DE2228739C3 - Kupplung zur elektrisch isolierenden Verbindung zweier Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur elektrisch isolierenden Verbindung zweier Wellen. Eine solche Kupplung ist bekannt aus der DT-AS 1 284 701.

Elektrisch isolierende Kupplungen sind von großer Bedeutung beim Kuppeln von Turbinen mit Generatoren, um die Strombahnen zu unterbrechen, über die andernfalls schädliche Lagerströme fließen. Diese Strombahnen schließen sich über die Welle, das Maschinenlager und das Maschinenfundament. Diese Strombahnen sind mit magnetischen Streuflüssen des Generators verkettet, so daß in sie Spannungen induziert werden. Die von diesen Spannungen getriebenen Ströme können auf Grund des punktweisen Stromüberganges ernsthafte Schäden an den Lagern hervorrufen. In gewissen Fällen kann diese Strombahn an verschiedenen Stellen unterbrochen werden, beispielsweise an den Maschinenlagern oder Fundamenten. Eine Isolierung der Lager des Generators ist leicht durchführbar; aus thermischen Gründen ist es jedoch unzweckmäßig, die Lager der Turbinen, insbesondere bei Gasturbinen, zu isolieren. Außerdem ist eine wirksame Isolierung der Maschinenfundamente oft nicht leicht zu erreichen. Einen Fall, bei dem die wirksame Wellenisolierung besonders wichtig ist, bildet die Kombination von einem Generator mit Gasturbinen, von denen jede an ein Ende des Generators gekuppelt ist. Hier erhält man eine geschlossene Strombann, die aus der Welle einschließlich dem Rotor des Generators und den beiden Turbinen mit ihren Fundamenten und verschiedenen Anschlüssen gebildet wird

Die aus der DT-AS 1 284 701 bekannte elektrisch isolierende Kupplung ist eine Flanschkupplung mit axialen Zugbolzen. Zwischen den Flanschen liegt eine elektrisch isolierende Schicht. Bei einer Flanschkupplung wird das Drehmoment durch Reibungskräfte zwischen den Flanschen übertragen. Das bedeutet, daß die Isolierschicht durch das volle zu übertragende Moment auf Scherung beansprucht wird. Dies hat zur Folge, daß sich das Isoliermaterial schnell abnutzt und die Kupplung locker wird. Um diese Lockerung zu vermieden, sind bei der bekannten Kupplung die Zugbolzen als Dehnungsbolzen ausgebildet und in besondere Ringnuten Spannringe eingelegt, so daß die Kupplung in axialer Richtung unter einer mechanischen Vorspannung steht, wodurch beim Abnutzen der Isolierschicht der feste Zusammenhaft im wesentlichen erhalten bleibt Durch diese notwendigen zusätzlichen Maßnahmen wird die Konstruktion der bekannten Kupplung sehr aufwendig.

Aus der FR-PS 511 442 ist eine Kupplung bekannt, bei der zwischen die Flansche auf den Wellenenden eine Platte aus elastischem Material einschiebbar ist, über welche die Kraft übertragen wird. Der Zweck dieser Maßnahme ist die Erzielung einer drehelastischen Kupplung. Die Flanschflächen sind bei dieser Kupplung rechteckförmig ausgebildet und mit zueinander parallel verlaufenden Zähnen oder Wellungen versehen. Entsprechende Zähne oder Wellungen befinden sich auf beiden Seiten der aus elastischem Material befindlichen Zwischenplatte, In die Zwischenplatte ist außerdem ein nach den Seiten überstehendes Band eingelassen, so daß mit Hilfe dieses Bandes die Zwischenplatte in einer bestimmten Richtung senkrecht zur Wellenachse herausgezogen werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, die Kupplung zu lösen, ohne die Wellen axial verrücken zu müssen. Abgesehen von der Elastizität dieser Kupplung, die für große schwingungsfähige Maschi-

nensysteme gefährlich ist, erfordert diese Kupplung rechteckförmige Flanschleisten mit parallel zueinander verlaufenden Wellungen. Eine solche Anordnung ist für die Übertragung großer Momente bei schnellaufenden Maschinen ungeeignet, da bei ihnen kreisförmige Flansehe mit radial verlaufenden Wellungen oder Klauen erforderlich sind.

Aus der FR-PS 850 296 ist eine Maßnahme bekannt, um Kugellager auf die abgekröpften Wellenteile zwischen den Flanschen einer Kurbelwelle aufzubringen.

Zu diesem Zweck ist die Kurbelwelle aus verschiedenen Teilen hergestellt, wobei die Trennungsstellen zwischen den Wellenenden zwischen zwei Kurbelwellenflanschen liegen. Diese Trennungsstellen bestehen aus zwei Kreisringflächen, in die halbkreisförmige Nuten eingelassen sind. Zwei Nuten jeder Seite ergänzen sich zu einem Hohlzylinder. In diesen Hohlzylinder sind Bolzen eingelassen. In Längsrichtung geht durch die beiden zusammenliegenden Wellenenden eine Zugschraube, die die beiden Wellenenden in axialer Richtung fest gegeneinandergepreßt. Die Momentübertragung erfolgt durch Scherkräfte über die Bolzen in den Hohlzylindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrisch isolierende Kupplung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der ein Verschleiß des Isoliermaterials und die damit verbundene Lockerung der Kupplung durch eine einfache konstruktive Gestaltung vermieden werden. Ferner soll die Kupplung sehr starr, d. h. schwingungsfrei sein, und die Kupplung soll lösbar sein, ohne daß die beiden Aggregate axial oder radial verschoben werden müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Kupplung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß bei einer Klauenkupplung, die aus zwei im wesentlichen gleichen mit ineinandergreifenden Klauen versehenen Teilen besteht, an den eben ausgebildeten Flanschen Klauensegmente festschraubbar sind, zwischen denen radial oder axial zur Kraftübertragung dienende isolierende

⁶S Klötze angeordnet sind.

Damit die Kupplung nach der Erfindung ebenso wie eine Flanschkupplung ohne axiale Verschiebung der Aggregate in einfacher Weise gelöst werden kann, wird

nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß die Klauen und die Klötze durch das Isoliermaterial zu einem einheitlichen scheibenförmigen Element zusammengegossen sind.

Die Klötze können z. B. aus Stahl oder aus einem anderen Metall bestehen und mit Emaille belegt oder mit Aluminiumoxyd flammengespritzt sein. Dadurch, daß die Räume zwischen den beiden K-ipplungsteilen vorzugsweise mit Isoliermaterial ausgefüllt sind, erhält man eine kompakte Kupplung. Die Kräfte zwischen den beiden Teilen der Kupplung werden also mittels Elementen übertragen, die elektrisch isolieren, mechanisch starr und in Präzisionsarbeit hergestellt sind. Im Gegensatz zu der Flanschkupplung nach der DT-AS

I 284 701 wird die Isolierschicht zwischen den beiden Kupplungshälften bei der Erfindung weder auf Schering noch in anderer nennenswerter Weise mechanisch beansprucht Die Kraftübertragung erfolgt durch Druckkräfte auf die Klötze.

An Hand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Anwendungsskizze für Kupplungen gemäß der Erfindung,

F i g. 2 bis 4 verschiedene Ansichten und Querschnitte einer Kupplung gemäß der Erfindung und

F i g. 5 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform einer Kupplung gemäß der Erfindung.

Fig.l zeigt einen Generator, der von zwei Turüinen, z. B. Gasturbinen, 2 und 3, getrieben wird. Die Maschinen sind auf einem gemeinsamen Fundament 4 aufgestellt, und ihre Rotoren sind mittels Kupplungen 5 und 6 miteinander verbunden. Es bildet sich also eine geschlossene Strombahn über die Rotoren, die Turbinen 2 und 3 und das Fundament 4. Diese Strombahn wird am zweckmäßigsten dadurch unterbrochen, daß die Kupplungen 5 und 6 elektrisch isoliert werden.

Eine solche Kupplung wird in F i g. 2 gezeigt. Sie verbindet die Wellenenden 7, 8 und ihre beiden Teile bestehen aus Naben 9,10 mit dazugehörigen Flanschen

II bzw. 12 Zwischen diesen beiden Flanschen befindet sich ein elektrisch isolierender, mechanisch zusammenkuppelnder Mittelteil 17, zu dem segmentförmige Klauen 13, 14 gehören, die an den beiden Flanschen 11 bzw. 12 festgeschraubt sind. Zwischen diesen beiden Klauen liegen isolierende zylindrische Klötze 15, wie aus F i g. 3 und 4 ersichtlich ist Die verschiedenen Teile des Mittelteils 17 sind mit Isoliermaterial zusammengegossen, so daß eine zusammenhängende Einheit entsteht

F i g. 3 zeigt einen Schnitt mitten durch das Mittelteil 17 und rechtwinklig zur Welle. Man erkennt die segmentförmigen Klauen 13 und 14 und die dazwischenliegenden Klötze 15. Die Klötze sind mit Köpfen 16 versehen, um zu verhindern, daß sie von der Zentrifugalkraft herausgeschleudert werden. Die Bolzen 18 und 19 dienen — wie aus F i g. 4 besser ersichtlich — zum Festschrauben der Segmente an den Flanschen 11 und 12.

F i g. 4 zeigt einen abgewickelten zylindrischen Schnitt längs des Teilungskreises der Bolzen 18,19, also rechtwinklig zur Zeichenebene in F t g. 3. Man erkennt, wie die Segmente 14 und 13 abwechselnd mit Bolzen 18 an dem Flansch 12 bzw. mit Bolzen 19 an dem Flansch 11 befestigt sind. Die Montage kann in diesem Falle also von einer Seite ausgeführt werden, was oft sehr wichtig ist.

Wie bereits erwähnt, sollen die Klötze isolierend und mechanisch starr sein sowie eine genaue Form haben. Sie werden daher aus Stahl oder einem anderen Metall hergestellt, das mit einer isolierenden Schicht überzogen ist. Um die Isolierung zu vervollständigen, werden die segmentförmigen Klauen 13 und 14 mit einer isolierenden Schicht 20 versehen, die die gesamte Einheit 17 zusammenhält. Die isolierende Schicht auf den Segmenten 14 muß öffnungen für die Bolzen 18 haben.

Fig.5 zeigt eine Variante des Mittelteils 17 gemäß F i g. 2, wobei die isolierenden Klötze 23 bzw. 24 axial oder im wesentlichen axial angeordnet sind. Das Mittelteil besteht bei dieser Ausführungsform aus einer inneren »Klauennabe« 21, umgeben von einem äußeren »Klauenring« 22, getrennt voneinander oder auch zusammengegossen mittels einer isolierenden Schicht 25. In der rechten Hälfte der Figur ist in jeder radialen Fuge zwischen den Teilen 21 und 22 je ein Klotz 23 angeordnet, während in der linken Hälfte in jeder radialen Fuge zwei Klötze 24 liegen. Wie in F i g. 2 bis 4 sind die beiden Teile 21, 22 mit Bolzen 19 bzw. 18 an den Flanschen 11 bzw. 12 festgeschraubt. Die Klötze 23 oder 24 können genau axial liegen oder sich etwas nach innen zur Welle hin neigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kupplung zur elektrisch isolierenden Verbindung zweier Wellen mit zwei Flanschen, die an jedem Wellenende befestigbar sind, wobei zwischen den Kupplungsseiten Isoliermaterial vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den eben ausgebildeten Flanschen (11, 12) Klauensegmente (13, 14) festschraubbar sind, zwischen denen radial oder axial zur Kraftübertragung dienende isolierende Klötze (15,23,24) angeordnet sind.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauen (13, 14, 21, 22) und die Klötze (15, 23, 24) durch das Isoliermaterial zu einem einheitlichen scheibenrörmigen Element zusammengegossen sind.

3. Kupplung nach Anspruch J oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klötze (15, 23,24) aus Metall bestehen, das mit einer isolierenden Schicht, z. B. Emaille oder Aluminiurnoxyd, überzogen ist.