DE19529979A1 - Sicherheitskupplung zum lösbaren Zusammenkoppeln zweier Maschinenelemente - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei zahlreichen Anlagen, wie beispielsweise bei Walzwerken, können Störfälle auftreten, die dazu führen, daß das Drehmoment - ausgehend vom Antrieb bis zur angetriebenen Einheit - einen unzulässig hohen Wert erreicht. Dieser würde zu Torsionsbrüchen im Antriebsstrang führen. Zu diesem Zwecke sind Sicherheitskupplungen notwendig.

Die Sicherheitskupplung gemäß der genannten Art dient beispielsweise dazu, eine Welle und eine Nabe miteinander zusammenzukoppeln. Dabei ist vorgesehen, daß das eine Element, beispielsweise die Nabe, einen zylindrischen Spalt aufweist. Dieser Spalt ist konzentrisch zur gemeinsamen geometrischen Achse von Welle und Nabe angeordnet. Außerdem liegt er radial dicht bei den beiden sich berührenden Flächen der beiden Maschinenteile. Somit verbleibt zwischen dem zylindrischen Spalt und dem Grenzflächenpaar nur eine dünne Hülse.

Der zylindrische Spalt ist über ein Ventil an ein Druckmedium angeschlossen. Über das Ventil läßt sich ein Druckmedium einleiten, beispielsweise Drucköl. Hierdurch wird die genannte dünne Hülse gegen das andere Maschinenelement angepreßt, so daß es aufgrund des Reibschlusses zu einem Zusammenkoppeln der beiden Maschinenteile kommt.

Kommt es zu einem Störfall und tritt dabei ein Drehmoment auf, das einen zulässigen Höchstwert überschreitet, so reicht die vom Medium aufgebrachte Anpreßkraft nicht mehr aus, um das Drehmoment zu übertragen. Es kommt daher zu einem Schlupf, oder anders gesagt zu einer relativen Verdrehung der beiden Maschinenelemente. Dem Ventil ist eine Vorrichtung zugeordnet, die das Ventil bei Auftreten eines solchen Schlupfes öffnet. Hierdurch wird das Druckmedium aus dem zylindrischen Spalt (Expansionsspalt) entlassen. Dies hat zur Folge, daß überhaupt kein Drehmoment mehr übertragen wird. Das angetriebene Maschinenelement läuft dann zwar noch weiter um, nicht jedoch das andere. Hierdurch werden Schäden an den beteiligten Maschinenelementen vermieden.

In der Praxis wird der Expansionsspalt dadurch hergestellt, daß die genannte dünne Hülse als besonderes Bauteil gefertigt und an ihren axialen Enden durch Schweißen mit dem betreffenden Maschinenteil verbunden wird. Die Schweißnähte sind der neuralgische Punkt der gesamten Sicherheitskupplung. Sie unterliegen nämlich einer besonderen Beanspruchung. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Kupplung - in axialer Richtung gesehen - sehr große Abmessungen aufweist. Die Steifigkeit in radialer Richtung wird durch den Expansionsspalt ebenfalls verringert, was unerwünscht ist. Sobald eine Schweißnaht durch die Beanspruchung Risse bekommt, ist der Expansionsspalt nicht mehr dicht, so daß die gesamte Sicherheitskupplung ihre Funktion nicht mehr einwandfrei erfüllt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitskupplung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, daß sie mit einem höheren Grad von Sicherheit ihre Funktion zu erfüllen vermag; insbesondere soll die Problematik der Anfälligkeit der Schweißnähte verringert werden. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Demgemäß wird der Expanionsspalt in axialer Richtung in zwei oder mehrere Abschnitte unterteilt, so daß zwei oder mehrere Expansionskammern entstehen. Dies hat im einzelnen die folgenden positiven Wirkungen:
Fällt eine der Kammern aus, so verbleibt immer noch wenigstens eine weitere Kammer, die aktiv ist. Bei entsprechender Dimensionierung kann diese weitere Kammer die Funktion der Drehmomentübertragung übernehmen.

Weiterhin lassen sich mit einer Sicherheitskupplung gemäß der Erfindung bei einem bestimmten maximalen Wert der Torsion höhere Drehmomente übertragen.

Ferner sind die Spannungen in den Schweißnähten kleiner, als wenn nur eine einzige Expansionskammer vorhanden wäre.

Schließlich wird die Radialsteifigkeit durch Anwendung der Erfindung vergrößert.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Maschinenelemente, nämlich eine Nabe 1 und eine Welle 2. Die Welle 2 ist aus mehreren Teilen aufgebaut, nämlich einer Hohlwelle 2.1, einer hieran angeschraubten Massivwelle 2.2 sowie einer Wellenhülse 2.3, die Bestandteil der Hohlwelle 2.1 ist.

Massivwelle 2.2 weist drei zylindrische Expansionsspalte auf, nämlich die Spalte 2.4, 2.5, 2.6. Diese sind über Kanäle an Ventile angeschlossen. Im vorliegenden Falle ist lediglich der Anschluß 3.1 gezeigt, der sich durch Massivwelle 2.2 hindurcherstreckt und der eine leitende Verbindung zu der ersten Expansionskammer 2.4 herstellt. Man beachte jedoch, daß jede einzelne der drei Expansionsspalte einen Druckanschluß aufweist. Dabei können alle drei Expansionsspalte über ein und das selbe Ventil 3 mit Druckmedium versorgt werden. Es ist jedoch auch möglich, jedem Expansionsspalt einen eigenen Druckanschluß und ein eigenes Druckventil zuzuordnen.

Man erkennt ferner zwischen der Nabe 1 und der Massivwelle 2.2 ein Lager 4. Ein weiteres Lager 5 ist zwischen der Hohlwelle 2.1 und der Nabe 1 vorgesehen. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles ist der gezeigte Gegenstand Bestandteil einer Kardangelenkverbindung mit Längenausgleich. Hierzu dient ein Verschiebeteil 6, das die Nabe 1 radial außerhalb umgreift. Schiebeteil 6 weist eine Gleitringdichtung 6.1 auf.

Radial zwischen den drei Expansionsspalten 2.4, 2.5 und 2.6 und der inneren Mantelfläche der dünnen Hülse 2.3 verbleiben drei ebenfalls relativ dünne Hülsen. Axial zwischen den einander benachbarten Expansionsspalten 2.4 und 2.5 sowie 2.5 und 2.6 befinden sich Schweißnähte, außerdem an den axial äußeren Enden der Expansionsspalte 2.4 und 2.6.

Die Art des Öffnens des Ventiles 3 bzw. der Ventile bei Auftreten eines Schlupfes zwischen Nabe 2 und Welle 1 ist nicht entscheidend. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß ein Teil des Ventiles durch ein Scherorgan (hier nicht dargestellt) abgeschert wird.

Die Expansionsspalte können entweder der Welle 2 zugeordnet sein oder der Nabe 1.

Es bedarf auch nicht unbedingt der dünnen Hülse 2.3, die Bestandteil der Hohlwelle 2.1 ist. Vielmehr kann die Grenzfläche zwischen Nabe 1 und Welle 2 - bei Weglassen der dünnen Hülse 2.3 - unmittelbar aus der inneren Umfangsfläche der Nabe 1 und der äußeren Umfangsfläche der massiven Welle 2.2 gebildet sein.

Schließlich können die Expansionsspalte 2.4, 2.5 und 2.6 auf unterschiedlichen Radien angeordnet werden. So kann beispielsweise der mittlere Expansionsspalt 2.5 auf einem größeren Radius liegen, als die beiden äußeren Expansionsspalte 2.4 und 2.6. Auch wäre ein Ansteigen der Radien der einzelnen Expansionsspalte in axialer Richtung nach dem einen oder anderen Ende des Antriebselementes denkbar. Damit läßt sich je nach Bedarf an den betreffenden Stellen eine unterschiedlich hohe Reibkraft aufbringen.

Claims (3)

1. Sicherheitskupplung zum lösbaren Zusammenkoppeln zweier Maschinenelemente (Nabe (1) und Welle (2)), die einander umschließen,

• 1.1 das eine der beiden Elemente weist einen zylindrischen Spalt (Expansionsspalt) auf;
• 1.2 der Expansionsspalt hat einen Druckmediumanschluß mit einem Ventil (3);
• 1.3 dem Ventil (3) ist eine Vorrichtung zugeordnet, die das Öffnen beim Auftreten einer Relativdrehzahl zwischen Nabe (1) und Welle (2) bewirkt;
• 1.4 der Expansionsspalt ist in axialer Richtung in zwei oder mehrere Abschnitte (2.4, 2.5, 2.6) unterteilt.

2. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionsspalte (2.4, 2.5, 2.6) in axialer Richtung ungleich lang sind.

3. Sicherheitselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionsspalte (2.4, 2.5, 2.6) auf unterschiedlichen Radien angeordnet sind.