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Die Erfindung betrifft eine Tonnenkupplung, insbesondere für eine Seiltrommelgelenkverbindung eines Hubwerks, wie diese insbesondere in Kran-Hubwerken zur Verbindung einer Seiltrommel mit der Antriebswelle eines Getriebes eingesetzt wird, aber z.B. auch für Winden und Hebebühnen.
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Stand der Technik
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Im Speziellen betrifft die Erfindung eine Seiltrommelgelenkverbindung umfassend ein erstes Gelenkteil, welches eine äußere Umfangsfläche aufweist, an der ein erstes Kupplungselement ausgebildet ist sowie ein zweites Gelenkteil mit einer Aufnahmeöffnung definierend eine Innenmantelfläche ausgebildet zur Aufnahme des ersten Gelenkteils und einem zu dem ersten Kupplungselement komplementären zweiten Kupplungselement. In Einbaulage wird somit ein Drehmoment von dem ersten Gelenkteil auf das zweite Gelenkteil übertragen. Das erste Kupplungselement und das zweite Kupplungselement greifen in Einbaulage aber nicht unmittelbar ineinander ein; stattdessen sind als Kraftübertragungselemente zwischen den Verzahnungen eine Vielzahl gehärteter Stahl-Tonnen angeordnet, welche in die Halbkreisverzahnungen mit mehreren, als Lagerflächen für die Stahl-Tonnen dienenden halbkreisförmigen Aufnahmen längsverschieblich eingesetzt sind. Allerdings ist es erforderlich, die Stahl-Tonnen bzw. Tonnenrollen durch gesonderte Sicherungsringe gegen ein Auswandern in axialer Richtung zu sichern. Die Sicherungsringe werden insbesondere beidseitig auf der Nabe angeordneten in dafür vorgesehene Nuten eingesetzt. Diese Sicherung ist gegen axiales Auswandern der Tonnenrollen erforderlich, da diese ansonsten beispielsweise bei einem Bruch eines Gehäusedeckels aus den Lagerflächen herausgleiten könnten. Ein Herausgleiten von Tonnenrollen hätte jedoch unvermeidlich einen Lastabsturz zufolge.
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Die besonderen Eigenschaften und Vorteile einer Tonnenkupplung bestehen darin, dass diese Fluchtungsfehler, also Winkelversatz zwischen den Gelenkteilen auch bei großen zu übertragenden Drehmomenten ausgleichen können, einfach zu montieren sind, eine optimale Verteilung der Radiallast bewerkstelligen, eine hohe Lebensdauer aufweisen, hohe Sicherheitsfaktoren für Biegebeanspruchung und radiale Spitzenleistungen realisieren, durch die große Auflagefläche der Tonnenrollen zur Aufnahme extrem hoher Radiallasten geeignet sind und der Innenbereich gut gegen Schmutz abzudichten ist, diese also gut geeignet sind zum Einsatz in schmutzigen Umgebungen.
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Bei einem Hubwerk ist das erste Kupplungselement vorzugsweise als hohlzylindrische Nabe ausgebildet, die z.B. auf eine Welle drehfest aufsteckbar ist und auf ihrer äußeren Mantelfläche als erstes Kupplungselement eine außenseitig an der Nabe ausgebildete Innenkreisverzahnung mit mehreren, umfänglich angeordneten und jeweils halbkreisförmig ausgebildeten Lagerschalen aufweist. Das zweite Kupplungselement ist üblicherweise direkt in ein Gehäuse oder dessen Bestandteil integriert und umfasst als zweites Kupplungselement eine Innenkreisverzahnung innseitig an dem Gehäuse, die komplementär zu der Innenkreisverzahnung der Nabe ausgebildet ist, also mehrere, umfänglich angeordnete und ebenfalls halbkreisförmige Lagerschalen für die Aufnahme der Stahl-Tonnen zwischen den fluchtend ausgerichteten Innenkreisverzahnungen in Einbaulage aufweist. Daneben umfasst ein Hubwerk üblicherweise einen oder mehrere Elektromotoren, Kupplungen, Bremsscheiben, eine Getriebeeingangswelle zum Antrieb eines Getriebes, eine elektronische Steuereinheit sowie eine Getriebeausgangswelle.
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Ein wesentliches und kritisches Bauteil dieser Tonnenkupplungen sind insofern die Tonnen-Rollen, welche ballig ausgeführt sind, also jeweils zwei beabstandete und zueinander ersteckende Stirnflächen sowie eine sich zwischen diesen ersteckende, konvex gewölbte Außenmantelfläche aufweisen. Diese einzelnen balligen Tonnen-Rollen sitzen längsverschieblich zwecks Kraftübertragung in den jeweiligen, Aufnahmen bildenden Kreisverzahnungen an dem ersten und zweiten Kupplungsteil. Das ein- oder mehrteilige Gehäuse ist somit axial verschiebbar ausgeführt, um während des Betriebs einen Axialausgleich zwischen dem ersten Gelenkteil und dem zweiten Gelenkteil zu ermöglichen. Die ballige Ausgestaltung der Tonnen-Rollen realisiert zugleich den gewünschten Winkelausgleich zwischen den Getriebeteilen, bei einem Hubwerk insbesondere dem Getriebe und der Seiltrommel, also die eigentliche Gelenkfunktion. Im eingebauten Zustand werden die Tonnen-Rollen durch einen oder mehrere Druck- und Sicherungsringe auf der Nabe axial fixiert, da der Axialausgleich nur über das Gehäuse erfolgen soll.
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Nachteile am Stand der Technik
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Tonnen-Kupplungen ist die Vielzahl der Bauteile sowie die durch die Sicherungsringe und losen Tonnen-Rollen aufwendige Montage und Demontage der Kupplung selbst, also der Montageaufwand, wobei für eine korrekte Montage auch entsprechend geschulte Fachkräfte und bei größeren Ausbildungen entsprechende Handhabungsgeräte erforderlich sind.
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Für die Montage einer Tonnenkupplung gemäß dem Stand der Technik muss die Nabe zur Montage auf einer Getriebewelle regelmäßig erwärmt werden, wozu eine vorherige Zerlegung der Kupplung in ihre Einzelteile erforderlich ist. Entsprechend schwierig gestaltet sich das Einsetzen der Tonnen-Rollen und Sicherungsringe sobald die Nabe auf der Welle montiert ist.
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Technisches Problem (Aufgabe)
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, diese Nachteile zumindest teilweise zu vermeiden und insbesondere eine Tonnenkupplung vorzusehen, die ferner einfacher zu montieren und demontieren ist.
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Erfindung
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Gelöst wird diese Aufgabe bereits durch eine Tonnenkupplung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs; vorteilhafte, aber nicht zwingende Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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In der abstraktesten Ausführungsform wird dieses technische Problem bei einer Tonnenkupplung der eingangs genannten Art somit bereits dadurch gelöst, dass anstelle von mehreren, lose zwischen dem ersten und dem zweiten Gelenkteil angeordneten und lagefixierten Tonnen-Rollen ein gleichermaßen ballig ausgebildetes Tonnenkreisprofil zur Kraftübertragung an einem Gelenkteil bzw. Kupplungselement ausgebildet ist, welches in Einbaulage in das jeweilig andere Gelenkteil bzw. Kupplungselement drehverbindlich eingreift. Die äußere Mantelfläche des Tonnenkreisprofils umfasst also mehrere, sich vollumfänglich um die Mantelfläche ersteckende und beabstandet zueinander angeordnete „Tonnenzähne“, von denen jeder Zahn eine tonnenförmige Zahngeometrie aufweist bzw. genau genommen wie eine halbe Tonne ausgebildet ist. Jeder dieser Tonnenzähne weist damit einen sich in Längserstreckungsrichtung (axialer Richtung) erstreckenden Längskrümmungsradius auf, der größer ist als ein Querkrümmungsradius, der sich jeweils quer zur axialen Längserstreckungsrichtung erstreckt, wobei dieser Querkrümmungsradius vorzugsweise zusätzlich von den sich gegenüberliegenden Stirnflächen jedes Tonnenzahns bis zu dem Zenit des Längskrümmungsradius jeweils gleichmäßig zunimmt.
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Diese überraschend einfache Ausgestaltung stellt eine erhebliche Vereinfachung bei der Montage dar, weil die einzelnen Tonnen-Rollen nicht mehr benötigt werden, was die Montagezeit um 25 Prozent und mehr reduziert. Da keine einzelnen, losen Tonnen-Rollen mehr für die Kraftübertragung erforderlich sind, entfallen somit auch die bislang zwingend erforderlichen Druck- und Sicherungsringe. Gleichzeitig bleibt aber die unbedingt gewünschte Funktion des Winkelausgleichs aufgrund balliger Ausgestaltung des Profils weiterhin erhalten, ebenso wie der Axialausgleich, welcher nach wie vor über das Gehäuse ermöglicht wird.
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Das Ausbilden eines Tonnenkreisprofils mit einem vollumfänglich und in gleichmäßigen Abständen zueinander, also wiederholend ausgebildeten Tonnen-Struktur an einem Gelenkteil, also das unmittelbare Vorsehen entweder eines Außen- oder Innenprofils mit einer balligen, sich in regelmäßigen Abständen wiederholenden Ausbildung jedes Profilzahns setzt eine besondere Fertigungstechnik mit insbesondere fünfachsigen Fräsmaschinen voraus, welche sich die Erfindung zu Nutze macht. Bevorzugt ist zumindest der Bereich der Außen- bzw. InnenKreisverzahnung zur Erhöhung der Lebensdauer gehärtet, insbesondere induktiv- oder flammgehärtet.
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Ausführungsformen sehen vor, dass das Außenprofil umlaufend auf der äußeren Mantelfläche der Nabe ausgebildet ist, insbesondere einstückig an diesem vorgesehen.
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Das Profil kann zudem auf einem umlaufenden Absatz bzw. einem Ringabsatz angeordnet sein, der z.B. auf der äußeren Mantelfläche der Nabe zur Erhöhung der Kreisverzahnung vorgesehen ist.
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Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass ein- oder beidseitig anschließend an das Tonnenkreisprofil bzw. das besonders fein geschlichtete Dichtflächen für vorzugsweise beidseitig angeordnete Dichtringe vorgesehen sind.
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Die Erfindung betrifft insofern auch ein Hubwerk umfassend eine oder mehrere der erfindungsgemäßen Tonnenkupplungen, die insbesondere zur Verbindung mit der Getriebeausgangsseite eingesetzt werden, die erfindungsgemäß ausgebildete Nabe mit dem außenseitigen Tonnenprofil auf der Getriebeausgangsseite sitzt und das Gehäuse zusammen mit einem entsprechenden Gegengehäuse an dem gegenüberliegenden Ende eine Seiltrommel aufnimmt bzw. antreibt.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Erfindungsbeschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, mit denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. in Bezug auf die Orientierungen der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierung positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist nicht im einschränkenden Sinne aufzufassen. Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „integriert“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Integration. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischem Bezugszeichen versehen, soweit dieses zweckmäßig ist. Bezugszeichenlinien sind Linien, die das Bezugszeichen mit dem betreffenden Teil verbinden. Ein Pfeil hingegen, der kein Teil berührt, bezieht sich auf eine gesamte Einheit, auf die er gerichtet ist. Die Figuren sind im Übrigen nicht unbedingt maßstäblich. Zur Veranschaulichung von Details können möglicherweise bestimmte Bereiche übertrieben groß dargestellt sein. Darüber hinaus können die Zeichnungen plakativ vereinfacht sein und enthalten nicht jedes bei der praktischen Ausführung gegebenenfalls vorhandene Detail. Es zeigen:
- 1 eine Explosionsdarstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Seiltrommelgelenkverbindung;
- 2 ein Längsschnitt der Seiltrommelgelenkverbindung gemäß 1 im zusammengebauten Zustand;
- 3 eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Seiltrommelgelenkverbindung;
- 4 einen Längsschnitt der Seiltrommelgelenkverbindung gemäß 3 im zusammengebauten Zustand; und
- 5 eine vergrößerte Ausschnitt der Stirnansicht der erfindungsgemäßen Nabe zur Verdeutlichung des Härtungsbereichs der Tonnen-Zähne.
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Gemäß der Explosionsdarstellung in 1 und dem Längsschnitt in 2 besteht eine aus dem Stand der Technik bekannte Seiltrommelgelenkverbindung im Wesentlichen aus einer durch ein nicht dargestelltes Getriebe angetriebene, hohlzylindrische Nabe 2 und ein diese Nabe 2 aufnehmendes Gehäuse 4. An der Innenmantelfläche des Gehäuses 4 ist eine Innenkreisverzahnung 4.1 und an der Außenmantelfläche der Nabe 2 eine komplementär ausgebildete Innenkreisverzahnung 2.1 ausgebildet, die jeweils eine Profilstruktur mit in regelmäßigen Abständen ausgebildeten, halbkreisförmigen Aufnahmen umfasst, die als Lagerschalen fungieren. In diese in Einbaulage ausgerichteten Profilstrukturen sind umfänglich zwischen dem Gehäusedeckel 4 und der Nabe 2 in Abhängigkeit von der Größe zwischen 14 und 46 Tonnen-Rollen 6 eingesetzt, die über Druckringe 10, 10' und Sicherungsringe 12, 12' lagefixiert sind gegen Axialversatz. Das Gehäuse 4 ist mit einem Dichtungsdeckel 9 über mehrere Deckelschrauben 8 verschraubt. Die Nabe 2 ist also in Einbaulage konzentrisch in dem Gehäuse 4 aufgenommen.
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Die 3 und 4 zeigen hingegen eine erfindungsgemäß ausgebildete Tonnenkupplung. Diese umfasst ebenfalls als hohlzylindrisch ausgebildete Nabe 20, die auf ihrer Außenmantelfläche ein radial abstehendes und umlaufendes Tonnenkreisprofil mit jeweils äquidistant zueinander beabstandeten und sich entlang der gesamten Umfangsfläche ersteckenden Tonnen-Zähnen 20.1 umfasst, die zudem auf einem Ringabsatz 20.2 angeordnet sind. Beidseitig von dem Tonnenkreisprofil können Dichtringe auf Dichtflächen angeordnet, die sich an das Tonnenkreisprofil anschießen.
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Jeder Tonnen-Zahn 20.1 des Tonnenkreisprofils weist zumindest an der äußeren Wirkfläche eine Tonnengeometrie auf, d.h. die radial nach innen ragende Mantelfläche ist in Längs- und in Querrichtung jeweils konvex gewölbt ist, wobei der Radius in der sich in axialer Richtung erstreckenden Längsrichtung größer ist als in Querrichtung.
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Diese Tonnen-Zähne 20.1 greifen in Einbaulage in die an der Innenkreisverzahnung 4.1 ausgebildeten halbkreisförmigen Lagerschalen des Gehäuses 4 ein, so dass für die Erfindung das identische Gehäuse 4 wie beim Stand der Technik eingesetzt werden kann, also bestehende Bauteile verwendbar sind. Deutlich ist erkennbar, wie stark die Anzahl der Bauteile durch die erfindungsgemäße Ausbildung reduziert werden konnten, nämlich (ohne Betrachtung der unveränderten Befestigungsschrauben) von etwa 50 Einzelteilen auf 5 Einzelteile, was wesentlich durch den Wegfall der Tonnenrollen 6 bedingt ist.
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Gemäß 5, welche eine vergrößerte Stirnansicht einiger Tonnen-Zähne 20.1 der Nabe 20 darstellt, weist jeder Tonnen-Zähn 20.1 einen sich von der äußeren, tonnenförmigen Mantelfläche über einen gewissen Bereich nach innen erstreckend zum Rotationsmittelpunkt einen Härtungsbereich 20.3 auf, wobei dieser sich auch durchaus weiter als in der Darstellung zum Rotationsmittelpunkt jedes Tonnen-Zahns 20.1 hin erstrecken kann.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen - einschließlich der Zusammenfassung - offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Nabe
- 2.1
- außenseitige Innenkreisverzahnung
- 4
- Gehäusedeckel
- 4.1
- innenseitige Innenkreisverzahnung
- 6
- Tonnen-Rolle
- 8
- Deckelschraube
- 9
- Dichtungsdeckel
- 10, 10'
- Druckring
- 12, 12'
- Sicherungsring
- 20
- Nabe
- 20.1
- Tonnen-Zahn
- 20.2
- Ringabsatz
- 20.3
- Härtungsbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202008009373 [0005]
- DE 102006022782 [0005]
- DE 3007319 A1 [0005]
