DE19637490C1 - Kupplung zum Verbinden einer Welle mit einer Nabe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zum Verbinden einer Welle mit einer Na­ be.

Eine solche Kupplung ist aus DE 29 23 902 C2 bekannt geworden. Dabei weist die Nabe einen zylindrischen Ringspalt auf, der koaxial zur Welle und in geringem Abstand von der Mantelfläche verläuft. Der Ringspalt ist an eine Druckmediumquelle anschließbar, so daß ein Verspannen zwischen Nabe und Welle erfolgt.

Während des Normalbetriebes einer solchen Kupplung muß im Ringspalt stets ein genügend hoher, aktiver Druck des Druckmediums aufrechterhalten werden. Als Druckmedium wird im allgemeinen Öl verwendet. Tritt eine Un­ dichtigkeit im Ringspalt oder in einer Rohrleitung auf, so fällt der Druck ab. Dies hat zur Folge, daß zwischen Nabe und Welle ein Gleiten eintritt. Hier­ durch kann ein größerer Schaden entstehen durch das sogenannte Fressen. Um dies zu verhindern, muß der Druck überwacht werden, so daß ein Druck­ abfall rechtzeitig erkannt wird.

Vorrichtungen zur Drucküberwachung sind bekannt. So kann man beispiels­ weise eine Leckageanzeige vorsehen, die im Ölanschluß angeordnet ist. Die Leckageanzeige umfaßt einen federbelastenden Kolben, der bei Auftreten von Leckage bewegt wird und damit entweder ein Signal auslöst. Ein Nachteil einer solchen Leckageanzeige besteht darin, daß er eine absolute Dichtigkeit des Druckölanschlusses voraussetzt. Sollte der Druckabfall durch Leckstellen wie beispielsweise Risse in der Kupplung auftreten, so zeigt dies die Lecka­ geanzeige nicht an.

Auch kann der Druck direkt überwacht werden. Hierzu wurden bereits berüh­ rungslose Überwachungssysteme entwickelt - siehe zum Beispiel DE 42 04 897 A1. Nachteilig ist hierbei, daß ein sehr empfindlicher Druckschalter im Meßkopf erforderlich ist. Diese Systeme sind im rauhen Walzwerksbetrieb, bei welchen solchen Kupplungen häufig eingesetzt werden, ungeeignet.

Auch ist ein Feder-Kolben-System denkbar. Jedoch ist hierbei die Kolbendich­ tung ein Schwachpunkt, da eine absolute Dichtheit verlangt wird. Außerdem ist die Hysterese aufgrund der hohen Reibkräfte an dem Dichtung zu groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung derart zu gestalten, daß der Druck zwischen den Klemmflächen jederzeit zuverlässig überwacht und angezeigt werden kann, so daß bei Druckausfall entsprechende Maßnahmen getroffen werden können, um ein Fressen der beteiligten Bauteile zu verhindern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Demgemäß wird vom Ringspalt eine Leitung abgezweigt, die auf einen Klemmkörper wirkt. Der Klemmkörper ist von einem Hüllkörper berührend umschlossen. Er weist einen Kanal auf, der mit dem Ringspalt in leitender Verbindung steht. Bei Normalbetrieb, d. h. wenn der Öldruck in ausreichender Höhe zur Verfügung steht, wird der Klemmkörper durch den Öldruck im Kanal aufgeweitet, so daß er sich gegen den Hüllkörper fest anlegt. Fällt hingegen der Druck im Ringspalt zwischen Nabe und Welle ab, so läßt auch der Druck im Kanal des Klemmkörpers entsprechend nach, so daß die Klemmung zwi­ schen Klemmkörper und Hüllkörper ebenfalls aufgehoben wird. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung weist ferner eine Feder auf, die auf den Hüllkörper einwirkt, und die ihn vom Klemmkörper abziehen will. In dem Augenblick, in dem die Klemmverbindung zwischen Klemmkörper und Hüllkörper aufgeho­ ben ist, kommt es zu einer Relativverschiebung zwischen Hüllkörper und Klemmkörper; der Hüllkörper gleitet auf dem Klemmkörper. Diese Verschie­ bung der Position des Hüllkörpers macht erkennbar, daß der Druck im Ring­ kanal zusammengebrochen ist.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin ist im ein­ zelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen Kupplung, wobei die Druckanzeigevorrichtung aus Gründen der Klarheit weggelassen ist.

Fig. 2 zeigt in einem achssenkrechten Schnitt einen Ausschnitt aus dem Gegenstand von Fig. 1, und zwar gemäß einer ersten Variante.

Fig. 3 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 2, jedoch gemäß einer zwei­ ten Variante.

Fig. 4 zeigt den eigentlichen Druckwächter gemäß Fig. 3 in vergrößerter Darstellung.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher die miteinander zu­ sammenarbeitenden Flächen von Klemmkörper und Hüllkörper konisch sind.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Druckwächters, wiederum in einem achssenkrechten Schnitt gesehen.

Die in Fig. 1 gezeigte Kupplung umfaßt eine Welle 1 und eine Nabe 2, die miteinander durch Klemmung zu verbinden sind. Die Nabe 2 weist einen zylin­ drischen Ringspalt 3 auf. Dieser umschließt die Welle 1 und verläuft konzen­ trisch zu dieser. Der Ringspalt 3 hat einen Durchmesser, der nur geringfügig größer als der Durchmesser der Welle 1 ist. Deshalb verbleibt zwischen Ringspalt 3 und der Mantelfläche der Welle 1 nur eine dünne Hülse 2.2.

Der Ringspalt 3 ist Bestandteil eines Druckölsystems. Dieses umfaßt einen Öleinlaß 3.3, ferner eine Schraube 3.2, die in eine Gewindebohrung des Ein­ lasses 3.1 einschraubbar ist. Das Druckölsystem wird zunächst mit Öl gefüllt.

Die Schraube 3.2 wird mehr oder minder stark in die Gewindebohrung des Einlasses 3.3 eingeschraubt, so daß eine gewünschte Klemmkraft mittels der Hülse 2.2 auf die Welle 1 aufgebracht und damit Kupplung 2 und Welle 1 miteinander verspannt werden.

Aus den Fig. 2 und 3 ist wiederum eine Welle 1 ersichtlich, auf die eine Buchse 1.1 aufgeschrumpft ist, ferner eine Nabe 2. Man erkennt auch hier wiederum einen Einlaß 3.1 mit einem Dichtventil 3.2, mit dem der Druck auf­ gebracht wird. Außerdem ist ein Ölanschluß 5 vorgesehen, der mit dem Einlaß 3.2 über eine Leitung 3.4 in leitender Verbindung steht.

Der erfindungsgemäße Druckwächter 6 umfaßt im Falle gemäß Fig. 2 einen Klemmkörper 6.1. Dieser ist von einer Kappe 6.2 umschlossen. Auch kann der Klemmkörper 6.1 innerhalb der Kappe 6.2 dann frei gleiten, wenn die Kupp­ lung außer Betrieb ist, und wenn das Druckölsystem nicht unter Druck steht.

Man erkennt im Klemmkörper einen Ringkanal 6.3, der über einen Kanal 3.5 mit dem zylindrischen Ringspalt 3 in leitender Verbindung steht. Der radial innere Teil des Klemmkörpers 6.1 weist eine Doppelkegeldichtung 6.12 auf, durch die sichergestellt wird, daß Drucköl von Kanal 3.5 ausschließlich zum Ringkanal 6.3 gelangt, nicht aber den Klemmkörper 6.1 umströmt.

Der Klemmkörper 6.1 enthält eine Feder 6.4. Diese ist innerhalb des Klemm­ körpers koaxial zu diesem angeordnet. Im vorliegenden Falle sind Klemm­ körper 6.1 und Kappe 6.2 im Querschnitt kreisförmig. Jedoch könnte der Querschnitt auch eine andere Gestalt haben.

Schließlich erkennt man einen Haltering 6.5 zur Hubbegrenzung mit einer Dichtung 6.6, die beide die Kappe 6.2 umschließen.

Zunächst wird in üblicherweise das Druckölsystem mit Öl gefüllt. Sodann wird das Dichtventil 3.2 entsprechend eingeschraubt, um den gewünschten Klemmdruck zu erzeugen. Aufgrund der leitenden Verbindung zwischen Ringspalt 3 und Ringkanal 6.3 des Klemmkörpers 6.1 findet ein Anpressen des Klemmkörpers 6.1 gegen die Kappe 6.2 statt. Die Kappe verbleibt somit in der dargestellten Position.

Für das Funktionieren der erfindungsgemäßen Ausführungsform kommt es wohlgemerkt allein auf den Ringspalt zwischen Klemmkörper 6.1 und Kappe 6.2 an. Die Kappe sitzt zwar auch in einer Bohrung 2.3 in der Nabe 2. Jedoch spielt die Bohrung 2.3 für die Funktion der Erfindung keine Rolle. Die Bohrung 2.3 muß lediglich derart bemessen sein, daß ein ungehindertes Verschieben der Kappe 6.2 in radialer Richtung (in Bezug auf die Welle 1 gesehen) mög­ lich ist.

Tritt jedoch eine Leckage auf, beispielsweise im Ringspalt 3, in Einlaß 3.1, im Dichtventil 3.2 oder in Verbindungskanal 3.4, so fällt der Öldruck im System ab. Dieser Druckabfall setzt sich fort bis zum Kanal 6.3 des Klemmkörpers 6.1. Nunmehr können der Klemmkörper 6.1 in der Kappe, als auch die Kappe 6.2 in der Bohrung 2.3 in axialer Richtung frei gleiten. Die Feder 6.4 sorgt in diesem Falle dafür, daß die Kappe 6.2 aus der Nabe 2 herausbewegt wird und die gestrichelt dargestellte Position einnimmt. Die Kappe 6.2 hat damit einen Hub 7 zurückgelegt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 liegen die Verhältnisse ganz ähnlich wie bei jener gemäß Fig. 2. Nur ist hierbei noch ein Verbindungskanal 3.6 zwischen dem Ölanschluß 5 und dem Druckwächter 6 vorgesehen. Wie man erkennt, weist die Kappe 6.2 einen Absatz 6.7 auf, so daß ein Ringraum 6.8 gebildet wird. Dieser Ringraum 6.8 steht über Kanal 3.6 mit dem Druckölsy­ stem ebenfalls in leitender Verbindung. Er ist durch Dichtungen 6.9, 6.10 ab­ gedichtet.

Durch diese Ausbildung wird auf die Kappe 6.2 dann Druck ausgeübt, wenn durch den Ölanschluß 5 bei Inbetriebnahme der Kupplung Öl eingefüllt wird. Dies hat den Vorteil, daß die Kappe automatisch niedergedrückt wird, das heißt radial einwärts, entgegen der Kraft der Feder 6.4. Dies kann sehr vorteil­ haft sein, da bei großen Anlagen, etwa im Walzwerkbau, die Feder sehr stark ausgebildet werden muß.

Fig. 4 stellt im wesentlichen denselben Druckwächter wie Fig. 2 dar, jedoch zur besseren Klarheit in vergrößertem Maßstab.

Eine besonders interessante Variante ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Wie man sieht, sind hierbei Klemmkörper 6.1 und Kappe 6.2 derart gestaltet, daß deren miteinander zusammenwirkende, sich berührende Flächen konisch verlaufen. Zwischen dem radial inneren Rand der Kappe 6.2 und dem Grund der Bohrung 2.3 ist ein Paket von Distanzringen 8 vorgesehen. Diese sind in beliebiger Zahl einlegbar. Sie haben die Wirkung, daß der Spalt zwischen den genannten, miteinander zusammenwirkenden Flächen von Klemmkörper 6.1 und Kappe 6.2 einstellbar ist. Damit läßt sich der gewünschte Druckwert ein­ stellen, von welchem ab die Klemmwirkung zwischen Klemmkörper 6.1 und Kappe 6.2 aufgehoben, und die Kappe 6.2 vom Klemmkörper 6.1 abgezogen wird. Mit dieser Lösung kann der Kunde den gewünschten Druckwert selbst einstellen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 erkennt man wiederum den Ringspalt 3 zwischen Hohlwelle 1 und Nabe 2. Der Klemmkörper ist in diesem Falle im wesentlichen als Stab 6.1 ausgebildet. Als Kanal ist hierbei kein Ringkanal, sondern eine Bohrung 6.9 vorgesehen. Die Bohrung 6.9 steht wieder um über einen Kanal 3.5 mit dem Ringspalt 3 in leitender Verbindung.

Ein weiterer Unterschied gegenüber den vorausgegangenen Ausführungs­ formen besteht darin, daß hier keine Kappe vorhanden ist, sondern daß der Klemmkörper 6.1 unmittelbar und berührend von der Bohrung 2.3 in der Nabe 2 umschlossen ist. Hierbei ist eine Dichtung 9 notwendig, damit kein Drucköl durch den Ringspalt zwischen Klemmkörper 6.1 und der Laibung der Boh­ rung 2.3 radial nach außen austritt.

Tritt ein Druckabfall im Druckölsystem auf, so findet keine Klemmung zwi­ schen Klemmkörper 6.1 und der Bohrung 2.3 in der Nabe mehr statt. Deshalb kann die Feder 6.4 den Klemmkörper 6.1 über die Außenfläche der Nabe 2 hinausdrücken und damit den Druckabfall anzeigen.

Ganz allgemein ist der Druckwächter 6 derart ausgelegt, daß die Klemmung erst bei dem gewünschten Mindestdruck des Öldrucksystems beginnt.

Bei Ausbildung der Erfindung gemäß der Fig. 2, 4 und 5 wird der Klemm­ körper beziehungsweise - bei den Fig. 2 und 4 die Kappe - entgegen der Federkraft in die Bohrung 2.3 eingedrückt. Sobald der Betriebsdruck auf das Öldrucksystem aufgebracht ist, erfolgt ein Verspannen. Sinkt der Druck ab und unterschreitet er den eingestellten Mindestdruck (z. B. 1000 bar), so wird die Klemmkraft des Druckwächters aufgehoben, so daß ein Verschieben des Klemmkörpers 6.1 beziehungsweise der Kappe 6.2 nach außen erfolgt.

Der Hub 7 kann auch durch einen stationär angeordneten Näherungsschalter registriert werden.

Das automatische Einschieben von Klemmkörper 6.1 und Kappe 6.2 beim Aufpumpen des Druckölsystemes gemäß Fig. 3 ist zu bevorzugen. Hierdurch wird die Montage erleichtert. Außerdem wird die Funktion verbessert. Es ist eine hohe Federkraft möglich. Auch wird hierdurch die Sicherheit gesteigert, da das Eindrücken zwangsläufig erfolgt und nicht der Aufmerksamkeit des Personals überlassen bleibt.

Claims (9)

1. Kupplung zum Verbinden einer Welle (1) mit einer Nabe (2),

• 1.1 mit einem Ringspalt (3) in der Nabe;
• 1.2 der Ringspalt (3) ist an eine Druckmediumquelle anschließbar;
• 1.3 es ist ein Klemmkörper (6.1) vorgesehen;
• 1.4 der Klemmkörper (6.1) ist von einem Hüllkörper (6.2) berührend um­ schlossen;
• 1.5 der Klemmkörper (6.1) weist einen Kanal (6.3) auf, der mit dem Ring­ spalt (3) in leitender Verbindung steht und über den Klemmkörper (6.1) bei Druckbeaufschlagung gegen den Hüllkörper (6.2) anpreßbar ist;
• 1.6 es ist eine Feder (6.4) vorgesehen, die auf den Hüllkörper (6.2) ein­ wirkt, und die das Bestreben hat, den Hüllkörper (6.2) vom Klemmkör­ per (6.1) abzuziehen.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüll­ körper (6.2) als Kappe (6.2) ausgebildet ist, und daß die Feder (6.4) auf die Kappe (6.2) einwirkt.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal des Klemmkörpers (6.1) als Ringkanal (6.3) ausgebildet ist.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hüllkörper (6.2) mit dem hiervon umhüllten Klemmkörper (6.1) in eine Bohrung (2.3) in der Nabe (2) eingesetzt ist.

5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Positionierens des Hüllkörpers (6.2) relativ zum Klemmkörper (6.1) im Sinne eines Spannens bei der Montage der Hüllkörper (6.2) derart durch den Öldruck beaufschlagbar ist, daß der Öldruck der Fe­ derkraft entgegenwirkt.

6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantel­ fläche des Hüllkörpers (6.2) eine Aussparung (6.8) aufweist, die über eine Zuleitung an die Ölquelle (5) anschließbar ist.

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 7.1 die miteinander zusammenwirkenden Klemmflächen von Klemmkörper (6.1) und Hüllkörper (6.2) sind kegelförmig ausgebildet;
• 7.2 die Weite des zwischen den Klemmflächen herrschenden Spaltes ist durch entsprechendes Positionieren der beiden Körper (6. 1, 6.2) relativ zueinander einstellbar.

8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Einstellens der Weite des Spaltes Zwischenringe (8) vorgese­ hen sind, die zwischen das radial innere Ende des Hüllkörpers (6.2) und eine von der Nabe gebildeten Fläche einlegbar sind.

9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmkörper (6.1) stabförmig ausgebildet ist, und daß die Nabe (2) eine Bohrung (2.3) aufweist, die den Klemmkörper (6.1) auf­ nimmt und dabei berührend umschließt so daß die Nabe (2) selbst als Hüllkörper dient, und daß zwischen Nabe (2) und Klemmkörper (6.1) eine Dichtung (9) vorgesehen ist.