DE2111429A1 - Kupplung zum Verbinden von zwei Wellenenden - Google Patents

Description

Pät&

Dip!.-Phy& Dr. J. Fricke

Bfaunschweig Fall

Jasperalle· 1« ^Γς4ΧΧ

A/S Burmeister & Wain's Motor- og Maskinfabrik af 1971, Kopenhagen, Dänemark

Kupplung zum Verbinden von zwei Wellenenden

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zum Verbinden von zwei Wellenenden und mit zwei koaxialen Kupplungsteilen, die dazu eingerichtet sind, an je einem der Wellenenden befestigt zu werden, sowie mit lösbaren Kupplungselementen zwischen den beiden Kupplungsteilen,

Im Gegensatz zu den bekannten Kupplungen dieser Art, bei denen z.B. Passbolzen als Kupplungselemente zum Verbinden von zwei einander axial zugekehrten Kupplungsflanschen benutzt werden, ist die erfindungsgemässe Kupplung dadurch gekennzeichnet, dass der eine Kupplungsteil einen ringförmigen Abschnitt hat, der einen Abschnitt des anderen Kupplungsteils umgibt, und dass die beiden Abschnitte an ihren einander zugekehrten Flächen nach innen bzw. nach aussen verlaufende Aussparungen aufweisen, die als Teile einer gemeinsamen Kegelfläche geformt sind, und dass die Kupplungselemente von komplementären konischen Bolzen gebildet werden, die mit Hilfe von hydraulischen Arbeitszylindern in Verbindung mit dem einen der beiden Kupplungsteile axial verschoben und dadurch in und ausser Eingriff mit den Aussparungen der beiden Kupplungsteile gebracht werden können.

Hierdurch ist eine Kupplung angegeben, die sich relativ schnell und ohne Gefahr der Beschädigung der Kupplungsflächen ein- und ausrücken lässt, und die Abmessungen der Kupplung können auf angemessen niedrigen Werten gehalten werden, und zwar selbst bei sehr grossen zu übertragenden Drehmomenten, z.B. bei der Verwendung der Kupplung im Wellenzug eines Schiffs mit einer Maschinenleistung von 25.000 PS oder mehr und einer Drehzahl von etwa

109840/1192

100 U/min.

Erfindungsgemäss können die Arbeitszylinder mechanisch zu betätigende Sperrorgane sum Blockieren ihrer Zylinder und Kolben haben, wenn sich die Bolzen in ihrer eingerückten Stellung befinden, wodurch es ermöglicht wird, nicht selbstsperrende Kupplungsflächen zu verwenden, ohne dass es gleichzeitig erforderlich ist, dass der hydraulische Druck während der Rotation der Kupplung nach dem Einrücken aufrechterhalten wird.

Bei einer konstruktiv zweckmässigen Ausführungsform der Erfindung ist jeder Kupplungsbolzen hohl und fest mit dem zugehörigen hydraulischen Zylinder verbunden, der an einem längs des einen Kupplungsteils axial verschiebbaren Ring befestigt ist, und die Kolbenstange des Zylinders ist durch den Bolzen hindurchgeführt und an einem anderen Ring befestigt, der längs des Kupplungsteils auf der entgegengesetzten Seite von dessen mit Aussparungen versehenen Abschnitt, axial verschiebbar ist.

Erfindungsgemäss können zwischen dem Kupplungsteil und dem ersten verschiebbaren Ring Federorgane zum Ausrücken der Kupplungsbolzen vorgesehen sein. Das hydraulische System wird hierdurch vereinfacht, da es lediglich so einzurichten ist, dass es das Zusammenkuppeln der beiden Teile durch Einführen der Bolzen in die gegenüberliegenden Aussparungen vorzunehmen vermag.

Es ist vorteilhaft, dass die Federorgane aus zwei Gruppen v«n Federn bestehen, von welchen die erste Gruppe aus relativ steifen Federn mit kurzer Wanderung, vorzugsweise Tellerfedern, und die andere Gruppe aus weicheren Federn mit längerer Wanderung, vorzugsweise Schraubenfedern, bestehen. Hierdurch kann ein grosser Wert für die axiale Kraft, die zum Lösen der Bolzen beim Ausrücken benötigt wird, und gleichzeitig eine lange Wanderung erzielt werden, die ein vollständiges Herausziehen der Bolzen unter Federbeanspruchung ermöglicht.

Die Srfindung wird nachfolgend an Hand der schematischen Zeich-

1098A0/11S2

nung näher erklärt. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Kupplung, und zwar zeigt die obere Hälfte ' der Figur die Kupplung in eingerücktem und die untere Hälfte die Kupplung in ausgerücktem Zustand,

Fig. 2 eine Ansicht der Kupplung in der durch den Pfeil II in Fig. 1 angedeuteten Richtung,

Fig. 3 in grösserem Massstab einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2, d.h. bei eingerückter Kupplung,

Fig. 4 einen entsprechenden Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2 bei ausgerückter Kupplung,

Fig. 5 einen Ausschnitt nach der Linie V-V in Fig. 2 und

Fig. 6 einen Ausschnitt nach der Linie VI-VI in Fig.

Die auf der Zeichnung veranschaulichte Kupplung umfasst einen Flansch 1, der dazu eingerichtet ist, an der einen der beiden zusammenzukuppelnden Wellen befestigt zu werden, z.B. der Schraubenwelle eines Schiffs. Am Flansch 1 ist mit Hilfe einer Anzahl Bolzen 3 ein äusserer Kupplungsteil 2 befestigt, und ein innerer Kupplungsteil 4 ist mit Hilfe von Bolzen 5 an einem Flansch 6 an der anderen der beiden zusammenzukuppelnden Wellen, im vorliegenden Fall der Abtriebwelle eines Motors, befestigt. Ein Tragring 7 für eine Anzahl hydraulischer Zylinderaggregate ist axial verschiebbar auf der Peripherie des Flansches 6 geführt, und ein zweiter Ring β ist auf entsprechende Weise längs eines nach innen gekehrten Kragens auf der gegenüberliegenden Seite des Kupplungsteils 4 axial verschiebbar.

Die erwähnten hydraulischen Arbeitszylinder, von denen bei der gezeigten Ausführungsform acht mit gleich grossen Winkelabständen auf den Ring 7 verteilt sind, umfassen jeweils einen Zylinder 9, der mit einem zwischenliegenden Futter 10 in einer parallel zur Achse verlaufenden Bohrung im Ring 4 angebracht ist. Der vom Ring in Richtung der beiden Kupplungsteile wegragende Teil des Zylinders 9 ist mit einem konischen Kopf 11 ausgebildet, der als Kupplungsbolzen zum formschlüssigen Verbinden der

109840/1192

Kupplungsteile 2 und 4 dient. Im Hinblick hierauf hat der äussere Kupplungsteil 2 in seiner nach innen gekehrten zylindrischen Oberfläche eine entsprechende Anzahl, beim Auöführungsbeispiel also acht, Aussparungen 12, und der Kupplungsteil 4 weist in seiner nach aussen gekehrten Zylinderfläche gegenüberliegende Aussparungen 13 auf. Jeweils zwei der Aussparungen 12, 13 bilden zusammen, vom Spalt zwischen den beiden Kupplungsteilen abgesehen, eine Kegelfläche, die genau zur äusseren Kegelfläche auf dem als Kupplungsbolzen dienenden Zylinderkopf 11 passt.

Jeder der hydraulischen Zylinder 9 ist axial im Ring 7 mit Hilfe einer Mutter 14 festgespannt, indem sich auf der gegenüberliegenden Seite des Ringes unter dem Kopf 11 eine ringförmige Unterlage 15 befindet, deren Stärke bei der Montage der Zylinderaggregate so abgepasst wird, dass ein gleichmässiger Eingriff zwischen allen am Ring 7 befestigten Kupplungsbolzen 11 und den Kupplungsflächen der Aussparungen 12 und 13 gewährleistet wird. Um auf entsprechende Weise eine 'Justierung der radialen Stellung der Zylinderaggregate im Ring 7 zu ermöglichen, und zwar unangesehen kleinerer'Uogenauigkeiten bei der Herstellung, können die Futter 10, wie gezeigt, im Ring 7 mit einem Spielraum montiert sein, der während der Montage mit einem aushärtenden plastischen Material, beispielsweise einem Epoxidkleber, ausgefüllt wird.

In jedem der hydraulischen Zylinder 9 ist ein Kolben 16 axial verschiebbar, und der Kolben hat eine Kolbenstange 17, die durch eine zentrische Bohrung im Zylinderkopf 11 und einen an dessen Vorderseite hervorspringenden Führungszapfeη 1Ö hindurchgeführt ist, woraufhin die Kolbenstange mit Hilfe eines Gewindes 19 an ihrem vorderen Ende im Ring Ö festgeschraubt ist. Zwischen der Kolbenstange und den Wänden der Bohrung im Zylinderkopf befindet sich ein O-Ring 20 zum Abdichten der Durchführung.

Das nach hinten zeigende Ende des Kolbens 16 ist mit einem Gewinde 21 versehen, und eine Feststellmutter 22, die in einer Erweiterung 23 des hinteren Endes des Zylinders 9 verschiebbar ist,

1 09 8A 0 / 1192

kann auf das Gewinde 21 aufgeschraubt werden, wenn der Kolben, wie in Fig. 3 gezeigt, im Zylinder nach rechts gedrückt ist. Wenn die Feststellmutter 22 bis gegen den Boden der Erweiterung 23 des Zylinders geschraubt ist, verhindert sie offenbar ein Bewegen des Kolbens 16 nach links.

Zum Hervorbringen eines hydraulischen Drucks in den Arbeitskammern 24 der hydraulischen Zylinder 9 ist eine längs der Peripherie des Ringes 7 verlaufende Ringleitung 25 mit zu den Arbeitskammern der einzelnen Zylinder führenden Zweigleitungen vorgesehen. Auf der Ringleitung 25 sitzen ein oder mehrere sogenannte Schnappventile 27, mit deren Hilfe die Ringleitung und durch die Zweigleitungen die einzelnen Arbeitskammern 24 von einer geeigneten Quelle unter hydraulischen Druck gesetzt werden können. Die Schnappventile sind so eingerichtet, dass sie sich automatisch schliessen, wenn die nicht gezeigte, von der Druckquelle kommende Zufuhrleitung entfernt wird, so dass kein Drucköl aus den Zylindern und den Leitungen 25, 26 verlorengeht.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, hat einer der Bolzen 5 eine Verlängerung 5a, an der eine Anschlagplatte 2Ö befestigt ist, die zur Begrenzung der Bewegung des Ringes 7 auf dem Flansch 6 dient. Auf entsprechende Weise ist die axiale Bewegung des Ringes Ö in bezug auf den Kupplungsteil 4 durch einen Stift 30 und eine Anschlagplatte 29 begrenzt, die auf der Innenseite des Führungskragens dieses Kupplungsteils für den Ring befestigt ist. Die Anschlagplatte 29 ist in Fig. 5 dargestellt, welche Figur auch den Stift 30 zeigt, der daneben, dass er als Axialanschlag wirkt, auch als Mitnehmerstift dient, da er bei der Montage in die Teile 4 und Ö hineingebohrt worden ist, die hierdurch daran gehindert werden, sich relativ zueinander zu drehen.

Die in ausgerückter Stellung befindliche Kupplung ist in Fig. veranschaulicht, und es ist ersichtlich, dass der Ring 7 mit den konischen Kupplungsbolzen 11 so weit zurückgezogen, d.h^ nach rechts gezogen ist, dass die hervorspringenden Führungszapfen 1Ö an den Bolzen von den beiden Kupplungsteilen 2 und

109840/1192

freigegeben sind. Da die Trennfdäche zwischen den beiden Kupplungsteilen ausserdem so weit nach aussen verlegt ist, dass sich der Teil 2 an den Kolbenstangen 17 vorbeibewegt, können die beiden Kupplungsteile und damit die jeweils zu diesen gehörenden Wellen unabhängig voneinander rotieren. Insbesondere kann man, wenn die erfindungsgemässe Kupplung in die Schraubenwelle eines Schiffes eingeschaltet ist, die Maschine stillstehen lassen, während die Schraube, die in fester Verbindung mit dem äusseren Kupplungsteil steht, bei einem Schiff mit mehreren Hauptmaschinen vom Schraubenwasser der anderen Schrauben gezogen frei rotieren kann. Auf diese Weise lassen sich Überholungsarbeiten an einer oder mehreren Maschinen auf hoher See und bei fahrendem Schiff ausführen.

Wenn die Kupplung aus der in Fig. 4 gezeigten, ausgerückten Stellung wieder eingerückt werden soll, ist es erforderlich, zuerst denjenigen Kupplungsteil oder diejenigen Kupplungsteile,, die eventuell rotieren, zum Stillstand zu bringen und mit Hilfe eines Hilfsmotors oder auf andere Weise die beiden Kupplungsteile 2 und 4 relativ zueinander so zu drehen, dass die paarweise zusammengehörenden Kupplungsflächen 12 und 13 einander gegenüberstehen.

Daraufhin wird von der oben erwähnten Druckquelle durch die Leitungen 25 und 26 ein hydraulischer Druck in den Arbeitskammern 24 der Zylinder 9 erzeugt, wodurch die Kolben 16 in bezug auf die Zylinder nach rechts geschoben werden. Die absolute Bewegung der Kolben hört auf, sobald der Ring Ö gegen den Kupplungsteil 4 oder 2 anliegt, und die Zylinder 9 mit den konischen Bolzen 11 bewegen sich daraufhin in die gegenüberliegenden, komplementären Aussparungen 12 und 13 hinein. Während dieser Bewegung gleichen die konischen Bolzen 11 eventuelle axiale und radiale Lagefehler der beiden Kupplungsteile aus, die z.B. vom Gewicht der von respektiven Lagern wegragenden Enden der Wellen und Kupplungsteile hervorgerufen sein können. Auch eventuelle Winkelfehler in den Stellungen, die die beiden Kupplungsteile relativ zueinander einnehmen, werden während des Vorschiebens

109840/1192

der Bolzen 11 ausgeglichen. Wenn sämtliche Bolzen unter dem vorgeschriebenen hydraulischen Druck mit den Kupplungsflächen 12 und 13 in Eingriff gebracht worden sind, wird die Feststellmutter 22, wie bereits erwähnt, manuell gegen den Boden der Erweiterung 23 des Zylinders 9 gespannt, und wenn der hydraulische Druck daraufhin aufgehoben wird, hält die Feststellmutter den Kolben und den Zylinder relativ zueinander fest. Bei der gezeigten Ausführungsförm^ bei welcher der halbe Scheitelwinkel der konischen Bolzen Il und der entsprechenden Aussparungen 12 Und 13 etwa 15° beträgt, so dass die Kupplungsflächen nicht selbstsperrend sind, erfolgt das Ausrücken der Kupplung rein mechanisch mit Hilfe von zwei Sätzen von Federorganen, die am " deutlichsten in den Figuren 5 und 6 veranschaulicht sind. Der eine Satz umfasst, wie gezeigt, vier Kolonnen, die jeweils aus einer Anzahl Tellerfedern 31 bestehen, welche mit Hilfe einer Schraube 32 zwischen einer Scheibe 33 und der nach aussen zeigenden Seitenfläche des Kupplungsteils 4 festgespannt sind. Der zweite Satz Federn umfasst vier Schraubenfedern 34, die eine wesentlich längere Federwanderung und eine verhältnismässig niedrige Federkonstante haben und die bei eingerückter Kupplung gegen die rechte Seite des Ringes 3 bzw. eine im Ring 7 befestigte Schraube 35 anliegen. Die Federn 34 sind zweckmässig so gewählt, dass sie selbst bei ganz ausgerückter Kupplung, siehe Fig. 5, noch einen gewissen Druck zwischen den beiden Ringen ä 7 und δ ausüben. Mit dem gezeigten Federarrangement erhält man zu Beginn des Ausrückvorganges, wenn sich die konischen Flächen der Bolzen und der Aussparungen der Kupplungsteile noch in Eingriff befinden, eine relativ grosse Ausrückkraft, und wenn der Eingriff zwischen den Kupplungsflächen aufgehoben ist, reicht die von den Federn 34 ausgeübte, geringere Kraft dazu aus, die fortgesetzte Verschiebung des Ringes 7 sicherzustellen. Da dieser Verschiebung von dem in den Arbeitskammern 24 herrschenden Druck und vom Strömungswiderstand des Öls, das aus den Kammern verdrängt wird, entgegengewirkt wird, erfolgt das Ausrücken mit einer geeignet niedrigen Geschwindigkeit.

Bei der Anwendung der Kupplung in einem Schiff, wie bereits er-

10 9 8 4 0/1192

wähnt worden ist, wo die Kupplung eventuell während der Fahrt ausgerückt und die Schraube frei rotieren können soll, ist es zweckraässig, wie in Fig. 1 gezeigt ist, zwischen der Schraubenwelle, die hier mit 36 bezeichnet ist und dem äusseren Kupplungsteil 2 ein kurzes, herausnehmbares Wellenstück 37 einzuschalten, das an seinem einen Ende mit dem oben erwähnten Flansch 1 und an seinem anderen Ende mit einem Flansch 3ß versehen ist, der mit Hilfe von Bolzen 39 an einem Flansch 40 an der Schraubenwelle befestigt ist.

109840/ 1 192

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE

   /l. ) Kupplung zum Verbinden von zwei Wellenenden und mit zwei koaxialen Kupplungsteilen, die dazu eingerichtet sind, an je einem der Wellenenden befestigt zu werden, sowie mit lösbaren Kupplungselementen zwischen den beiden Kupplungsteilen, dadurch gekennzeichnet. dasa der eine Kupplungsteil (2) einen ringförmigen Abschnitt hat, der einen Abschnitt des anderen Kupplungsteils (4) umgibt, und dass die beiden Abschnitte an ihren einander zugekehrten Flächen nach innen bzw. nach aussen verlaufende Aussparungen (12, 13) aufweisen, die wie Teile einer gemeinsamen Kegelfläche geformt sind, und dass die Kupplungselemente von komplementären konischen Bolzen (11) gebildet werden, die mit Hilfe von hydraulischen Arbeitszylindern (9, 16) in Verbindung mit dem einen der beiden Kupplungsteile axial verschoben und dadurch in und ausser Eingriff mit den Aussparungen (12, 13) der beiden Kupplungsteile gebracht werden können.
2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitszylinder (9, 16) mechanisch zu betätigende Feststellorgane (22) zum Blockieren ihrer Zylinder (9) und Kolben (16) bei eingerückten Bolzen (11) haben.
3. 3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kupplungsbolzen (11) hohl und fest mit dem zugehörigen hydraulischen Zylinder (9) verbunden ist, der an einem längs des einen Kupplungsteils (4) axial verschiebbaren Ring (7) befestigt ist, und dass die Kolbenstange (17) des Zylinders durch den Bolzen (11) hindurchgeführt und an einem anderen Ring (Ö) befestigt ist, welcher längs des Kupplungsteils (4)» und zwar auf der entgegengesetzten Seite des mit den Aussparungen (13) versehenen Abschnitts desselben, axial verschiebbar ist.
4. 4·' Kupplung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der beiden Ringe [7, Ö) so mit dem Kupplungsteil (4) verbunden ist, dass er nicht gedreht werden kann.
5. 5. Kupplung nach Anspruch 3 oder 4» dadurch gekennzeichnet« dass jeder Kupplungsbolzen (11) im anderen Ring (Ö) zen-

   109840/1192

   triert ist.
6. 6. Kupplung nach irgendeinem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kupplungsteil (4) und dem ersten verschiebbaren Ring (7) Federorgane (31, 34) zum Ausrücken der Kupplungsbolzen (11) angeordnet sind. 7· Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federorgane aus zwei Gruppen von Federn bestehen, von welchen die erste Gruppe aus relativ steifen Federn (31) mit kurzer Wanderung, vorzugsweise Tellerfedern, und die andere Gruppe aus weicheren Federn (34) mit längerer Wanderung, vorzugsweise Schraubenfedern, besteht.

   ß. Kupplung nach irgendeinem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass der halbe Scheitelwinkel des Konus der Aussparungen (12, 13) und der Kupplungsbolzen (11) etwa 15° beträgt .

   109840/1192