nach außen stehenden Zähnen versehenen Ring- 50 eines Rohres 15 übergreift mit einem satten Sitz einen

körper auf einen konzentrisch auf diesem gelagerten äußeren Abschnitt des Ringes 12 und ist konzentrisch

Zahnkranz mit radial nach innen stehenden Zähnen und im Abstand zu dem Drehstab 14 angeordnet und

erfolgt. Die über den Innenumfang verteilten Zähne in geeigneter Weise, beispielsweise durch eine

des außenliegenden Zahnkranzes greifen mit ent- Schweißnaht 16, fest mit dem Ring 12 verbunden,

sprechendem Flankenspiel in die zwischen den 55 Der Ring 12, der Drehstab 14 und das Rohr 15 sind

Zähnen des innenliegenden Ringkörpers vorhandenen daher drehfest miteinander verbunden.

Zahnlücken. Das über eine axiale Bohrung der Das gegenüberliegende oder Abtriebsende des

treibenden Welle zugeführte Hydraulikmittel wird Drehstabs 14 greift in eine Keilwellenverbindung 17

über in jedem der Zähne des inneren Ringkörpers des einen Endes einer konzentrischen Buchse 18 ein,

vorgesehene Bohrungen in die zwischen den Zahn- 60 welche ein Kreuzgelenkteil 19 trägt, welches als

flanken der ineinandergreifenden Zähne gebildeten Universalgelenkverbindung direkt und in üblicher

Zwischenräume geleitet, und zwar über an den Weise mit einem weiteren Gelenkteil verbunden wird,

Zahnfüßen der Zähne des äußeren Zahnkranzes vor- welches am Antriebsende einer getriebenen Vorrich-

gesehene achsparallele Nuten. tung (nicht dargestellt) befestigt ist. Die Keilwellen-

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe 65 verbindung 17 ist so ausgebildet, daß das eine Ende

zugrunde, eine in der Herstellung und im Betrieb des Drehstabes 14, die Buchse 18 und das Joch 19

billige drehelastische Kupplung anzugeben, die bei drehfest verbunden sind. Der Kraftfluß durch die

wirkungsvoller Dämpfung der von der Antriebs- Verbindung 10 geht also vom Kreuzgelenkteil 11 aus

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und verläuft nacheinander über den Ring 12, den fangskanal42 in Verbindung. Der Ring 40 wird

Drehstab 14, die Buchse 18 zum Kreuzgelenkteil 19. durch das übergreifende linke Ende der Hülse 20 zu-

Das antriebsartige Ende des Rohres 15 übergreift mit sätzlich in Stellung gehalten. Es können auch vier

festem Sitz einen vorderen Umfangsabschnitt einer radiale Bohrungen 33 vorgesehen sein. Eine Dichtung

Hülse 20 und ist beispielsweise durch eine Schwei- 5 für das hydraulische System wird am rechten Ende

ßung 21 mit dieser verbunden. Die Hülse 20 umgibt desselben durch einen Ring 43 gebildet, welcher

konzentrisch einen mittlern Abschnitt der Buchse einen Dichtungsring 44 trägt, der dichtend an einer

18, wobei von der Innenfläche 22 der Hülse 20 Fläche 45 der Buchse 18 anliegt und in geeigneter

mehrere über dem Umfang verteilte, axial nach Weise zwischen dieser Fläche und einem umgeben-

innen gerichtete Zähne 23 vorstehen. Im Zu- ia den Abschnitt 46 der Hülse 20 gehalten wird,

sammenwirken mit den Zähnen 23 sind mehrere über Ein Lüftungskanal 47 erstreckt sich radial aus-

dem Umfang verteilte, axial nach außen gerichtete wärts vom Druckring 36 zum Umfang der Hülse 20,

Zähne 24 an der Außenfläche 25 der Buchse 18 vor- wobei dieser Kanal normalerweise durch eine Dich-

gesehen. tung 48 verschlossen ist, welche durch einen Stopfen

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegen die Umfangs- 15 49 in Stellung gehalten wird. Wenn das hydraulische

flächen der Zähne 24 an der Innenfläche 22 der System leer ist, müssen zur Füllung zunächst die

Hülse 20 an. Durch die Verwendung der Zähne 24 Stopfen 29 und 49 sowie die Dichtung 48 entfernt

für diesen Zweck wird eine andernfalls notwendige werden. Die Flüssigkeit wird in den Füllkanal 30 ge-

Lagerung an dieser Stelle überflüssig gemacht. Aus gössen und fließt in den Vorratsbehälter 31 und nach

Fig. 2 ist ferner ersichtlich, daß sich zwischen be- 20 außen durch die radialen Bohrungen33 und 37 in

nachbarten Zähnen 24 und dem dazwischenliegen- die Ringleitungen 34 und 38.

den Zahn 23 axial verlaufende Kammern 26 und 27 Die durch die radialen Bohrungen in die Ring-

an den gegenüberliegenden Seiten jedes Zahns 23 leiter 34 und von dort in die Spalte 50 (s. Fig. 3),

ergeben, die von den Flächen 22 und 25 einge- die zwischen den einander gegenüberstehenden

schlossen sind. Die Kammern 26 und 27 stehen über 25 Enden der im wesentlichen halbkreisförmigen Teile

eine Drossel 28 miteinander in Verbindung, die 51 des Druckringes 36 eingeschlossen sind, strömende

zwischen dem Zahnkopf des Zahnes 23 und der Flüssigkeit fließt über einen Ringraum 52 an den

Innenfläche 25 der Hülse 20 liegt, wobei ebensoviele benachbarten Enden der Zähne 23 und 24 in alle

Drosseln 28 wie Zähne 23 vorhanden sind. Kammern 26 und 27. Die Flüssigkeit fließt nachein-

Im Betrieb bilden die Kammern 26 und 27 und die 30 ander durch die radialen Bohrungen 37, die Ring-Drossel 28 einen Teil eines hydraulischen Systems, leitung 38 und den Kanal 42 in eine ringförmige das wie folgt ausgebildet ist. Ein Stopfen 29 ver- Kammer 53, welche an den benachbarten Enden der schließt normalerweise das Einlaßende eines in der Zähne 23 und 24 vorgesehen ist. Die Ringkammern Buchse 18 vorgesehenen geneigten Füllkanals 30. 52 und 53 werden zweckmäßig durch eine ange-Das andere Ende dieses Kanals ist mit dem einen 35 messene Verkürzung der Zähne 23 und 24 gebildet. Ende eines ringförmigen Vorratsbehälters 31 ver- Die ursprünglich die verschiedenen Leitungen und bunden, welcher koaxial in der Buchse 18 zwischen Kammern des Systems ausfüllende Luft wird durch dieser und einem in einem geeigneten Abstand von die dann offene Lüftungsöffnung 47 abgeführt, und der Buchse 18 befestigten ringförmigen Mantel 32 wenn das System mit Flüssigkeit gefüllt ist, werden eingeschlossen ist. Der Vorratsbehälter 31 ist länger 40 die Dichtung 48 und die Stopfen 29 und 49, wie in als die Keilwellenverbindung 23-24, so daß eine F i g. 1 gezeigt, eingesetzt. Eine geeignete Flüssigkeit Verbindung zwischen dem Füllkanal 30, dem Vor- ist Silikon mit einer kinematischen Viskosität von ratsbehälter 31 und den Kammern 26 und 27 ge- 30 000 Zentistoke bei 25° C.
schaffen werden kann. Das Problem, welches beim Auftreten einer Dreh-

Dabei ist der Füllkanal 30 durch mehrere über 45 schwingung mit Resonanz bei einem Drehsystem der den Umfang verteilte, radiale Bohrungen 33 in der beschriebenen Art, mit einer Antriebsmaschine, einer Buchse 18 mit einer Ringleitung 34 verbunden, von dieser entfernt angeordneten Last und einer welche einer Ringleitung 35 gegenüberliegt, in der ein dazwischen vorgesehenen Kupplung 10 entsteht, wird geteilter Druckring 36 angeordnet ist, um die Axial- in der folgenden Weise gelöst. Der Drehstab 14 bebelastungen z. B. als Folge von Längenveränderungen 50 sitzt ausreichende Steifigkeit, um die Drehresonanzaufzunehmen. Die Ringleitung 34 steht mit allen frequenz des Systems unterhalb der Leerlaufdrehzahl Kammern 26 und 27 am rechten Ende der Keil- der Antriebsmaschine zu halten, so daß eine Drehwellenverbindung in Verbindung, die von den resonanz nur auftreten kann, wenn die Maschine Zähnen 23 und 24 in der im folgenden beschriebenen angelassen bzw. angehalten wird, was auf die Träg-Weise gebildet sind. 55 heitseigenschaften der Antriebsmaschine und der an-

Am gegenüberliegenden Ende dieser Keilwellen- getriebenen Last zurückzuführen ist.
verbindung verbinden mehrere über dem Umfang Wenn beispielsweise die Antriebsmaschine mit verteilte, radiale Bohrungen 37 in der Buchse 18, einem entfernt angeordneten hydraulischen Drehvon denen vier in Fig. 2 gezeigt sind, den Vorrats- momentwandler verbunden ist und eine Leerlaufbehälter 31 mit einer Ringleitung 38. Diese Leitung 60 drehzahl von 400 Umdrehungen je Minute hat, wird liegt vor einer Ringschulter 39 mit kleinem Durch- die Steifigkeit des Drehstabs 14 so gewählt, daß die messer, auf welcher ein in geeigneter Weise be- Resonanzfrequenz bei 300 Umdrehungen je Minute festigter Ring 40 sitzt, der als Träger eines dichten auftritt oder jedenfalls unter der Leerlaufdrehzahl an der Schulter 39 links von der Ringleitung 38 der Maschine liegt. Oberhalb der Leerlaufdrehzahl anliegenden Dichtungsringes 41 dient. Die Ring- 65 der Maschine ist das System infolge der gewählten leitung 38 steht mit allen Kammern 26 und 27 am Steifigkeit des Stabes 14 frei von Drehresonanz,
linken Ende der durch die Zähne 23 und 24 ge- Außerdem wird für eine ausreichende Dämpfung bildeten Verbindung über einen ringförmigen Um- der Drehresonanzschwingung unterhalb der Leerlauf-

drehzahl der Maschine, insbesondere während des Anlassens und Anhaltens der Maschine gesorgt. Diese Funktion übernehmen die Kammern 26 und 27 sowie die Drosseln 28. Während des Anlassens der Maschine drehen sich beispielsweise der Ring 12 und die linken Enden des Drehstabes 14 und des Rohres 15 (s. Fig. 1) infolge ihrer festen Verbindung zusammen, während am gegenüberliegenden Ende der Verbindung das rechte Ende des Drehstabes 14 und die mit dem getriebenen Teil verbundene Buchse 18 infolge ihrer genormten Keilwellenverbindung 17 sich als eine Einheit relativ zu der fest mit dem rechten Ende des Rohres 15 verbundenen Hülse 20 drehen können. Diese relative Drehbewegung wird durch die Abstände der Zähne 23 und 24 erreicht. Diese Relativdrehungen erfolgen sehr schnell und bewirken eine Flüssigkeitsströmung zwischen den Kammern 26 und 27 über die Drosseln 28. Diese Strömung baut eine Drehmomentgegendämpfung auf, welche die Schwingungen bei Resonanz auf einen zulässigen Wert begrenzt. Wenn die Maschine angehalten wird, tritt die Relativdrehung in umgekehrter Richtung auf.

Die Zähne 24 dienen als Lager zwischen der Buchse 18 und der mit dem Rohr 15 fest verbundenen Hülse 20, wodurch gesonderte Lager zwischen diesen Bauteilen vermieden werden, wobei aber das Rohr 15 in der Lage ist, das in der Verbindung auftretende Kräftepaar und die Biegeschwingungskräfte aufzunehmen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Drehelastische Kupplung bestehend aus einem Drehstab, dessen eines Ende mit der getriebenen Welle und dessen anderes Ende mit der treibenden Welle und einem Ende eines konzentrisch zum Drehstab angeordneten Rohres drehfest verbunden ist, dessen anderes Ende eine Hülse mit gleichmäßig über einen Umfang verteilten radial nach innen gerichteten Zähnen aufweist, die unter Bildung von Kammern in Zahnlücken von radial nach außen gerichteten Zähnen einer mit dem einen Ende des Drehstabs drehfest verbundenen Buchse eingreifen, wobei die Kammern mit einer Flüssigkeit gefüllt sind, die sich bei Relativbewegung der inneren und äußeren Zähne in Umfangsrichtung über zwischen den Zahnköpfen und der gegenüberliegenden zylindrischen Wand ausgebildete Drosseln ausgleicht, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die von der Buchse (18) radial nach außen gerichteten Zähne (24) bis an die Innenfläche der Hülse (20) heranreichen und gemeinsam mit dieser Fläche das einzige Radiallager bilden.

2. Drehelastische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (26, 27) über an sich bekannte Ringleitungen (34,35) an den axial gegenüberliegenden Enden und radialen Bohrungen (33,37) mit einem Vorratsbehälter (31) in Verbindung stehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen