DE2327447C3 - Sicherheitskupplung - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung, bei welcher die Drehmomentübertragung iwischen zwei Wellen, unabhängig von der Drehrichtung, oberhalb einer bestimmten Drehzahl unterbrochen wird, bestehend aus jeweils an dem Wellenende angeordneten Flanschen, die untereinander durch BoI-ten verbunden sind.

Eine derartige Sicherheitskupplung ist aus der DTPS 12 29 791 bekannt. Diese bekannte Sicherheitskupplung enthält jedoch Schrumpfringe, über welche das Drehmoment von der einen Welle zu der anderen übertragen wird. Bei einer bestimmten, vorgegebenen Drehzahl soll die Drehmomentübertragung dadurch unterbrochen werden, daß durch das Aufweiten des Schrumpfringes infolge der Fliehkraftbeanspruchung eine Lösung des Schrumpfsitzes auftritt. Die Unterbrechung ist daher abhängig von dem jeweils gegebenen Schrumpfübermaß und somit wegen der nicht zu vermeidenden Fertigungstoleranzen nicht sehr genau einstellbar. Von dem Schrumpfsitz ist aber außerdem auch die Höhe des zu übertragenden Drehmoments abhängig, da dieses allein durch Reibschluß übertragen wird. Das bedeutet, daß diese bekannte Sicherheitskupplung nur für kleine Nenndrehmomente eingesetzt werden kann, da bei größeren Drehmomenten das für die Drehmomentübertragung erforderliche Schrumpfübermaß größer sein würde als die bei einer bestimmten Drehzahl gegebene Flichkraftaufweitung. Die Sicherheitskupplung würde dann also erst bei viel zu hohen Drehzahlen ansprechen. Man kann also bei dieser bekannten Sicherheitskupplung die Ansprechdrehzahl für die Unterbrechung der Drehmomentübertragung nicht unabhängig von dem zu übertragenden Drehmoment wählen. Die Unterbrechung der Drehmomentübertragung ist bei der bekannter. Sicherheitskupplung außerdem auch nur vorübergehend, d. h. eine wirkliche Trennung der beiden Wellen findet bei einem einmal aufgetretenen Schadensfall nicht statt

Bei jedem Absinken der Drehzahl setzt sich der Schrumpfring vielmehr wieder auf seine Sitzfläche fest, so daß das Drehmoment von neuem automatisch übertragen wird. Somit kann ein ungewünschter alternierender Betriebsfall auftreten, wenn der den Drehzahlanstieg auslösende Schaden noch nicht beseitigt ist.

Weiterhin sind Sicherheitskupplungen bekannt, z. B. aus der US-PS 27 39 463, die einen radial liegend angeordneten Scherstift enthalten. Beim Brechen dieses Scherstiftes wird die Drehmomentübertragung zwischen beiden Kupplungsteilen unterbrochen. Dieses Brechen des Scherstiftes erfolgt aber allein in Abhängig <eit vom Drehmoment bei jeder beliebigen Drehzahl. Eine derartige Sicherheitskupplung kann daher nicht bei Wellensträngen verwendet werden, in denen bei Schadensfällen verhältnismäßig hohe Drehzahlen auftreten können, obwohl nur ein verhältnismäßig kleines Drehmoment übertragen wird. In diesen Fällen wurden unter Umständen andere Teile des Wellenstranges eher zerreißen als die Sicherheitskupplung.

Der vorliegenden Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitskupplung zu schaffen, bei welcher die Ansprechdrehzahl für das Unterbrechen der Drehmomentübertragung völlig unabhängig von der Größe des zu übertragenden Drehmomentes gewählt werden kann und bei der außerdem ein einmaliges Ansprechen der Kupplung eine endgültige Unterbrechung des Wellenstranges zur Folge hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Sicherheitsk. ^lung der eingangs beschriebenen Art. Gemäß der Erfindung ist bei der mit einer Schutzvorrichtung zum Auffangen der Teile versehenen Sicherheitskupplung jeder Flansch von Ringsegmentteilen umgeben, die aneinanderliegend einen Ring bilden, der seinerseits von einem geschlossenen Ring umfaßt ist und die Bohrungen für die Bolzen befinden sich jeweils zum Teil in dem Flansch und zum Teil in den RingsegmenüeiSen, derart, daß sie sich höchstens mit der Hälfte ihres Umfanges im Flansch erstrecken, und der geschlossene Ring ist so bemessen, daß er bei der vorher bestimmten Drehzahl zerreißt. Die gemäß der Erfindung ausgebildete Sicherheitskupplung ist also mit einer drehzahlabhängigen Sollbruchstelle versehen. Bei einer bestimmten, durch die Festigkeit des die Ringsegmentteile umfassenden geschlossenen Ringes gegebenen, vorher bestimmbaren Drehzahl zerreißt dieser, wodurch die Ringsegmentteile und die Bolzen, die dann nicht mehr gehalten sind, wegfliegen und die Verbindung zwischen beiden Wellen unterbrochen wird. Diese Wirkung ist unabhängig von der Drehrichtung und von der Größe des zu übertragenden Drehmomentes. Die Drehmomentübertragung ist allein gegeben durch den Reibschluß an den durch die Bolzen zusammengehaltenen Flanschen. Somit kann die Festigkeit des Ringes also allein im Hinblick auf die Ansprechdrehzahl bemessen werden. Dies kann verhältnismäßig genau geschehen, da die Fertigungstoleranzen der restlichen Kupplungsteile darauf keinen Einfluß

haben. Das Zerreißen des Ringes trennt außerdem definitiv die Kupplungsteile, da die Bolzen und die Ringsegmentteile weggeschleudert werden.

Die gemäß der Erfindung ausgebildete Sicherheitskupplung mit Sollbruchstelle eignet sich zum Einbau in Anlagen, bei denen die Gefahr besteht, daß bei bestimmten Schadensfällen eine starke Erhöhung der Drehzahl ?uftreten kann, die noch größere Folgeschäden verursachen würde, wie z. B. das Zerreißen eines Schwungrades. Durch den Einbau einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Sicherheitskupplung hat man es aber in der Hand, die mögliche Schadensstelle dort anzuordnen, wo durch das Zerreißen der Kupplung nur wenig Schaden entstehen kann und vor allem nahe an dem Gerät, welches beim Schadensfall die Drehzahlerhöhung hervorruft Da bei der Sollbruch-Drehzahl die Kupplungshälften voneinander getrennt werden, ist eine weitere schädliche Beschleunigung der gefährdeten Bauteile nicht mehr möglich.

Die erfindungsgemäße Sicherheitskupplung hat weiterhin den Vorteil, daß die Flansche beim Sollbruch nicht beschädigt werden und somit weiterhin verwendet werden können. Außerdem läßt sich die Sicherheitskupplung auch noch nachträglich in bereits bestehende Anlagen einbauen. Es bereitet außerdem keinerlei großen Aufwand, die Schutzvorrichtung zum Auffangen der beim Bruch der Kupplung herumfliegenden Teile vorzusehen. Diese können auch später wieüer zur Herstellung einer neuen Verbindung des Wellenstranges verwendet werden.

Um das Wegfliegen der Bolzen bei dem Zerreißen des geschlossenen Ringes zu erleichtern, empfiehlt es sich, die Bohrungen an Grenzflächen zwischen benachbarten Ringsegmentteilen zu legen. Es kann weiterhin vorteilhaft sein, die Form der Ringsegmentteile so zu wählen, daß diese an ihren axial außenliegenden Stirnflächen jeweils die gesamte Bohrung umschließen. Damit ist sichergestellt, daß der Reibschluß unter dem Bolzenkopf bzw. der Mutter, der durch das Anziehen der Bolzen entsteht, das gewünschte Herausfliegen der Bolzen nicht behindert.

Im folgenden sei die Erfindung noch an Hand der in den F i g. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, in den F i g. 1 und 2 bzw. 3 und 4 sind jeweils zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar in F i g. 1 bzw. in F i g. 3 jeweils ein Längsschnitt durch die Sicherheitskupplung, in F i g. 2 ein Schnitt entlang der Linie II in F i g. 1 und in F i g. 4 ein Schnitt entlang der Linie IV in F i g. 3. F i g. 5 zeigt noch eine etwas abgewandelte Ausführungsform eines der Bauteile der Sicherheitskupplung im Längsschnitt.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Sicherheitskupplung 1 verbindet die beiden Wellen 2 und 3 miteinander, von denen die Welle 2 als antreibende Welle mit einem nicht dargestellten, mit Schwungrad versehenen Motor und die Welle 3 als angetriebene Welle mit einer nicht dargestellten Kühlmittelpumpe eines Kernkraftwerkes verbunden ist. Auf den Wellen 2 und 3 ist jeweils ein mit einem Flansch 4 versehener Nabenkörper 5 angeordnet. Beide Flansche 4 werden durch Bolzen 6 zusammengehalten, die in Bohrungen 7 liegen. Außerdem sind die Flansche 4 jeweils von außen von Ringsegmentteilen 8 umgeben, die aneinanderliegend einen Ring bilden, der seinerseits von einem geschlossenen <>? Ring 9 umfaßt ist. Dieser geschlossene Ring 9 kann unter Umständen aus einer Bandage gebildet sein. Die axiale Länge der Ringsegmentteile 8 und die des ge-

schlossenen Ringes 9 entsprechen jeweils der axialen Länge des Flansches 4.

Die Löcher 7 zur Aufnahme der Bolzen 6 haben ihren Mittelpunkt genau auf dem Außendurchmesser der Flansche 4, so daß sie sich nur mit der Hälfte ihres Umfanges im Flansch 4 erstrecken. Die andere Hälfte der Bohrung 7 liegt jeweils in den Ringsegmenten 8, wobei die Lage der Bohrungen 7 so gewählt ist, daß sie sich gerade an den Grenzflächen 10 zwischen benachbarten Ringsegmentteilen 8 befinden. Zur Vereinfachung der Herstellung der Bohrungen 7 wird man normalerweise den geschlossenen Ring 9 zuvor mit Vorspannung auf die aneinandergelegten, den Flansch 4 umgebenden Ringsegmentteile aufbringen und dann erst die Bohrungen 7 in gebräuchlicher Weise herstellen. Durch die Vorspannung des Ringes 9 wird auch eine Verlagerung der Ringsegmentteile 8 und der Kupplungsbolzen 6 im Bereich der Betriebsdrehzahl vermieden.

Die Abmessungen und der Werkstoff des Ringes 9 legen jedoch eine gewisse Drehzahl fest, bei welcher der Ring 9 die eigene Fliehkraftbeanspruchung zusammen mit der Fliehkraftwirkung der Ringsegmentteile 8 und der Bolzen 6 nicht mehr aufnehmen kann und zerreißt. Die Bolzen 6 und die nicht mehr gehaltenen Ringsegmentteile 8 fliegen dann weg und die Drehmomentübertragung von der Welle 2 zur Welle 3 ist unterbrochen. Die Größe der Sollbruchdrehzahl wird man so wählen, daß sich der normale Betriebsdrehzahlbereich mit Sicherheit darunter befindet, daß aber bei Schadensfällen mit Drehzahlerhöhungen noch keine Folgeschäden auftreten können. Die Wirkung der Sicherheitskupplung gemäß der Erfindung ist unabhängig von der Drehrichtung der Wellen 2 und 3 und auch von der Größe des übertragenen Drehmomentes, da dieses von den Bolzen 6 übertragen wird.

Bei dem Einsatz der Sicherheitskupplung 1 zwischen dem Motor und der Kühlmittelpumpe eines Kernkraftwerkes würde bei einem Schadensfall — z. B. ein Rohrbruch im Kühlmittelkreislauf — die Kühlmittelpumpe als Turbine wirken, wodurch die Welle 3 zur antreibenden Welle wird. Die beschleunigende Turbinenwirkung kann die Drehzahl wesentlich über die Betriebsdrehzahl steigen lassen, nämlich so weit, bis der Sollbruch der Sicherheitskupplung 1 eintritt.

Die F i g. 3 und 4 neigen eine etwas abgewandelte Ausführungsform der ausgebildeten Sicherheitskupplung, wobei für die mit den F i g. 1 und 2 übereinstimmenden Teile die gleichen Bezugszahlen beibehalten wurden. Bei diesem Ausführungsbeispiel verläuft die axial außenliegende Stirnfläche 11 der Flansche 4 nicht rechtwinklig, sondern verläuft geneigt bis zum Rand der Bohrung 7 und die Ringsegmenueile 8 haben an dieser Stelle einen mit einer entsprechend geneigten Fläche abschließenden Ansatz 12. Auf diese Weise umschließen die Ringsegmentteile 8 an ihren außenliegenden axialen Stirnflächen 13 jeweils die gesamte Bohrung 7. Beim Zerreißen des geschlossenen Ringes 9 nehmen somit die wegfliegenden Ringsegmentteile 8 die Bolzen 6 mit, so daß der beim Anziehen der Bolzen 6 unter dem Bolzenkopf 14 bzw. der Mutter 15 entstehende Reibschluß das Herausfliegen der Bolzen 6 in keiner Weise beeinflussen kann.

Die F i g. 5 zeigt eine andere Querschnittsform eines Ringsegmentteiles 8, das mit einem Ansatz 12 versehen ist, der an der axial außenliegenden Stirnfläche 13 die Bohrung 7 ebenfalls ganz umfaßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Sicherheitskupplung, bei welcher die Drehmomentübertragung zwischen zwei Wellen unabhängig von der Drehrichtung oberhalb einer vorher bestimmten Drehzahl unterbrochen wird, bestehend aus jeweils an dem Wellenende angeordneten Flanschen, die untereinander durch Bolzen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei der mit einer Schutzvorrichtung zum Ajffangen der Teile versehenen Sicherheitskupplung jeder Flansch (4) von Ringsegmentteilen (8) umgeben ist, die aneinanderliegend einen Ring bilden, der seinerseits von einem geschlossenen Ring (9) umfaß» ist daß die Bohrungen (7) für die Bülzen (6) sich jeweils zum Teil im Flansch und zum Teil in den Ringsegmentteilen befinden, derart, daß sie sich höchstens mit der Hälfte ihres Umfanges im Flansch erstrekken, und daß der geschlossene Ring so bemessen ist. daß er bei der vorher bestimmten Drehzahl zerreißt.

2. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge der Ringsegmentteile (8) und die des geschlossenen Ringes (9) jeweils der axialen Länge des Flansches (4) entspricht.

3. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (7) an Grenzflächen (10) zwischen benachbarten Ringsegmentteilen (8) liegen.

4. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringsegmentteile (8) so ausgebildet sind, daß sie an ihren außenliegenden Stirnflächen (13) jeweils die gesamte Bohrung (7) umschließen.