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"Hochelastische Wellenkupplung, insbesondere zur Verwendung bei elastisch
gelagerten Antriebsmaschinen" Die Erfindung bezieht sich auf eine hochelastische
Wellenkupp-: hing, bei der die zu kuppelnden Wellen über mindestens einelastisches
Hülsenfederelement, das aus einem starren Innenring (Primärring), einem den Innenring
konzentrisch umgebenden starren Außenring
und einer diese beiden Hinge verbindenden gummielastischen Zwischenschicht besteht,
unmittelbar oder mittelbar verbunden bzw. zu verbinden sind, wobei jede., Hülsenfederelement
zwischen den. starren Ringen und der diese verbindende Zwi-;henschicht gleichsinnig
konische Bindungsflächen aufweist und in gekuppeltem Zustand infolge axialer Verspannung
unter radialer Vorspannung steht. Derartige Kupplungen haben. den Zweck$ Drehschwingungen,
elastiscr aufzunehmen, Ihr besonderer Vorzug liegt daring' daB-infolge axialer Verspannung
der Hülsenfederelemente eine radiale Verspannung erzeugt Werden kann. Durch radiale
Druckvorspanaung in vier gummielastischen Zwischenschicht erhöht eich
die Belastbarkeit der Kupplung ,wohl hinsichtlich der Größe des No#gndreho
mamenten als auch der Größe der dem Nenndrehmoment überlagerten l@tcha
e@,mv@ent e.
Eine bekannte Ausführung-solcher Kupplungen zeigt die
Abb. 1 des.DBGM 1 865 3249 in der zwei Wellen-durch zwei spiegelbildlich angeordnete
und gegeneinander verspannte Hülsenfederelemente elastisch gekuppelt sind.
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Bei einer. anderen Ausfühäungsform gemäß DBP 1 187 865, bei der es
sich um eine druckmittelbetätigte Doppelkegel-Reibungskupplung handelt, sind die
mit Außenkegel versehenen axial verschieblichen Kupplungsinnenteile je über ein
Paar spiegelbildlich angeordneter und gegeneinander verspannter Hülsenfeder- 1 elemente
mit der innen liegenden Welle verbunden.
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Die Kupplung nach dem dazugehörigen Zusatzpatent DBP 1 198 617
weist an jedem Hülsenfederelement mehr als eins gummielastische
Zwischenschicht auf, und die. paarweise jedem verschieblichen Kupplungsinnenteil
zugeordneten $ülsenfederelementie sind gleich sinnig, nicht spiegelbildlich
angeordnet.. Schließlich ist auch ein Drehfederelement bekannt (DBGY
1 911 306)bei dem eines der beschriebenen Hülsenfederelemente
mit
einem Scheibenfederelement in Parallelschaltung
kombiniert ist.
All diesen Kupplungen ist_gemeing da8 sie zwar eine
hohe Drehelastizität, doch nur eine sehr geringe radiale Elastizität
auf weisen. Es ist daher nicht ratsam, eine der vorgenannten Kupp-lungen
zur Verbindung von Wellen zu verwenden, bei denen währe
des Betriebes mit einen relativ großen Raadialversatz der Welle
zu
rechnen'ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine hochdrehelaanti$ohe
Wellen-.
mpplung zu schaffen, die es erlaubt, Wellen mit relativ
großem -.adialversatz zu kuppeln. Ein zeitweilig großer Radialversatz Kann beispielsweise
auftreten, wenn eine elastisch gelagerte Intriebamaschine mit einer starr gelagerten
Welle verbunden' ist.
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Die Erfindung soll auch die Aufgabe lösen, die bewährten hochdrehelastischen
Wellenkupplungen solchen Betriebsbedingungen anzupassen, wobei möglichst viele Elemente
der bisherigen Kupplungen unverändert übernommen werden sollten: Erfindungsgemäß
wird dies bei dem eingangs erwähnten hochdrehelastischen Wellenkupplungen dadurch
erreicht, daß dem Hülsenfederelement oder jeder Gruppe parallel geschalteter Hülsenfederelemente
ein Scheibenfederelement oder einig uppe parallel geschalteter Scheibenfederelemente
nachgescha.tst ist. Dabei besteht@jedes Scheibenfederelement aus einer ringförmigen,
starren, an einem Sekundärring oder an. mehreren zusammengefaßten Sekundärringen
befestigten Primärscheibe, einer der Primärscheibe mit Abstand axial gegenüberliegenden
und,mit der zweiter. Welle unmittelbar oder mittelbar verbundenen bzw. zu
verbindenden Sekundärscheibe und aus einer beide Scheiben verbindenden, gummielastischen
und im gekuppelten Zustand axial vorgespannten Zwischenschicht.
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Zweckmäßigerweise wird man zur Berücksichtigung der unter Belastung
in den Gummielementen zu erwartendon Spannungen dafür sorgen, daB in an sich bekannter
Weiso die Breite bzw. axiale Erstreckung der gummielastischen_Zwischenschicht eines
jeden
Hülsenfederelementes mit zunehmendem Durchmesser abnimmt und
eines jeden Scheibenfederelementes mit zunehmendem Durchmesser zunimmt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Innendurchresser
der elastischen Zwiächenschicht eines jeden Scheiben-Federelementes größer als der
Außendurchmesser des Sekundärringes des zugeordneten Hülsenfederelementes. Diese
Ausführungsform wird man wählen' wenn es auf eine kurze Baulänge ankommt und die
Vergrößerung des Außendurchmessers der Kupplung nicht zu Einbauschwierigkeiten führt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der-Erfindung -sind dem Hülsenfederelement
oder jeder Gruppe parallel geschalteter Hiilsenfederelemente zwei parallel geschaltete
Scheibenfederelemente in Spiegelbildlicher Anordnung nachgeschaltet. Eine solche
Anordnung erlaubt es, den paarweise befestigten Scheibenfederelementen eine gewünschte
axiale Vorspannung zu geben, die von der axialen Verspannung der Hülsenfederelemente
unabhängig ist.
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Dabei können die Sekundärscheiben der Scheibenfederelemente unmittelbar
aneinanderliegen. Dies erleichtert die Befestigung der sich nach außen anschließenden
Kupplungsteile.
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Es kann auch zweckmäßig sein, den Primärscheiben der Scheiben-. .
Federelemente einen gekröpften z-förmigen Querschnitt zu geben, und zwar derart,
daß die einwärts gerichteten Flansche bei der gewünschten axialen Vorspannung der
Scheibenfederelemente gerade flach auf®inanderliegen.
-Die erfindungsgemäß
kombinierten elastischen Elemente lassen sich in besonders einfacher Weise ausnutzen
für eine nichtschaltbare Kupplung, wobei die Sekundärscheibe bzwe -scheiben an einem
mit der zweiten Welle verbundenen Flansch oder Gehäuse befestigt sind.
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Doch auch für eine schaltbare Doppelkegel-Reibungskupplung ist die
erfindungsgemäße Kombination mit Vorteil' anzuwenden. In diesem Falle sind die Sekundärscheiben
einzeln oder gruppenweise mit den axial verschieblichen, mit Außenkegeln versehenen
Kupplungsinnenteilen verbunden.
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Insbesondere dann, wenn durch das gruppenweise Zusammenfassen von
Hülsenfederelementen oder Scheibenfederelementen Hohlräume gebildet werden, ist
es wichtig, eine unzulässige örtliche Erwärmung der Gummielemente zu verhindern.
Aus diesem Grande sind jene Hohlräume erfindungsgemäß durch Anordnung dafür vorgesehener
Kanäle luftkühlbar.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die im folgenden näher erläuterten
Ausführungsbeispiele. Sie umfaßt vielmehr eine Vielzahl von weiteren Kombinationen,
deren Auswahl von den jeweils gegebenen Betriebsbedingungen abhängt.
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In vielen Fällen wird man eine der bisher erwähnten Grundformen, wählen
können; tritt jedoch die Belastbarkeit hinsichtlich den
Nennmomentes oder
der Wechselmomente oder der radialen Ausschläge mehr in den Vordergrund, so wird
man zur optimalen Auslegung der Kupplung die Anzahl der gummielastischen
Elemente entweder vervielfachen oder bei gleicher Anordnung besondern dimensionieren.
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In den Abbildungen 1 bis 6 ist die Erfindung in Beispielen dargestellt.
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Abb. 1 zeigt einen -Schnitt durch eine nichtschaltbare Kupplung einfachster
Bauart mit einem Hülsenfederelement und einem dieses umgebenden Scheibenfederelement.
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Abb. 2 zeigt einen Schnitt durch eine ähnliche Kupplung, bei. dean
Stelle eines Scheibenfederelementes zwei Scheibenfed& elemente vorgesehen sind.
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Abb. 3 zeigt eine nichteohaltbare Kupplung mit zwei paarweise gegeneinander
verspannten Hülsenfederelementen, denen zwei paarweise gegeneinander verspannte
Scheibenfeder-- elemente nachgeschaltet sind. -Abb. 4. unterscheidet sich lediglich
durch die Gestaltung und Befestigung der Primärscheiben von Abb. 3.' Abb. 5 zeigt
eine Kupplung wie die in Abb. 3, jedoch mit nur einem Scheibenfederelement.
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Abb. 6 zeigt eine Abwandlung der Kupplung nach Abb. 4, wobei d-' je
zwei paarweise verbundenen Hülsenfederel,emente nicht spiegelbildlich, sondern gleichsinnig
angeordnet sind, in einer Anwendung Füreine schaltbare Doppelkegelreibungskuppl:un:g.
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Im Einzelnen zeigt die Abbildung 1 zwei zu kuppelnde Wellen 1 und
2. Auf der Welle 1 ist eine Flansch-Nabe 3 drehfest und axial unverschieblich angeordnet.
Ein Hülßenfederelement, bestehend aus einem Innenring 4 (dem sog. Primärring) mit
konisc Außenfläche, einem Außenring 5 (dem sog. Sekundärring) mit konischer Innenfläche,
und einer den Primärring 4 und den
Sekundärring 5 verbindenden,
gummielastischen Zwischenschicht 6, ist auf der Flanschnabe 3 zentriert, wobei.
der Primärring 4 mittels Befestigungsschrauben an dem Flansch der Nabe 3 befestigt
ist. Die sich-nach außen verjüngende Zwischenschicht -6 ist durch eine konische
Zwischenhülse unterteilt in eire innere Schicht 6a und eine äußere-Schicht 6b. Anden
konischen Bindungsflächen-ist die gummielaatische Schicht jeweils anvulkanisiert.
Dem beschriebenen Hülsenfederelement 4, 5, 6 ist ein Scheibenfederelement nachgeschaltet,
das aus einer starren ringförmigen Scheibe 7 (der sog. Primärscheibe), aus einer
zweiten, der Primärscheibe axial gegenüberliegenden starren Scheibe 8 (der sog.
Sekundärscheibe) und aus einer beide Scheiben.verbindenden gummielastischen Zwischenschicht
9 besteht. Der Sekundärring 5-und die Primärscheibe 7 überdecken sich in radialer
Richtung, wobei eine Eindrehung in der Scheibe'? die Zentrierung be-Kirkt. Mittels
Befestigungsschrauben sind beide Teile miteinander verbunden. Die Bindungsflächen
der sich gegenüberliegenden Scheiben 7 und 8 streben mit zunehmendem Durchmesser
auseinander. Der Sekundärring 8 überdeckt in radialer Richtung den einwärts gerichteten
Flansch eines Kupplungsgehäuses 10, an dem der Sekundärring 8 angeschraubt ist.
Das Kupplungsgehäuse 10 ist seinerseits mit einer auf der Welle 2 befestigten Flansch-Nabe
11 Terschraubt. Das Scheibenfederelement 7, 8, 9 ist so gestaltet und angeordnet,
daß die Mittelpunkte der Scheiben 7 und 8 während desdee Betriebes der Kupplung
um das gewünschte Maß aus ihrer Normallage auf der Mittellinie der Welle 1 schwingen,können.
Da das Hülsenfederelement zwar h®chdrehelastisch aber nur wenig
radialelastisch
ist,, wird die auftretende und zulässige Exzentrizität der mit dem Sekundärring
5 verbundenen Primärscheibe ? nur gering sein. Infolge der hohen Radialelastizität
.des Scheibenfederelementes darf die Exzentrizität der Sekundärscheibe 8 wesentlich
größer sein als die der Primärscheibe 7e Eine maximale Exzentrizität von
10 mm und mehr ist beispielsweise bei Kupplungen für 800 kpm noch beherrschbar.
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Die Ausführungsform der Abb. 2 unterscheidet sich von der nach Abb.
1 durch ein zusätzliches Scheibenfederelement. Die zwei parallel geschalteten und
spiegelbildlich angeordneten Scheibenfederelemente liegen mit ihren Sekundärscheiben:
8,8 aneinander. Die in diesem Falle z-förmig gekröpften Primärscheiben 7r,.
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weisen vor der Bontage einen gewissen Abstand voneinander auf. Durch die
gemeinsame Befestigung der Primärscheiben 7', 7' an dem Sekundärring 5 des Hülsenfederelementes
werden die Scheibenfederelemente in gewünschter Weise axial vorgespannt. Im montierten
Zustand liegen auch die einwärts gerichteten Flansche der Primärscheiben aneinander.
Die Kupplung nach Abb. 2 ist radialsteifer als die Kupplung nach Abb. 1. Bei den
beiden genannten Kupplungen lassen sich die elastischen Elemente ohne axiale Verschiebung
der Wellen in radialer Richtung ausbauen. Die Ausführungsform nach Abb. 3 enthält
eine Doppelanordnung der elastischen Elemente gemäß Abb. 1. Zwei parallelgeschaltete
Hülsenfederelemente in spiegelbildlicher Anordnung, die mit ihren Primärringen 4,4
aneinanderliegen, weisen vor der Befestigung der Scheibenfederelemente einen axialen
Abstand zwischen ihren Sekundärringen 5,5 auf. Mit dem Anziehen der Befestigungsschrauben,
die die Sekundärringe 5,5 mit-den Primärscheiben
7,7 verbinden:,
werden gleichzeitig sowohl die 33ü.1-.senfederelemente als auch die Scheibenfederelemente
in axialer Richtung vorgespannt, Die Sekundärringe 5,5 sind zwischen den
ungekr:öpften Primärscheiben 7,7 angeordnet.- Dadurch wird der Platzbedarf hinsichtlich
der radialen Gesamtabmessung gegenüber der Ausführung nach Abb. 2 vermindert. Nicht
dar geetellte Luftkanäle in Form von durchbrochenen Distanzringen zwischen den Ringen
4 und 4 bzw. 5 und 5 und nach außen führende Bohrungen in den Scheiben 7,7 können
für einen Luftwechsel in den durch die paarweise Anordnung der elastischen Elemente
entstandenen Hohlräumen sorgen.
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Die Ausführung nach Abb. 4 ist der Ausführung nach Abb. 3 sehr ähnlich.
Zwei parallel geschalteten Hülsenfederelementen sind zwei parallel geschaltete Scheibenfederelemente
nachgeschaltet. Die Primärscheiben sind. wie in Abb. 2 z-förmig gekröpft. Zur Gewährleistung
der erforderlichen axialen Vorspannung zwischen den Hülsenfederelementen ist zwischen
den Primärringen 4 und 4 ein Distaizring 'i2 angeordnet. Dadurch entsteht ein nicht
unerwünschter Abstand zwischen den gummielastischen Zwischenschichten der Hülsenfederelemente,
wobei der eingeschlossene Hohlraum in nicht dargestellter Weise belüftbar ist, Der
Hohlraum zwischen den paarweise angeordneten Scheibenfederelementen ist über Bohrungen
in den Primärscheiben 7', 7' mit der Aussenluft verbunden.
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Die Kupplungen gemäß den Abb.-4 und@5 weisen beide in eich verspannte
elastische Elemente auf, so daß auf die: Welle 2 kein Axialschub ausgeübt wird.
Eine
andere Variante 'zeigt die Abb. 5, bei der zwei parallel geschalteten Hülsenfederelementen
ein Scheibenfederelement nachgeschaltet ist. Die Kupplung nach Abbo 5 ist torsionssteifer.als
die nach Abb. 1.
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Abb. 6 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einer durch Druckmittel
zu betätigenden hochelastische. Doppelkegelreibungsinnen kupplung. Die mit Außenkegel
versehenen verschieblichen Kupplung teile 13, 13 lassen sich pneumatisch mittels
einer mit ihnen verbundenen Kolben-Zylinder-Einheit 14 in axialer Richtung gegen
die mit Innenkegel versehenen Kupplungsaußenteile (Gehäuse) verschieben. Die Verschiebung
erfolgt gegen die Rückstellkraft zweier Gruppen elastischer Elemente, von denen
jede aus zwei parallel geschalteten Hülsenfederelementen 4, 5, 6 und zwei untereinander
parallel geschalteten, doch den Hülsenfederelementen nachgeschalteten Scheibenfederelementen
79.89 9 besteht, Die Rückstellkraft wird dabei fast allein von den Hülsenfederelementen
hervorgerufen, wobei die Hülsenfederelemente einer un, derselben Gruppe nicht spiegelbildlich
sondern gleichsinnig angeordnet sind. Im ausgerückten Zustand legen sich
die mit den
verschieblichen Kupplungsinnenteilen 13, 13 verbundenen
kegeligen Abstützflächen gegen eine entsprechend geformte Stützvorrichtung 15, die
mit der Welle verbunden ist. Nicht dargestellte Bohrungen in der mit der Hohlwelle
1' verbundenen Flans Nabe 3', in den Distanzringen 12' usw. erlauben eine ZWengsbelüftung
der Hohlräume zum Zwecke der Kühlung der gummielastisch Zwischenschichten.
Damit
bereits vorhandene hochdrehelastische Kupplungen, die le-
diglich mit Hülsenfederelementen
ausgerüstet waren, ohne wesentliche sonstige Veränderungen zu erfindungsgemäßen
Kupplungen, die darüberhinaus auch noch hochradialelastisch sind, umgebaut werden
die Anschlußmaße der elastischen Elemente und deren Abstufungen so gewählte daß
ein handelsübliches Hülsenfederelement durch ein Hülsenfederelement mit nachgeschaltetem
Scheibenfederelement ersetzt werden kann, wobei eine derartige Kombination in den
wichtigen Anschlußmaßen mit dem vorher allein verwendeten Hülsenfederelement übereinstimmt,;
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