DE1947065A1

DE1947065A1 - Sicherheitsentkupplungswelle

Info

Publication number: DE1947065A1
Application number: DE19691947065
Authority: DE
Inventors: Vance John Edward
Original assignee: Garrett Corp
Current assignee: Garrett Corp
Priority date: 1968-10-10
Filing date: 1969-09-17
Publication date: 1970-04-16
Also published as: US3536174A; GB1231676A; FR2020349A1; DE1947065B2

Description

THE GARRETT CORPORATION, Phoenix, Arizona / USA

Sicherheitsentkupplungswelle

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Sicherheitseinrichtungen und zwar eine Vorrichtung, die zwischen treibenden und angetriebenen Elementen verwendbar ist, um eine Beschädigung des einen oder anderen Elements aufgrund fehlerhaften Betriebs des jeweils anderen der beiden Elemente zu verhindern. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine reversible, die Scherkraft übertragende Welle zum Gebrauch zwischen einem Anwerfmotor und einer Kraftmaschine, beispielsweise einer Gasturbine.

Mankennt bereits eine Mehrzahl solcher Vorrichtungen, doch keine von ihnen ist frei von Nachteilen· Die bekannten Vorrichtungen versagen bei der Ausführung der gewünschten Funktion, d.h. sie lassen es zu, daß die treibende oder die angetriebene Vorrichtung die jeweils

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andere Vorrichtung beschädigt, was einen Aufenthalt, kostspielige Reparaturen oder Erneuerungen von Teilen notwendig macht. Außerdem sind die bereits bekannten Vorrichtungen so kompliziert, daß sie eine ständige Pflege ofer häufigen Service durch Fachleute benötigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher darin zu sehen, eine Sicherheitsentkupplungswelle für die Übertragung der Bewegung von einem Anlasser auf eine Kraftmaschine zu schaffen, welche unter Vermeidung der genannten Nachteile einen einfachen Aufbau bei einer minimalen Anzahl von Einzelteilen aufweist, dabei aher narrensicher zu bedienen und betriebssicher ist.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt einen Seitenriß einer erfindun^emäßen Entkupplungswelle, wobei die Welle zusammengefügt und betriebsbereit dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt in ähnlicher Weise die in Fig. Λ dargestellte Welle nach einem Entkupplungsvorgang.

Fig. 3 zeigt einen Axialschnitt längs der Linie III-III der Fig. 1.

Fig. 4· zeigt in ähnlicher Weise die Welle nach einem Entkupplungsvorgangο

Fig. 5 zeigt einen Axialschnitt durch die Welle, während die Teile gerade zusammengefügt werden.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung der komplementären Enden der Wellenabschnitte und zwar

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in einem Abstand voneinander, um die Anordnung der Greifer und der Ausnehmungen aufzuzeigen.

Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch die Welle längs der Linie VIl-VII der Fig. 4.

Die in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Entkupplungswelle umfaßt einen ersten Abschnitt 1o und einen zweiten Abschnitt 11, die zueinander komplementär ausgebildete Enden 12 bzw. 13 aufweisen, die als gegenseitige Widerlager geeignet sind. Diese genannten Abschnitte tragen ferner Längsnuten 14 und 15, um die Entkupplungswelle mit antreibenden bzw. anzutreibenden Elementen, beispielsweise mit Komponenten des Anlassers und der Kraftmaschine, zu verbinden. Die Längsnuiren bilden sichere Verbindungen mit den Komponenten des Anlassers und der Kraftmaschine für die Übertragung des Drehmoments, lassen aber auch eine gewisse Axialbewegung zu. Es kann aber auch eine andere Verbindungsart mit Anlasser und Motor verwendet werden.

Die zueinander komplementären, aneinander angrenzenden Enden der Wellenabschnitte 1o und 11 sind, wie in Fig. 6 gezeigt ist, mit ineinanderpassenden Greifern 16 und Auskeillungen 17 (im vorliegenden Beispiel jeweils drei) versehen, um eine Antriebsverbindung oder eine Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments zu schaffen. Die Greifer weisen Kupplungsfläcteη 16a auf,

um das Drehmoment zu übertaten, wenn die Abschnitte in bestimmten Richtungen gedreht werden, und außerdem weisen sie noch weitere zur Kupplung dienende Nockenfiächen 18 und 19 auf, die darauf abzielen, die Abschnitte in axialer Richtung voneinander zu trennen,

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wenn sie entgegen den vorbestimmten Drehrichtungen gedreht werden· Die Kupplungsflächen 16a verlaufen schwach genagt zur Wellenachse, damit die Abschnitte stärker miteinander in Eingriff k>mmen, sobald sie in den bestimmten Richtungen gedreht werden.

Um einer axialen Trennung der Abschnitte einen nachgiebigen Widerstand entgegenzusetzen, ist eine neue Vorrichtung mit einer Stange (Bremsstange, torque rod) 2o, die sich axial durch die Wellenabschnitte erstreckt, vorgesehen. Diese Stange 2o trägt an ihrem einen Ende einen hexagonalen Kopf 21, der in eine entsprechend geformte öffnung des Wellenabschnitts 11 paßt. Das andere Ende der Stange ist mit einem axial verlaufenden Schalitz 22 versehen, der sich quer durch die Stange erstreckt, eine vorgegebene Länge hat und dazu dient, zwei Haltestifte 23 und 23A, die durch den Wellenabschnitt 1o verlaufen, aufzunehmen. Der Abschnitt 1o weist ferner ein rohrförmiges Element 24- auf, das die Stange umgibt und zum Teil in den Wellenabschnitt 11 hineinragt. Dieses Rohr ist an des Abschnitt 1o angelötet, es bildet somit einen Teil dieses Abschnitts. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist das Rohr an einer Stelle, beispielsweise bei 2^ etwas dünner ausgebildet, um die Größe der Lötverbindung zwischen dem Rohr und dem Abschnitt 1ο zu begrenzen. Diese Ausnehmung stimmt mechanisch mit einer Rille 26 im Abschnitt 1o überein, um mit dieser zusammen einen zerbrechlichen Bereich zu bilden, der dazu dient, die Kraftmaschine abzusichern, falls von dem Anlasser einmal ein unzulässiges Drehmoment übertragen würde.

In dem Fall, daß der Motor aus irgendeinem Grund frißt und der Anlasser ein übergroßes Drehmoment überträgt, wird die Welle an der Rille 26 abscheren und auf diese

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Weise eine Beschädigung des Anlassers oder des Motors verhindern. Die Welle weist außerdem noch eine weitere Einkerbung 27 auf, die für die Aufnahme' eines Dichtungsrings vorgesehen ist.

Der Wellenabschnitt 11 ist mit einer Innennut 28 für die Aufnahme eines geschlitzten Rings 3o versehen. Dieser geschlitzte Ring ist federnd ausgebildet und zielt daraufhin, sich zusammenzuziehen. Man sieht aus Fig. 3, daß die Beziehung zwischen der Länge des Rohres 24- und der Stange 2o so gewählt ist, daß bei ordnungsgemäßer Vereiiigung dieser Teile mit dem Wellenabschnitt 1o eine Ausnehmung 31 zwischen dem Rohrende und dem Kopf 21 der Stange fbeibleibt. Diese Ausnehmung ermöglicht, daß sich der Ring 3o zusammenziehen kann, sobald die Wellenabschnitte 1o und 11 beim Ausrücken der Kupplung axial voneinander getrennt werden, wobei sich der Ring dann teilweise in der Ausnehmung 31 und in der Ringnut 28 des Wellenabschnitts 11 befindet, um eine weitere axiale Verschiebung dieser Wellenabschnitte relativ zueinander zu verhindern.

Aus Eig. 4 ist zu erkennen, daß nach einem Entkupplungsvorgang der Kopf 21 der Stange aus der hexagonal geformten öffnung in dem Wellenabschnit1/!1 herausgezogen ist. Die beiden Wellenabschnitte können sich dann relativ zueinander drehen,ohne daß eine Bewegungsübertragung zwischen beiden stattfindet. Aufgrund der Anordnung des Ringes 3o in der Ausnehmung 31 und der Nut 28 können die Abschnitte nicht ohne weiteres soweit ineinandergeschoben werden, daß sie in Eingriff stehen. Infolge der Elastizität des Ringes 3o können aber die Wellenabschnitte während des

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erneuten Zusammenbaus der Welle für einen anschließenden Betrieb aufeinander zubewegt werden» Es ist aber bei diesem Zusammenfügen notwendig, den Kopf 21 der Stange in die hexagonale Öffnung des Wellenabschnitts 11 einzuschieben und dann die Abschnitte relativ zueinander soweit zu verdrehen, bis die Greifer 16 mit den Ausnehmungen 17 fluchten. Diese, Relativdrehung übt anfanglich auf die Stange eine Torsionskraft aus, die ihrerseits ₉ sobald die Abschnitte soweit ineinandergeschoben sind, daß sie ineinandergreifen, eine Kraft auf die Abschnitte ausübt, um die Flächen 16A in einem ein Drehmoment übertragenden Eingriff zu halten. Diese Verbindung zielt auch darauf hin, eine axiale Trennung der Wellenabschnitte zu verhindern. Es ist verständlich, daß, sobald eine Kraft auf die Wellenabschnitte ausgeübt wird, die die Nockenflächen 18 und 19 aufeinander zubewegt, ein^wjejLt er es Drehmoment auf die Stange übertragen wird, um dieser Bewegung" einen nachgiebigen Widerstand entgegenzusetzen«, Dauert die Bewegung an, dann bewirken die Nockenflächen 18 und 19 eine relative axiale Trennung der Wellenabschnitte und eine Unterbrechung der Drehmomentenübertragung, wie oben beschrieben. Diese relative axiale Bewegung kann infolge der in axialer Richtung gleitfähigen Verbindung zwischen dem Kopf 21 der Stange und dem Wellenabschnitt 11 eintreten. Wie bereits erwähnt wurde, können die Teile in Arbeitsstellung durch eine ßelativdrehung zurückbewegt werden, wobei die Greifer 16 mit den Ausnehmungen 17 in den aneinanderstoßenden Enden in Übereinstimmung gebracht werden.

Die Stange 2o ist zur Erläuterung mit einer Mehrzahl von Torsionsabschnitten 2oA versehen, indem sie in

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axialer Richtung längs einer vorgegebenen Strecke geschlitzt wurde. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei axial verlaufende Schlitze vorgesehen, die unter einem Winkel von 90° zueinander verlaufen. Hierdurch werden vier Torsionssegmente 20Ä gebildet. Es können aber auch, falls man dies wünschen sollte, andere Schlitzanordnungen gewählt werden. Wahlweise kann auch eine aus einem einzigen Element bestehende Stange verwendet werden.

Die Auswahl der Anzahl der Elemente hängt von dem Grenzwert der Torsionsbeanspruchung ab, die ihrerseits wiederum eine Funktion der Rotation, der gewünschten Belastung durch das Drehmoment, der zur Verfügung stehenden Länge und des Durchmessers ist.

Die VerjeLendurLg-^von- zwei Haltestiften 23 und 23A erleichtert den ersten Zusammenbau und die nachfolgende Wiedervereinigung der Elemente. In Fig. 5 sind die Einzelteile in einem Anfangsstadium des Zusammenbaus und während der Wiedervereinigung dargestellt. Hier befindet sich der Kopf der Stange 2o in der hexagonalen Öffnung des Wellenabschnitts 11· Die Stange befindet sich zu diesem Zeitpunkt im Abschnitt 1o, wobei der Schlitz 22 in der Stange mit einer ersten querverlaufenden Öffnung im Abschnitt 1o übereinstimmt. Der erste Stift 23 kann dann in die Öffnung eingesetzt werden. Er ragt dann durch den Schlitz in der Stange* Danach werden die Wellenabschnitte relativ zueinander solange gedreht, bis die Greifer 16 mit den Ausnehmungen 1? der sich ergänzenden, aneinandergrenzenden Enden übereinstimmen, dann werden die Abschnitte bewegt, ümäie Greifer in die Ausnehmungen einzuführen. Wie oben bereits erwähnt wurde, wird bei

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der Drehbewegung ein Drehmoment auf die Stange 2o übertragen. Der zweite Haltestift 23A kann dann in die für ihn vorgesehene Öffnung im Abschnitt 1o und in den Schlitz 22 der Stange 2o eingesetzt werden. Dann ist die Welle arbeitsbereit. Bei der Entkupplung wird der Abschnitt 11 soweit auf demRohr 24 bewegt, bis die Greifer 16 ausrücken und, der Ring 3o in die Ausnehmung 31 einschnappt.Dann kann sich der Abschnitt 11 frei um die Achse des Rohres 24- drehen.

Um eine wirksame Beziehung zwischen den Teilen wieder herzustellen, ist es notwendig, den Haltestift 23A zu entfernen, die Stange 2o axial soweit zu verschieben, daß der Kopf 21 in die hexagonale Öffnung des Wellenabschnitts 11 gelangt, dann ein Moment auf die Stange 2o auszuüben, indem man die Abschnitte relativ zueinander dreht, um zu ermöglichen, daß die Greifer 16 der aneinandergrenzenden komplementären Enden in die Ausnehmungen 17 gelangen. Der Haltestift 23A wird dann wieder in die Öffnung im Abschnitt 1o und in denSchlitz 22 in der Stange 2o wie vorher eingesetzt. Die äußeren Enden der Stange und des Abschnitts 11 können mit Skalen versehen sein, damit man ihre richtige relative Lage zueinander erkennen kann.

Claims

Patentansprüche :

.1.J Sicherheitsentkupplungswelle, gekennzeichnet durch" einen ersten und einen zweiten Wellenabschnitt (Ic-, 11) mit zueinander komplementären, aneinander angrenzenden Enden (12, 13) einer solchen Form, daß eine zur Übertragung eines Drehmoments geeignete Verbindung zu bilden ist, wenn man den ersten Abschnitt in einer vorgegebenen Richtung und den zweiten Abschnitt ±i einer zu dieser Richtung entgegengesetzten Richtung dreht, wobei die beiden aneinandergrenzenden Enden in Wechselwirkung stehende Oberflächen aufweisen (16, 17,18, 19), die eine axiale Trennung der beiden Abschnitte ermöglichen, wenn der zweite. Abschnitt in der vorgegebenen Richtung und der erste Abschnitt ii entgegengesetzter Richtung gedreht wird, und die Form der Abschnitte so gewählt ist, daß sie zur Herstellung einer die Bewegung übertragenden Verbindung mit antreibenden und anzutreibendenElementen geeignet ist, und ferner gekennzeichnet durch eine die Abschnitte gegen eine axiale Trennung nachgiebig haltende Vorrichtung (2o, 21), die eine anfänglich in vorgegebenem Maß gedrehte Stange (2o) enthält, um die Abschnitte in den das Drehmoment übertragenden Eingriff zu zwingen, wobei diese Stange mit den Abschnitten verbunden und an einer Relativdrehung zu diesen gehindert .ist.
2. Entkupplungswelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander komplementären,aneinander angrenzenden Enden (12, 13) der Wellenabschnitte (1o, 11) in Wechselwirkung stehende Oberflächen (16, 1?, 18,19) aufweisen, die nach Maßga-

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be eines in einer vorgegebenen Richtung wirkenden Dreh- ^; . momenta die Abschnitte in einen festerenEingriff miteinander zwingt.
3. Entkupplungswelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (2o) der Vorridtung zur Verhinderung einer axialen Trennung der Wellenabschnitte eine Mehrzahl von in axialer Ridtung verlaufenden Torsionssegmenten (20A) aufweist.
4·. Entkupplungswelle nach einem der vorhergehenden Anil sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (2o) einen hexagonal ausgebildeten Kopf (21) aufweist, der in einer entsprechend ausgebildeten öffnung eines der beiden Wellenabschnitte (11) angeordnet ist und dazu dient, ein Drehmoment dieses Abschnitts auf die Stange nach Maßgabe einer relativen Drehbewegung zwischen den beiden Wellenabschnitten zu übertragen.
5· Entkupplungswelle nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange einen Schlitz angrenzend an das dem mit dem Kopf (21) versehenen Ende gegenüberliegende Ende aufweist, der für die Aufnahme einer Haltevorrichtung (23, 23A)dient, die von dem angrersnden Wellenab-■ * schnitt (1ο) gehalten ist und· dazu dient, den Wellenabschnitt und die Stange an einer Relativdrehung zu hindern.
6. Entkupplungswelle nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (23, .23A) zwei Stifte (23, 23A) aufweist, die quer durch den in der Stange (2o) vorliegenden Schlitz (22) und,den.angrenzenden Wellenabschnitt (1o) ragen, wobei die Stifte in axialer

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Richtung dieses Wellenabschnitts in Abständen angeordnet sind.
7. Entkupplungswelle■nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung zwischen Länge und Lage des Schlitzes, der Stange und den Wellenabschnitten so gewählt ist, daß die Wellenabschnitte zuerst so miteinander zu vereinigen sind, daß das den Kopf (21) tragende Ende der Stange (2o) in der entsprechend geformten Öffnung (2o) sitzt und ein Teil der Haltevorrichtung (23) sich in dem in der Stange (2o) vorliegenden Schlitz (22) und dem angrenzenden Wellenabschnitt (1ο) befindet, wobei die Wellenabschnitte so angeordnet sind, daß ihre zueinander komplementären Enden voneinander getrennt sind, eine relative Drehbewegung der Wellenabschnitte in vorgegebener Richtung' dann dazu dient, ein Drehmoment auf die Stange zu übertragen und eine relative axiale Bewegung der Wellenabschnitte zueinander in eine eineinan— Vergreifende Stellung zu ermöglichen, und der andere Teil (23A) der Haltevorrichtung dann von dem Schlitz und dem angrenzenden Wellenabschnitt empfangen wird, um die Entkupplungswelle in vereinigtem Zustand zu halten.
8. Entkupplungswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Wellenabschnitt «in Rohr (24-) befestigt ist, welches als Führungsglied für den zweiten Wellenabschnitt dient.
9. Entkupplungswelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wellenabschnitt eine innere Ausnehmung (28) mit einem in dieser angeordneten Federring (3o) aufweist, wobei die Federkraft dieses Rings so gewählt ist, daß sich dieser zusammenzieht und mit ei-!-

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nem Endabschnitt des Rohres in Eingriff gelangt, um einer Bewegung dieses Endabschnittes in dem zweiten WeI-* lenabschnitt- einen Widerstand entgegenzusetzen.

1o. Entkupplungswelle nach Anspruch 9»dadurch gekennzeichnet, daß die relativen Längen von Rohr und Stange so gewählt sind, daß zwischen dem Stangenkopf und dem Rohrende ein Zwischenraum vorliegt, der geeignet ist, einen Teil des Federringes (3o) bei einer vorgegebenen, relativen,, axialen Bewegung der Wellenabschnitte aufzunehmen, wobei der Federring versucht, eine weitere relative, axiale Bewegung der Wellenabschnitte zu verhindern.

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