DE19512363A1

DE19512363A1 - Flanschkupplung

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Publication number: DE19512363A1
Application number: DE1995112363
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-04-01
Filing date: 1995-04-01
Publication date: 1996-10-10
Anticipated expiration: 2015-04-02
Also published as: DE19512363C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Flanschkupplung gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Flanschkupplung zählt durch den Prospekt der Stüwe GmbH & Co. KG, 4320 Hattingen, Typ FKD zum Stand der Technik. Hierbei beträgt der Winkel zwischen der konischen Innenfläche des Spannrings bzw. der koni schen Außenfläche der Nabe einerseits und der Kupp lungsachse andererseits 10°. Diese Winkelgröße wurde ge wählt, um bei einer Demontage der Flanschkupplung von einer Welle auf zusätzliche Abdrückschrauben verzichten zu können. Dadurch sind aber vergleichsweise große Kräfte erforderlich, um die Nabe drehmomentübertragend auf einer Welle zu befestigen. Hierfür werden sämtliche umfangssei tig auf einem Teilkreis gleichmäßig verteilt angeordneten Spannschrauben benötigt. Diese müssen auch einen relativ großen Durchmesser erhalten. Die dem Spannring zugewandte Kontaktfläche am Kupplungsflansch kann ferner lediglich als Anschlag für die am Spannring ausgebildete Kontakt fläche dienen. Ein Monteur wird hierdurch in die Lage versetzt, die gewünschte Betriebsposition des Spannrings auf der Nabe erkennen zu können. Aufgrund des großen Ko nuswinkels ist es mit Hilfe der Spannschrauben jedoch nicht möglich, nach Anlage der Kontaktflächen eine zu sätzliche Axialkraft aufzubringen, mit der der Spannring noch stärker gegen den Kupplungsflansch gepreßt werden kann.

Durch den relativ großen Konuswinkel ist es ferner erfor derlich, den Kupplungsflansch umfangsseitig der Nabe bis zum Außenumfang hin vergleichsweise dick zu bemessen. Hiermit soll vermieden werden, daß sich der Kupplungs flansch beim Anziehen der Spannschrauben krümmt, wobei sich der radial außenliegende Bereich des Kupplungsflan sches in Richtung zum Spannring schalenartig wölbt. Auch wird durch die Dicke des Kupplungsflansches dem Umstand Rechnung getragen, daß über die am äußeren Umfang des Kupplungsflansches auf demselben Teilkreis liegenden An schlußbohrungen häufig größere Anschlußteile in Form von beispielsweise Getrieben mit zugeordneten Drehmoment stützen angeschlagen werden. Die hierdurch hervorgerufe nen Beanspruchungen mit der dabei auftretenden Umlaufbie gung belasten in einem erheblichen Umfang insbesondere den Übergangsbereich von der Nabe auf den Kupplungs flansch und gefährden somit die Betriebssicherheit.

Im Hinblick darauf, daß die zylindrische Innenfläche der Nabe mit demselben Durchmesser in eine zylindrische In nenfläche des Kupplungsflansches übergeht und die Flanschkupplung so weit auf den Endabschnitt einer Welle geschoben wird, daß die Stirnseite der Welle mit der der Nabe abgewandten Stirnseite des Kupplungsflansches nahezu in einer Ebene liegt, kann sich zwischen der zylindri schen Innenfläche des Kupplungsflansches und dem dieser gegenüberliegenden Oberflächenbereich der Welle Passungs rost bilden, welcher zu erheblichen Problemen, insbeson dere bei der Demontage der Flanschkupplung, führen kann.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Flanschkupplung zu schaffen, die bei vermindertem Materialeinsatz selbst bei erheblichen Belastungen des Kupplungsflansches nur noch geringen Be anspruchungen aus der Umlaufbiegung ausgesetzt ist und damit eine längere Standzeit hat.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Durch den sehr flachen Konuswinkel zwischen der konischen Innenfläche des Spannrings bzw. der konischen Außenfläche der Nabe einerseits und der Kupplungsachse andererseits in einer Größenordnung von etwa 1° bis 3° ist es nunmehr möglich, den Spannring nur mit einigen der insgesamt vor handenen Spannschrauben so über die Nabe zu ziehen, daß zur Übertragung des gewünschten Drehmoments die Flansch kupplung einwandfrei auf dem Endabschnitt einer Welle verspannt ist. Hierbei gelangt bereits die kreisringför mige Kontaktfläche am Spannring mit der kreisringförmigen Kontaktfläche am Kupplungsflansch in Berührung. An schließend können alle Spannschrauben genutzt werden, um die Kontaktflächen zusätzlich aneinanderzupressen. Hier bei wird erfindungsgemäß von der insgesamt aufgebrachten Schraubenanzugskraft etwa ein Drittel zur Festlegung der Nabe auf der Welle und zwei Drittel zum Gegeneinander pressen der hinsichtlich ihres Außendurchmessers defi nierten kreisringförmigen Kontaktflächen aufgewandt.

Durch diese spezielle Art der Festlegung des Spannrings einerseits an der Nabe und andererseits am Kupplungs flansch wird der große Vorteil erzielt, daß der gesamte durch den Spannring, die Nabe und den angrenzenden Radi alabschnitt des Kupplungsflansches gebildete Quer schnittsbereich quasi eine sich umfangsseitig des Wellen endabschnitts erstreckende kompakte Einheit bildet. Die ser Sachverhalt senkt dann auch bei größeren Beanspru chungen am Außenumfang des Kupplungsflansches die durch die Umlaufbiegungen hervorgerufenen Spannungen im Über gangsbereich von der Nabe auf den Kupplungsflansch. Das übertragbare Drehmoment kann bei vermindertem Mate rialeinsatz erhöht werden.

In diesem Zusammenhang ist es dann gemäß einer vorteil haften Weiterbildung der Erfindung entsprechend den Merk malen des Anspruchs 2 sinnvoll, daß die Dicke des Kupp lungsflansches im Radialbereich umfangsseitig der Kon taktflächen kleiner als die Dicke im Radialbereich der Kontaktflächen bemessen ist. Bevorzugt beträgt das Dickenverhältnis Radialbereich Kontaktflächen zu Radial bereich umfangsseitig der Kontaktflächen etwa 3 : 2. Hier durch wird eine weitere Materialeinsparung erzielt.

Der flache Konuswinkel kann entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 3 ferner dazu führen, daß relativ kleine Spannschrauben und damit auch im Durchmesser kleine Durchgangsbohrungen im Spannring nötig sind. Dadurch kön nen die Dicke des Spannrings umfangsseitig der Durch gangsbohrungen und damit auch die Größe der Kontaktflä chen weiter gesteigert werden, ohne daß der Materialein satz vergrößert werden muß. Der Aufwand insgesamt wird verringert.

Nach Anspruch 4 beträgt die Dicke des Kupplungsflansches im Radialbereich von radial außen auf demselben Teilkreis liegenden Anschlußbohrungen etwa gleich der Dicke im Ra dialbereich der Kontaktflächen. Da der Außendurchmesser der Kontaktflächen durch einen Absatz des Kupplungsflan sches definiert ist, an den sich eine ebene radiale Stirnseite des Kupplungsflansches anschließt, steht der Radialbereich der Anschlußbohrungen sowohl gegenüber dem Radialbereich der Kontaktflächen als auch gegenüber dem Radialbereich des Kupplungsflansches umfangsseitig der Kontaktflächen vor.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung wird in den Merkmalen des Anspruchs 5 gesehen. Der Kontaktbereich zwischen dem Endabschnitt der Welle und der zylindrischen Innenfläche der Nabe ist jetzt gezielt auf den mittels des Spannrings verpreßbaren Bereich der Nabe beschränkt. Folglich kann sich auch kein Passungsrost mehr bilden, der zu Problemen, insbesondere beim Abziehen der Flansch kupplung von einer Welle, führt.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeich nung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläu tert.

Mit 1 ist in der Zeichnung eine Flanschkupplung bezeich net, welche zur Verbindung einer Welle 2 mit einem eine zylindrische Oberfläche 3 aufweisenden Endabschnitt 4 mit einem nicht näher dargestellten Getriebe dient.

Die Flanschkupplung 1 umfaßt einen zur Kupplungsachse 5 sich radial erstreckenden scheibenförmigen Kupplungs flansch 6, eine von dem Kupplungsflansch 6 in dessen Zen tralbereich axial abstehende Nabe 7, einen umfangsseitig der Nabe 7 angeordneten Spannring 8 sowie mehrere auf einem Teilkreis 9 in Umfangsrichtung gleichmäßig ver setzte Spannschrauben 10.

Die Nabe 7 weist eine an der Oberfläche 3 des Endab schnitts 4 der Welle 2 zur Anlage gelangende zylindrische Innenfläche 11 auf, deren Durchmesser D kleiner ist als der Durchmesser D1 der angrenzenden zylindrischen Bohrung 12 im Kupplungsflansch 6. Der Übergang 13 von der Innen fläche 11 auf die Bohrung 12 ist bogenförmig gestaltet. Die Welle 2 endet am Übergang 13. Am anderen Ende der Bohrung 12 schließt sich ein kurzer konischer Längenab schnitt 14 an, welcher in eine sich radial erstreckende kreisringförmige Fläche 15 am Kupplungsflansch 6 aus läuft.

Die Außenfläche 16 der Nabe 7 ist konisch gestaltet. Sie fällt vom Kupplungsflansch 6 aus in Richtung zur Oberflä che 3 der Welle 2 ab. Der Konuswinkel α zwischen der Außenfläche 16 und der Oberfläche 3 beträgt beim Ausfüh rungsbeispiel 1,5°. Die Übergänge 17, 18 von der koni schen Außenfläche 16 einerseits und der zylindrischen In nenfläche 11 andererseits auf die sich radial er streckende stirnseitige Kreisringfläche 19 der Nabe 7 sind gerundet.

Die konische Außenfläche 16 der Nabe 7 geht über einen gerundeten Eckbereich 20 in eine sich radial zur Kupp lungsachse 5 erstreckende ebene Kontaktfläche 21 am Kupp lungsflansch 6 über. Der Außendurchmesser AD der Kontakt fläche 21 ist durch einen gerundeten Absatz 22 definiert, welcher in eine sich zur Kupplungsachse 5 radial er streckende ebene Stirnseite 23 des Kupplungsflansches 6 übergeht. Die Kontaktfläche 21 erstreckt sich in einer Querebene QE, in welcher auch der Übergang 13 von der zy lindrischen Innenfläche 11 der Nabe 7 auf die zylindri sche Bohrung 12 im Kupplungsflansch 6 angeordnet ist.

Im Radialbereich RB der kreisringförmigen Fläche 15 sind auf dem Teilkreis 9 liegend mehrere Gewindebohrungen 24 zum Eindrehen der Spannschrauben 10 im Kupplungsflansch 6 angeordnet. Die Gewindebohrungen 24 erstrecken sich quer durch den Kupplungsflansch 6.

Die Dicke d des Kupplungsflansches 6 im Radialbereich RB1 der Kontaktfläche 21 ist etwa um ein Drittel größer als die Dicke d1 im Radialbereich RB2 des Kupplungsflansches 6 umfangsseitig der Kontaktfläche 21 bemessen.

An diesen Radialbereich RB2 schließt sich ein mit auf demselben Teilkreis 25 liegenden Anschlußbohrungen 26 versehener Radialbereich RB3 des Kupplungsflansches 6 an, dessen Dicke d2 etwa gleich der Dicke d des Kupplungs flansches 6 im Radialbereich RB1 der Kontaktfläche 21 be messen ist. Die Anschlußbohrungen 26 dienen z. B. der Ver bindung mit einem Getriebe. Da die Stirnseite 23 des Kupplungsflansches 6 umfangsseitig der Kontaktfläche 21 eben gestaltet ist, ragt dadurch der radial außen lie gende Radialbereich RB3 des Kupplungsflansches 6 über die kreisringförmige Fläche 15 axial vor. Dadurch wird eine kreisringförmige Nute 27 zwischen dem Radialbereich RB3 mit den Anschlußbohrungen 26 und dem inneren Radialbe reich RB1 mit der kreisringförmigen Fläche 15 gebildet. Die Übergänge 28, 29 von der Innenseite 30 des äußeren Radialbereichs RB3 auf die Nute 27 und von der Nute 27 auf den kreisringförmigen Bereich 15 sind gerundet.

Der im wesentlichen gleich lang wie die Nabe 7 bemessene Spannring 8 weist eine konische Innenfläche 31 auf, die unter demselben Winkel α zur Kupplungsachse 5 bzw. zur Oberfläche 3 der Welle 2 verläuft, wie die zylindrische Außenfläche 16 der Nabe 7. Die Außenfläche 32 des Spann rings 8 ist zylindrisch ausgebildet. Die dem Kupplungs flansch 6 abgewandte Stirnseite 33 des Spannrings 8 ver läuft rechtwinklig eben zur Kupplungsachse 5. Der Über gang 34 zwischen der Außenfläche 32 und der Stirnseite 33 ist mit einer Fase versehen. Der Übergang 35 von der Stirnseite 33 auf die konische Innenfläche 31 ist spitz und lediglich entgratet.

Auf der dem Kupplungsflansch 6 zugewandten Seite ist der Spannring 8 mit einer kreisringförmigen Kontaktfläche 36 versehen, die hinsichtlich ihrer Größe der Kontaktfläche 21 am Kupplungsflansch 6 angepaßt ist. Der Übergang 37 von der Kontaktfläche 36 auf die Außenfläche 32 ist als Fase ausgebildet. Der Außendurchmesser der Kontaktfläche 36 entspricht dem Außendurchmesser AD der Kontaktfläche 21 am Kupplungsflansch 6. Zwischen der konischen In nenfläche 31 des Spannrings 8 und der Kontaktfläche 36 ist eine den gerundeten Übergangsbereich 20 des Kupp lungsflansches 6 überbrückende Fase 38 vorgesehen.

Im Spannring 8 sind entsprechend der Anzahl der Gewinde bohrungen 24 im Kupplungsflansch 6 zylindrische Durch gangsbohrungen 39 für die Spannschrauben 10 angeordnet. Der Durchmesser D2 der Durchgangsbohrungen 39 ist etwa halb so groß wie die Dicke d3 des Spannrings 8 umfangs seitig der Durchgangsbohrungen 39 bemessen. Des weiteren ist zu sehen, daß der radiale Abstand A des Teilkreises 9 der Spannschrauben 10 von der zylindrischen Innenfläche 11 der Nabe 7 im wesentlichen gleich dem radialen Abstand Al des Teilkreises 9 von der zylindrischen Außenfläche 32 des Spannrings 8 sowie etwa gleich der Dicke d des Kupplungsflansches 6 im Radialbereich RB1 der Kontaktflä chen 21, 36 bemessen ist.

Durch die Ausbildung des Konuswinkels α mit einer Größe von 1,5°, des Spannrings 8, der Nabe 7 und des dem Spann ring 8 sowie der Nabe 7 benachbarten Radialbereichs RB4 des Kupplungsflansches 6 werden bei der Festlegung der Flanschkupplung 1 auf dem Wellenende 4 zunächst nur einige der Spannschrauben 10 benötigt, um den Spannring 8 so über die Nabe 7 zu ziehen, daß die Flanschkupplung 1 zur Übertragung des erforderlichen Drehmoments auf dem Wellenende 4 einwandfrei festsitzt. Anschließend werden die restlichen Spannschrauben 10 dazu verwendet, den bei dieser Festlegung mit seiner Kontaktfläche 36 an der Kontaktfläche 21 des Kupplungsflansches 6 anliegenden Spannring 8 entsprechend der Pfeilschar PF noch stärker gegen den Kupplungsflansch 6 zu pressen. Hierbei werden etwa ein Drittel der insgesamt aufgebrachten Schraubenan zugskraft zur Festlegung der Nabe 7 auf dem Endabschnitt 4 der Welle 2 und zwei Drittel zum Gegeneinanderpressen der Kontaktflächen 21, 36 aufgewandt.

Bezugszeichenliste

1 Flanschkupplung
2 Welle
3 Oberfläche v. 4
4 Endabschnitt v. 2
5 Kupplungsachse
6 Kupplungsflansch
7 Nabe
8 Spannring
9 Teilkreis v. 10
10 Spannschrauben
11 Innenfläche v. 7
12 Bohrung in 6
13 Übergang v. 11 auf 12
14 konischer Längenabschnitt
15 kreisringförmige Fläche
16 Außenfläche v. 7
17 Übergang v. 16 auf 19
18 Übergang v. 11 auf 19
19 Stirnfläche v. 7
20 Eckbereich zw. 16 u. 21
21 Kontaktfläche an 6
22 Absatz an 6
23 Stirnseite v. 6
24 Gewindebohrungen
25 Teilkreis v. 26
26 Anschlußbohrungen
27 Nute
28 Übergang v. 30 auf 27
29 Übergang v. 27 auf 15
30 Innenseite v. RB3
31 Innenfläche v. 8
32 Außenfläche v. 8
33 Stirnseite v. 8
34 Übergang v. 32 auf 33
35 Übergang v. 31 auf 33
36 Kontaktfläche an 8
37 Übergang v. 36 auf 32
38 Fase zw. 31 u. 36
39 Durchgangsbohrungen
A Abstand zw. 11 u. 9
A1 Abstand zw. 9 u. 32
ADN Außendurchmesser v. 21 u. 36
D Durchmesser v. 11
D1 Durchmesser v. 12
D2 Durchmesser v. 39
d Dicke v. 6 bei RB1
d1 Dicke v. 6 bei RB2
d2 Dicke v. RB3
d3 Dicke v. 8 umfangsseitig v. 39
PF Pfeilschar
QE Querebene
RB Radialbereich v. 15
RB1 Radialbereich v. 21 u. 36
RB2 Radialbereich v. d1
RB3 Radialbereich v. 26
RB4 Radialbereich v. 6 neben 7 u. 8

Claims

1. Flanschkupplung, die einen zur Kupplungsachse (5) sich radial erstreckenden scheibenförmigen Kupplungs flansch (6), eine von dem Kupplungsflansch (6) in dessen Zentralbereich axial abstehende Nabe (7) mit zylindrischer Innenfläche (11) und konischer Außen fläche (16), einen umfangsseitig der Nabe (7) ange ordneten Spannring (8) mit einer an die konische Außenfläche (16) der Nabe (7) angepaßten konischen Innenfläche (31), kreisringförmige Kontaktflächen (21, 36) am Kupplungsflansch (6) und am Spannring (8) sowie Durchgangsbohrungen (39) im Spannring (8) durchsetzende, in Gewindebohrungen (24) im Kupplungs flansch (6) gedrehte, auf demselben Teilkreis (9) liegende Spannschrauben (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwi schen der konischen Außenfläche (16) der Nabe (7) bzw. der konischen Innenfläche (31) des Spannrings (8) einerseits und der Kupplungsachse (5) anderer seits 1° bis 3° beträgt und der Abstand (A) des Teil kreises (9) der Spannschrauben (10) von der zylindri schen Innenfläche (11) der Nabe (7) im wesentlichen gleich dem Abstand (A1) des Teilkreises (9) von der zylindrischen Außenfläche (32) des Spannrings (8) so wie etwa gleich der Dicke (d) des Kupplungsflansches (6) im Radialbereich (RB1) der eine übereinstimmende Größe aufweisenden, bezüglich ihres Außendurchmessers (AD) durch einen Absatz (22) am Kupplungsflansch (6) definierten Kontaktflächen (21, 36) bemessen ist.

2. Flanschkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d1) des Kupplungsflansches (6) im Radialbereich (RB2) um fangsseitig der Kontaktflächen (21, 36) kleiner als die Dicke (d) im Radialbereich (RB1) der Kontaktflä chen (21, 36) bemessen ist.

3. Flanschkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (D2) der Durchgangsbohrungen (39) im Spannring (8) etwa halb so groß wie die Dicke (d3) des Spannrings (8) umfangsseitig der Durchgangsbohrungen (39) bemessen ist.

4. Flanschkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (d2) des Kupplungsflansches (6) im Radialbe reich (RB3) von radial außen auf demselben Teilkreis (25) liegenden Anschlußbohrungen (26) etwa gleich der Dicke (d) im Radialbereich (RB1) der Kontaktflächen (21, 36) bemessen ist.

5. Flanschkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser (D1) des Kupplungsflansches (6) größer als der Innendurchmesser (D) der sich über die gesamte Länge der Nabe (7) erstreckenden zylindri schen Innenfläche (11) bemessen ist.