DE2120948A1 - Wellenkupplung - Google Patents

Description

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Patentanwälte Dr. Ing. H. Negsndank

Dipl. Ing. H. Haua Dipl. Ph/5. W. Schmitz

β NMinAcn 15, Mozort sir. 23 Id. 5380586

Reliance Electric Company

20. April 1971 - .Anwaltsakte M-I535

Wellenkupplung

Die Erfindung betrifft Wellenkupplungen.

Herkömmliche, flexible Wellenkupplungen weisen ein ,eteiltes Torsi onselement auf, welches von im wesentlichen bogenförmigem Querschnitt ist und nach innen sich erstreckende Seitenwände besitzt. Diese werden mit Hilfe von Klenmringen an gegenüberliegenden WeI-lenflansohen festgeklemmt, wobei die Klemmringe mittels Schrauben oder Bolzen an den flanschen angebracht sind. Das Torsionselement besteht gewöhnlich aus einer verstärkten elastomeren Masse und ist mit einem Schlitz versehen, um ohne Beeinträchtigung der Flanschkörper an den Enden der beiden fluchtenden Wellen einen leichten Einbau zu ermöglichen. Durch die normalerweise verhältnismäßig großen Abmessungen und wegen der Umfangsgestalt des Elementes werden bei verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten beträchtliche "Axial- und Radialdrücke ausgelöst. Im Hochgeschwindigkeitsbereich sind infolgedessen die Leistungsfähigkeit und die Dauerhaftigkeit ·. nicht als zufriedenstellend anzusehen. Darüber hinaus erzeugt der ■Schlitz ein Ungleichgewicht der Kräfte im Aufbau des Elementes, .wenn dieses irn Bruchgesohwindigkeitsbereioh gefahren wird. Diese

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Kräfte konzentrieren sich im Schlitzbareich und entlang eier Kler:-mringe und führen infolgedessen öfters zu einem vorzeitigen Alu-fall desTcrsionselementes.

Davon ausgehend soll mit der vorliegenden Erfindung eine Wellenkupplung mit einem flexiblen Tersiont·element reschaffen warder, bei"welcher die durch Zentrifugalkräfte entstehenden Axial·- und Radialkräfte bei verhältnismäßig hohen Geschwind! "!ce"'.ten auf ein Minimum herabgesetzt werden. Diese Kräfte sollen in :ς1 eichf'inniger Weise im Gefüge des Torsionselementes verteilt v/erden, um "durch den verhältnismäßig einfachen Aufbau konstante Spannungbelas.tungen und Spannungseigenschaften zu erzielen. Duron den einfachen Aufbau kann die Wanddicke des Torsionselementes in besonderer Weise so ausgebildet sein., daß für jede bestimmte Form des Elementes optimale Wirkungen irr. Arbeitsablauf zu erreichen sind.

Das für Wellenkupplungen dienende Torsionselement naoh der vorliegenden Erfindung soll für Wellenkörper geeignet sein, welche axial fluchten, welche parallel liegen, welche winklig oder in einer Kombination dieser Lagen ausgerichtet sind. Das Torsioneelement soll nur geringere Aktionskräfte auslösen, um in wirksamer Weise die Torsionskräfte von einer Welle auf die andere übertragen zu können. ■ .

Durch die Erfindung solleine Kupplung geschaffen werden, welche zur Verbindung zweier im wesentlichen fluchtender Wellen geeignet ist und mit einem Torsionselement aus einem Elastomer-Material arbeitet. Dieses Element ist am Umfang kontinuierlich geformt und

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■fUhrU zu e:\net:: »' pnnnun'/sverlauf in geschlossenen Rinr, um höhere Ar:i3i^i2;_-9Gfhv;indi.keiten aufnehmen zu können, la wird ein radial wirkender Klermndruck verwendet, un das Element an den Flanschen zu befestigen. Labei v;erden die durch den radialen Druck erzeugten Reibungskräfte benutzt, um das Element in der Kupplung zu halten und um in wirksamer Weise die Torsionskräfte mit Hilfe der Kupplung von der Antriebs- auf die Abtriebswelle zu übertragen.

Es soll eine verhältnismäßig einfache und verläSliche Wellenkupplung mit einem Tornionselement geschaffen werden; die Kupplung soll leicht einzubauen und nach Einbau leicht zu bedienen sein. Die Kupplung ist so aufgebaut und ausgeführt, daß εie für verschiedenartige Anwendung zwecke und Einbauformen hergestellt werden kann.

Davon ausgehend wurde die Erfindung verwirklicht in einer Wellenkupplung, bei welcher zwei im Abstand zueinander befindliche Flansche auf Ende an Ende angrenzenden Wellen befestigt sind, während ein Torsicnseleüient ν cn im wesentlichen V-fermigem Querschnitt mit seinen axial sich erstreckenden Kantenteilen an den Flanschen befestigt ist. Die Flansche weir3η am Umfang eine Schrägfläche auf, deren Durchmesser in Richtung der Flanschinnenseite zunimmt. An den Flanschen "mittels Schrauben befestigte Klemmringe sind mi:; einem axial sich erstreckenden Ringteil ausgestattet, um die Kantenteile bzw. Ränder des Torsionselementes- an den Schrägflächen festzuklemmen. Das Torsiohselement besteht aus einem Elsstomer-Material und ist von kontinuierlichem, ringförmigem Aufbau.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. . u

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Fig. 1 der Zeichnungen ist eine Kopfansicht der Wellenkupplung nach der vorliegenden Erfindung unter Darstellung ihrer Befestigung auf einer im Schnitt dargestellten Welle; und

Fig. 2 ist eine vertikale Schnittansicht der in Fig. 1 dargestellten Wellenkupplung von Linie 2-2 in Fig. 1.

In den Zeichnungen ist mit Bezugsnummer 10 die Wellenkupplung be- ' zeichnet, währenä'durch Bezugsnummern 12 und 14 die beiden mit Hilfe der Kupplung verbundenen Wellen bezeichnet sind. Eine der Wellen, so die Welle 12 zum Beispiel,dient als Antriebswelle, während die Welle 14 die Abtriebswelle darstellt. Die beiden Wellen können gegenüber der dargestellten Anordnung unterschiedliche Größe und verschiedenen Durchmesser besitzen. Obwohl die beiden Wellen im Idealzustand genau miteinander in Fluchtung sind, kann es sich für manche Anwendungszwecke vorteilhaft erweisen, diese axial, parallel oder winklig oder in Form einer Kombination dieser Lagen auszurichten. Die vorliegend erläuterte Kupplung ist geeignet, um in wirksamer Weise das Drehmoment an der Welle 12 auf die Welle 14 zu übertragen, wobei im wesentlichen keine, durch Fehlfluchtung ausgelöstenReaktionskräfte auftreten. Die Antriebswelle kann an einem Elektromotor oder an einem anderen Antrieb angeschlossen sein, während die Welle 1-4 jeder geeigneten , angetriebenen Einrichtung zugehören kann.

Die vorliegend erläuterte Kupplung bzw. Verbindung besteht aus den*Flanschen 16 und l8, welche auf den Wellen 12 und 14 ange-

bracht und mittels Spannschrauben 24 und 26 befestigt sind. Es i

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können andere Mittel verwendet werden., um die Plansche fest mit den entsprechenden Wellen zu verbinden. Die "beiden Plansche sind mit radial sich erstreckenden Flanschteilen JO und j51 ausgestattet, welche einstückig an zylindrischen Teilen bzw. Naben ]54 und J>6 angesetzt sind. Am Außenumfang 40 und 42 der beiden radial sich erstreckenden Teile sind Schrägflächen vorgesehen, wobei der Durchmesser dieser Schrägflächen in Richtung der Kupplungsmitte zunimmt.

■ Sin torsionselastisches Kupplungselement 50 verbindet die beiden Plansche und setzt sich auf den am Umfang befindlichen Schrägflächen 40 und 42 auf. Mit Hilfe von Klemmringen 52 und 54 ist das Kupplungselement an den am Umfang befindlichen Schrägflächen angegrenzt. Die beiden Klemmringe weisen einen radial sich erstrek-' ' kenden Teil 56 und einen axial sich erstreckenden Teil 58 auf. Der radial verlaufende Teil ist mittels Schrauben 60 bzw. 62 an den Planschteilen 30 bzw. 32 angebracht. Zu diesem Zweck sind Schrauben in Bohrungen 64 und 66 der Flanschteile eingeschraubt. Das torsioneelastische Kupplungselement ist mit seitlich sich erstreckenden Ringkanten JO und 72 versehen, welche sich in den Zwischenraum zwischen die Innenfläche der axialen Teile 58 der beiden Klemmringe ; 52 und 54 erstrecken und auf den Schrägflächen 40 und 42 festge- \ klemmt sind. Wenn die Schrauben 60 und 62 festgezogen werden, werden die Klemmringe 52 und 54 nach innen gezogen, d.h. aufeinanderzu .gewandt. Sie pressen dabei die Ringkanten -70 und 42 auf die Schräg*- flächen 40 und 42 mit genügend Kraft an, um einen wirksamen Eingriff zwischen Ringkanten und den angrenzenden Flächen, insbeson- ■ dere den Schrägflächen 40 und 42 zu erzielen. Der Druck wird infolgedessen an den Ringkanten im wesentlichen hydrostatisch über ,'.

♦ den gesamten Umfangsbereich angelegt. .-6-

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Das torsionselastische Element ist am Umfang kontinuierlich, d.h. nicht durch einen Schlitz unterbrochen, wie dies bei vielen, herkömmlichen Torsionselementen der Pail ist. Angesichts des verhältnismäßig" kleinen Durchmessers des Torsionselementes werden die bei Drehung der' Kupplung durch die Zentrifugalwirkung ausgelösten Kräfte infolgedessen auf ein Minimum reduziert. Kräfte des Ungleichgewichtes, welche durch eine Fehlfluchtungder beiden Wellen 12 und 14 entstehen können, werden Über die gesamte Kupplung verteilt und werden nicht an einem besonderen Punkt oder entlang der innerhalb der Klemmringe 52 und 54 eingefaßten Ringkanten konzentriert. Das torsionselastische Element besteht vorzugsweise aus Gummi oder aus einem anderen, geeigneten Elastomer-Material. Es kann durch geeignete Mittel verstärkt sein, so durch Lagen aus Gewebe, welche sich über den Umfang des Elements erstrecken.

Zum Einbau der Kupplung werden die beiden Plansche zunächst auf den entsprechenden Wellen aufgesetzt und mit den Keilen 20 und 22 ^:

und den Spannschrauben 24 und 26 befestigt. Nachdem die beiden Plansche auf Ihpen Wellen befestigt sind wird das torsionselasti- ■ sehe Element 50; in seiner Lage fixiert, indem die Ringkanten 70 ! und 72 durch Anziehen der Schrauben 6O und 62 zwischen der Innen- j fläche der Spannringe 52 und 54 und den Schrägflächen 40 und 42 zusammengedrückt werden. Die beiden- Spannrings 52 und 5^ werden durch die Schrauben axial aufeinander zu gesogen und pressen die j Ringkanten des feorsionselastischen Elements axial nach innen. Das Element setzt sich infolgedessen fest auf den Schrägflächen 40 und 42 auf und klemmt die Ringkanten des Elements gleichförmig am Um- 1 fang fest.

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Durch den Aufbau des am Umfang kontinuierlichen Torsionselementes wird ein Spannungsverlauf in einem geschlossenen Ring erzielt,50 daß am Umfang größere Geschwindigkeiten gefahren werden können. Die durch die Zentrifugalwirkung ausgelösten Kräfte als auch die durch Pehlfluchtung der Wellen hervorgerufenen Kräfte können durch die vorangehend beschriebene Anordnung gleichförmig verteilt werden. Dies hat zur Folge, daß während längerer Zeit optimaler Arbeitsverlauf gewährleistet istj gleichzeitig wird vermieden, daßsieh die Spannungen an bestimmten Stellen konzentrieren können, was ein vorzeitiges Ausfallen des Torsionselementes zur Folge haben könnte. Das an den beiden Flanschteilen 30 und 32 angebrachte und befestigte, torsionselastische Element ermöglicht es, Wellen miteinander zu verbinden, welche axial in Fluchtung sind, welche parallel liegen oder welche unter einem bestimmten Winkel oder in jeder Kombination dieser Lagen ausgerichtet sind. Es treten dabei geringe Reaktionskräfte auf, so daß das Drehmoment von einer Welle auf die andere in wirksamer Weise übertragen werden kann.

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   Pertentar.wähe Dr. Ing. H. Neger^nk

   Dipl. ing. H. Hsuck Dip!. Phys. W. Schmitz

   Td. 5380586

   Reliance Electric Company

   20. April 1971 Anwaltsakte M-1535

   Patentansprüche

   Wellenkupplung mit zwei im Abstand zueinander befindlichen Planschen, von Vielehen jeder mit einer Axialbohrung zur Aufnahme einer Welle ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang der Flansche je eine Schrägfläche (40,42) vorgesehen . ist, wobei der Durchmesser dieser Schrägfläche in Richtung der Flanschinnenseite zunimmt, daß der Kupplung ein Torsionselement (50) zugeordnetist, welches aus einem Elastomer-Material besteht und Von kontinuierlich ringförmigem Aufbau ist, wobei die Mitte des Elementes ringförmig vorsteht, während seitlich sich erstreckende, ringförmige Randteile (70,72) auf den Schrägflächen (40,42) aufliegen, daß Ringe (52,54) mit seitlich sich erstreckenden Ringteilen (58) die Randteile des Elementes an den Schrägflächen festklemmen, und da3 mittels einer Vorrichtung (60/62) die Ringe (52,54) axial bewegbar sind, um sich auf den Flanschen aufzusetzen und urn die Randteile des EIementes an den Schrägflachen anzudrücken.

   2.Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 der vorstehende Mittelteil des Torsionselenientes im wesentlichen

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   ■V-förmig ist, und daß sich die ringförmigen Randteile des Elementes auf beiden Seiten im wesentlichen axial erstrecken.

   35. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe im Querschnitt irn wesentlichen L-forrnig sind, und daß die seitlich sieh erstreckenden ^ingteile (58) auf den Außenflächen der Randteile (70,72) aufliegen.

   4» Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (52,5^) einen radial sich erstreckenden Teil (56) aufweisen, welcher sich auf den entsprechenden Planschen auflegt.

   5. Wellenkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur axialen Bewegung der Ringe dienende Vorrichtung aus mehreren Schrauben (6o,62) gebildet ist, welche sich durch.die radial sich erstreckenden Teile (56) erstrecken.

   6. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich mehrere Schrauben durch die Ringe erstrecken und in Bohrungen der Plansche eingeschraubt sind.

   7. Wellenkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe einen radial sich erstreckenden Teil (56) aufweisen, und daß die Schrauben an diesem Teil angreifen, um ihn am zugehörigen Plansch (]6,l8) anzupressen.

   8. Wellenkupplung nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, da3 die

   Plansche mit einem.radial sich erstreckenden Teil versehen sind,

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   welcher eine äußere, radial sich erstreckende Fläche aufweist, und daß die radial sich erstreckenden Teile der Ringe auf den äußeren, radialen Flächen auflegen, wenn die Schrauben in den Gewindebohrungen der Flansche (I6,l8) angezogen werden.

   9. Wellenkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägflächen (40,42) am Umfang der radial sich erstreckenden Teile der Flansche vorgesehen sind.

   10. Wellenkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlich sich erstreckenden'Ringteile des Clements einstückig und direkt rnit den Kanten des V-Mittelteils verbunden sind., . und daß die Flächen der Sehrägflachen und der Ringe im wesentlichen die Gesamtheit der Bandteile (70*72) umschließen.

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