DE19709951A1 - Drehsteife, biegeelastische Wellenkupplung, insbesondere aus Ganzstahl - Google Patents
Drehsteife, biegeelastische Wellenkupplung, insbesondere aus GanzstahlInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine drehsteife, biegeelastische
Wellenkupplung, insbesondere Ganzstahl-Wellenkupplung, mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, wie sie aus den
Unterlagen des DE-GbM 93 05 154 bekannt ist.
Bei dieser Art von Wellenkupplung müssen zwei Drehmomentbereiche
unterschieden werden:
- 1. rein reibschlüssige Drehmomentübertragung, hier wird das Drehmoment von Nabe zu Nabe absolut spielfrei übertragen;
- 2. gemischte, form- und reibschlüssige Drehmomentübertragung, hier wird der Reibschluß überwunden und das Drehmoment wird in Abhängigkeit den ausgeführten Toleranzen spielbehaftet übertragen. Dies ist in der Regel bei Drehmomenten der Fall, die größer sind als das entsprechende Nennmoment der Kupplung.
Bei der zweiten Art der Drehmomentübertragung (gemischter Form- und
Reibschluß) wurden Lamellendauerbrüche quer durch die Löcher der
Verbindungsstellen beobachtet, da sich hier ungünstige Kraftumlagerungen
bzw. Spannungskonzentrationen am Rand der Lamellenlöcher ergeben.
Prinzipiell besteht bei Kupplungen der oben genannten Bauart das Bestreben,
das reibschlüssige Drehmoment so hoch wie nur möglich zu gestalten.
Die Höhe des reibschlüssig übertragbaren Drehmoments ist abhängig von der
Schraubenanzahl, vom Teilkreisdurchmesser der Lamellenanbindung und
der max. übertragbaren Reibschubspannung τmax im Bereich der Anbindung.
Diese wird bestimmt durch den Reibbeiwert und die Druckspannung p,
entsprechend der Gleichung τmax = µ × p.
Durch den Einfluß von Tribokorrosion kommt es zu einem Abfall der
dauerfest ertragbaren Spannung der Lamellen. Mit der Zunahme von
Mikroschlupf und/oder Flächenpressung wird das Ausmaß der
Tribokorrosion stärker.
An den Rändern der Einspannstellen eines Lamellenpakets sind sowohl
relativ hohe Flächenpressung als auch (durch Verlagerung der Kupplung
bedingter) Mikroschlupf vorhanden. Es kommt hier also bei großen
Verlagerungen zur Bildung von Tribokorrosion, gleichzeitig fallen die
zulässigen Materialspannungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das reibschlüssig übertragbare
Drehmoment der Kupplung zu erhöhen; dabei soll die Flächenpressung
(Schraubenvorspannkraft) sowie die Anzahl der Schrauben konstant
gehalten und der Reibbeiwert zwischen den Lamellen sowie den
angrenzenden Bauteilen Bundbuchse und Ring erhöht werden.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Patentanspruchs 1. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Die Strahlbehandlung ist bekannt aus dem Aufsatz von E. Spielvogel
"Strahlmittel als Werkzeug", Teil I in: I-Lack, 50. Jg., 5/1982, Seiten 181 bis 184.
Durch die Oberflächenbehandlung, insbesondere das Glas-, Sand- oder
Kugelstrahlen wird mindestens ein Teilbereich einer oder mehrerer
Lamellen auf einer oder beiden Seiten mit einer aufgerauhten Oberfläche
versehen, in deren Bereich sich hierdurch der Reibbeiwert und somit auch
das reibschlüssig übertragbare Drehmoment erhöhen.
Die Methoden der Oberflächenbehandlung, auch das Strahlgut, der
Betriebsdruck und die Dauer des Strahlvorgangs werden so gewählt, daß es
im behandelten Bereich zu einer leichten Materialverformung
(Materialumschichtung) kommt. Hierbei nimmt die Dicke der Lamelle im
behandelten Bereich um (bis zu) mehrere Hundertstel Millimeter zu. Diese
Dickenzunahme wirkt sich positiv bei der späteren Montage des
Lamellenpakets aus.
Der Reibbeiwert erhöht sich hierbei um Faktor 2 bis 3 und mit diesem auch
das reibschlüssig übertragbare Drehmoment. Eine auf diese Weise
ausgeführte Kupplung ist, bezogen auf die Baugröße, in der Lage, ein
überproportional hohes Drehmoment absolut reibschlüssig zu übertragen,
und zwar ohne die Gefahr, den Einfluß der Tribokorrosion durch Erhöhung
der Schraubenvorspannkraft zu verstärken.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es
zeigen:
Fig. 1a im schematischen Längsschnitt eine biegeelastische drehsteife
Kupplung,
Fig. 1b einen Ausschnitt aus der Fig. 1a;
Fig. 2 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen
Ringscheibenlamelle.
Nach Fig. 1a ist eine Nabe 1 mit einer Nabe 9 über zwei erfindungsgemäße
Lamellenpakete A, B und eine dazwischen angeordnete Hülse 8 drehsteif aber
winkel-, axial- und lateralbeweglich gekuppelt. Da die beiden Lamellenpakete
A und B identisch sind, genügt es, eine zu beschreiben. Die Lamellenpakete A
bzw. B verfügen über ein Paket ring- oder segmentförmiger Lamellen 5, die
axial zusammengespannt sind. Zu diesem Zweck weisen die Lamellen, auf
dem Umfang verteilt, mehrere axiale Bohrungen 5a auf, in die
Spannbüchsen 6 eingesetzt sind. Das Lamellenpaket 5 liegt einerseits an
einem stirnseitigen Bund 6b der Spannbüchse 6 an, der an seiner anderen
Seite flachkegelig ausgebildet ist. Andererseits liegt das Lamellenpaket an
einem auf die Spannbüchse 6 aufgesetzten Ring 4 an. Wird das freie Ende der
Spannbüchse 6 wie dargestellt, aufgebördelt, so ist das Lamellenpaket 5 auf
den Spannbüchsen 6 festgelegt und das Ganze kann als Einheit eingebaut
oder als Ersatzteil gehandelt werden. Das Lamellenpaket 5 ist mittels der
Schrauben 7 und der Muttern 2 in die Kupplung eingebaut. Unterlegscheiben
3 können zwischen dem Schraubenkopf 7 und dem Ring 4 angeordnet sein.
Wie in Fig. 1b dargestellt, verfügt ein Flansch 1a der Nabe 1 über
Ausnehmungen 1b, wobei der Kopf der Schraube 7 sich in einer dieser
Ausnehmungen 1b befindet, denen je ein unversehrter Abschnitt eines
Flansches 8a der Hülse 8 als Anlage für die Mutter 2 gegenüberliegt; bei der in
Umfangsrichtung nächsten Schraube 7 sind die Verhältnisse spiegelbildlich
dazu, d. h. deren Kopf liegt in einer solchen Ausnehmung des Flansches 8a,
wie dies z. B. am unteren Bildrand der Fig. 1a auf der radial
gegenüberliegenden Seite des Lamellenpaketes A dargestellt ist.
Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Lamelle 5 einer- oder beiderseits
oberflächenbehandelt oder -umgeformt. Die Oberflächenbehandlung kann
sich auf einen Teilbereich 5b beschränken. Ein solcher Teilbereich ist gemäß
Fig. 2 in der Nähe, vorzugsweise ringförmig konzentrisch um die Bohrung
5a herum vorgesehen, ausgeführt mit dem Durchmesser des Ringes 4 bzw.
der Spannbüchse 6. Bei einer Dickenzunahme der Lamellen durch die
Oberflächenbehandlung, z. B. den Strahlvorgang, kann der Teilbereich 5b
auch mit einem kleineren Durchmesser als dem des Ringes 4 bzw. des
Bundes 6b ausgeführt werden. Um den Bereich 5b kann sich ein ebenfalls
oberflächenbehandelter Bereich 5c mit besonderer Oberflächenverfestigung
erstrecken. Der Bereich 5c hat einen Außendurchmesser, der größer ist als der
Durchmesser des Ringes 4 bzw. des Bundes 6b.
Als Verfahren zur Oberflächenbehandlung und/oder -umformung kommen
in Frage die Strahlbehandlung, das Rollen, Riffeln oder Prägen, aber auch
jedes andere gleichwertige mechanische oder chemische (z. B. chemisches
Vernickeln) Verfahren, mit dem eine geeignete Oberflächenstruktur erzielbar
ist.
An den Rändern der Einspannstellen eines Lamellenpakets tritt bei hohen
Verlagerungswerten und langer Betriebszeit der Kupplung bevorzugt
Tribokorrosion auf. Diese führt zum Abfall der zulässigen
Materialspannungen der Lamellen. Dieser Abfall der Dauerfestigkeitswerte
kann durch Steigerung der Oberflächenhärte und durch induzierte
Druckeigenspannug reduziert bzw. verhindert werden.
Die durch Tribokorrosion stark belasteten Stellen der Lamellen in
unmittelbarer Nähe der Einspannung müssen, durch Verlagerung der
Kupplung bedingt, zusätzlich die höchsten Materialspannungen ertragen.
Hier kommt es aufgrund des hohen Zugspannungsanteils der Randlamellen
häufig zum Lamellenbruch dieser Randlamellen des Lamellenpakets. Die
Verlagerungsfähigkeit eines solchen Lamellenpakets kann durch induzierte
Druckeigenspannungen auf die einzelnen Lamellen erhöht werden, da durch
die Oberflächenbehandlung, z. B. das Strahlen, die effektiven Zugspannungen
der Lamellen (bei Verlagerung der Kupplung), im besonderen der
Randlamellen, reduziert werden.
Durch Ausweitung der oberflächenbehandelten Fläche der Lamellen um den
Bereich 5c kann aus den oben genannten Gründen die Verlagerungsfähigkeit
einer solchen Kupplung erhöht werden.
Claims (12)
1. Drehsteife, biegeelastische Wellenkupplung, insbesondere Ganzstahl-Wel
lenkupplung, mit einem Paket axial zusammengespannter Lamellen (5),
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Lamellen (5) einer- oder
beiderseits oberflächenbehandelt oder -umgeformt ist.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Oberflächenbehandlung durch Strahlbehandlung erfolgt ist.
3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die
Oberflächenbehandlung durch Rollen erfolgt ist.
4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Oberflächenbehandlung durch Riffeln erfolgt ist.
5. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Oberflächenbehandlung durch Prägen erfolgt ist.
6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oberflächenbehandlung nur auf einer Teilfläche (5b)
der Lamelle (5) erfolgt ist.
7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit axialen Bohrungen
(5a) in den Lamellen (5), durch die sich Spannbüchsen (6) und/oder
Schrauben (7) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilfläche (5b)
der Oberflächenbehandlung bei der Bohrung (5a) liegt.
8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Teilfläche (5b) die Bohrung (5a) konzentrisch umgibt.
9. Kupplung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein
ebenfalls oberflächenbehandelter Bereich (5c) besonderer
Oberflächenverfestigung und/oder -verformung die Teilfläche (5b) umgibt.
10. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 und 6 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Strahlbehandlung mittels Glassplittern, Glaskugeln,
Sand oder Metallkugeln erfolgt ist.
11. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß im Bereich der Oberflächen- insbesondere
Strahlbehandlung durch Materialumschichtung ein Materialauftrag und
damit eine Dickenzunahme der Lamelle (5) erfolgt ist.
12. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lamellen (5) ring- oder segmentförmig sind.
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