DE2417749A1 - Kupplung zur verbindung zweier drehmomentuebertragender teile - Google Patents

Description

Dipl. ing. K. HOTjZER

AUGSBU Ii G

PHILIPPINE- WEiSEB-SIBASSB! 14

881

Augsburg, den 10. April 1974

Rolls-Royce (1971) Limited, 14/15 Conduit Street, London W.I,, England

Kupplung zur Verbindung zweier drehmomentübertragender

Teile

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur Verbindung zweier drehmomentübertragender Teile, mit einer vom einen dieser beiden Teile angetriebenen und das andere der beiden Teile treibenden drehmomentübertragenden Membran,

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Eine solche Kupplung dient beispielsweise zur Verbindung zweier Wellen, zwischen deren Achsen ein gegenseitiger Versatz besteht oder entstehen kann*

Es ist bereits vorgeschlagen worden, für diesen Zweck verhältnismäßig flexible Membranen vorzusehen, die zur Drehmomentübertragung geeignet, jedoch so flexibel sind, daß sie sich bei Nichtfluchten der beiden Teile verformen können und die Verbindung zwischen den beiden Teilen ohne Übertragung von Biegebeanspruchungen erhalten bleibt.

Wird jedoch durch die beiden Teile eine Schubkraft übertragen, so verformt sieh die flexible Membran unter den Schubbeanspruchungen, anstatt sie voll zu übertragen»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine flexible Kupplung so auszubilden, daß sie einerseits sowohl Schubkräfte als auch ein Drehmoment zwischen den beiden durch die Kupplung miteinander verbundenen Teilen übertragen kann und andererseits so flexibel ist, daß Achsverschiebungen zwischen den beiden miteinander gekuppelten Teilen möglich sind,

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine Kupplung

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der eingangs dargelegten allgemeinen Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet» daß zwischen den beiden Teilen ein Bolzen zur von der Membran unabhängigen Schubübertragung angeordnet ist und daß der Bolzen torsionselastischer als die Membran und bei Verformungen der Membran infolge Wichtfluchtens der beiden Teile biegsam ist„

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden genannten Teile Wellen und die Membran ist als flacher Ring ausgebildet, der unmittelbar mit seinem radial inneren Rand an einer der beiden Wellen befestigt ist.

Die andere Welle ist mit einem konischen Flansch versehen, der am radial äußeren Rand der Membran befestigt ist, so daß dureh die Membran eine erste Verbindung zwischen den beiden Wellen gebildet ist.

Der Bolzen bildet eine zweite Triebverbindung zwischen den beiden Wellen,

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Wellen hohl und der Bolzen ist innerhalb

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der Wellen angeordnet und jeweils an einem radial einwärts ragenden Flansch an den beiden Wellen befestigt. Vorzugsweise sind die einwärtsragenden Plansche konisch, da eine solche Ausbildung zur Schubübertragung besonders vorteilhaft ist,

Hach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine der beiden Wellen eine Hauptwelle eines Gasturbinentriebwerks und wird von einer Turbine des Triebwerks getrieben. Die andere der beiden Wellen ist die Antriebswelle eines Getriebes, Hierbei ist an jedem Ende der Getriebeantriebswelle eine Kupplung nach der Erfindung vorgesehen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben« Es zeigen:

Pig, 1 eine schematische Darstellung

eines Gasturbinentriebwerks mit einer Kupplung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen vergrößerten Axialschnitt

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durch zwei erfindungsgemäße Kupplungen, welche die Triebwerkshauptwelle mit einem Getriebe des Tr-iebwerks verbinden, und

Pig. 3 einen Schnitt durch eine der in

Fig, 2 dargestellten Kupplungen in einer sich bei einem Versatz der beiden Wellenachsen ergebenden Stellung,

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Anwendung einer erfindungsgemäßen Kupplung zur Herstellung einer leichten Verbindung zwischen einer Abtriebswelle eines Gasturbinentriebwerks und einem von dieser Welle getriebenen Untersetzungsgetriebe, Das beschriebene spezielle Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein in Fig, I schematisch dargestelltes Gasturbinen-Strahltriebwerk, welches ein inneres Triebwerk 10 enthält, das seinerseits einen Verdichter 11, eine Brenneinrichtung 12 und eine Turbine 13 aufweist. Der vom inneren Triebwerk erzeugte Gasstrom treibt eine Turbine 14, welche durch eine Welle 15 mit einem Untersetzungsgetriebe 16 gekuppelt ist, dessen Abtriebswelle ein Gebläse 17 antreibt.

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Gemäß Fig, 2 ist die Antriebswelle. 15 über eine Kupplung 20 mit der Eingangswelle 21 des Untersetzungsgetriebes verbunden, und die welle-21 ist ihrerseits mit einem oonnenrad 22 des Untersetzungsgetriebes gekuppelt. Das Untersetzungsgetriebe 16 ist ein Planetenradgetriebe und weist das Sonnenrad 22 auf, welches in einem Käfig angeordnete Planetenräder 23 treibt. Die Planetenräder stehen mit einem feststehenden Ringrad 25 in Eingriff und. werden dadurch veranlaßt, den das Abtriebsorgan bildenden Käfig 24 zu drehen.

Die Kupplung 20 weist eine verhältnismäßig flexible Membran 30 auf, die ringförmig ausgebildet-und rait ihrem radial inneren Rand mit der Getriebeeingangswelle 21 verbunden ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Membran einen zylindrischen Ansatz auf, der bei 31 an die Eingangswelle 21 angeschweißt ist und ein Teil der Welle bildet. An ihrem radial äußeren Rand ist die Membran mittels einer Anzahl Schrauben 33 mit einem konischen Flansch 32 der Antriebswelle 15 verbunden. Die Schrauben dienen zusätzlich der Befestigung sich drehender Teile des inneren Triebwerks, die jedoch nicht mit der Erfindung in Beziehung stehen. Der Flansch 32 und die Membran 30 stellen eine erste Verbindung zwischen den beiden Wellen

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und 2i zur Dr ehiuoment üb ertragung dar. Zusätzlich ist ein Verbindungsbolzen 34 vorgesehen, der am einen Ende mit einem Gewinde versehen ist, auf welches eine Mutter 36 aufgeschraubt ist» Dieser Bolzen verbindet einen konischen Innenflansch der Welle 21 mit einem konischen Innenflansch 38 der welle 15 und stellt somit eine zweite Verbindung zwischen den beiden Wellen 15 und 21 zur übertragung von Schubkräften dar, Wenn die beiden 'Wellenachsen miteinander fluchten, so liegt der Bolzen koaxial zu den Wellen,

Am anderen Ende der Welle 21 ist eine ähnliche Kupplung 40 angeordnet, welche die Welle 21 mit dem Sonnenrad 22 verbindet. Eine erste Wellenverbindung ist wiederum durch eine Membran 4l und eine zweite Verbindung ist durch einen konischen Flansch 42, einen Verbindungsbolzen 4? und einen konischen Plansch 44 gebildet.

Die Welle 21 ist bei 45 so geteilt, daß die Mutter 36 der Kupplung 20 nach dem Zusammenbau festgezogen werden kanne Die Mutter 45 auf dem Bolzen 43 kann vor dem Zusammenbau des üntersetzungsgetrxebes 16 festgezogen werden.

Die beiden Kupplungen an den beiden Enden der Welle 21 ermöglichen die übertragung von Schubkräften vom Untersetzungs-

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getriebe zurück zum Triebwerk über die Welle 21 und die übertragung des von der Turbine 44 erzeugten Drehmoments auf das Sonnenrad 22» Gleichzeitig ermöglichen die beiden Kupplungen ein gewisses Maß an Flexibilität und Verschiebung der Achsen des Sonnenrades, der Getriebe-Eingangswelle 21 und der Antriebswelle 15» In beiden Fällen überbrückt die Membran, die torsionssteifer als der Bolzen ist, den Bolzen hinsichtlich der Drehmomentübertragung, und der Bolzen, der hinsichtlich Zug- und Druckbelastungen eine größere Steifigkeit aufweist, überbrückt die Membran hinsichtlich der Schubkraftübertragung, Sowohl der Bolzen als auch die Membran sind so flexibel, daß ein Nichtfluchten der Wellen möglich ist. Der Fluchtungsfehler kann infolge von Herstellungstoleranzen und infolge des Eingriffs der Getriebezähne 0,05 mm bis 0,075 mm betragen.

Vorzugsweise ist die Axialausdehnung des Bolzens mit Bezug auf die Ebene der Membran symmetrisch, so daß auf beiden Seiten der Membran die gleiche Biegung des Bolzens eintritt, Fig. 3 zeigt die Kupplung 20 in abgewinkeltem Zustand zum Ausgleich eines Fluchtungsfehlers zwischen den beiden Wellen,

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Obwohl gemäß der obigen Beschreibung konische Plansche zur Verbindung der Bolzen mit den Wellen vorgesehen sind, ist dieses Merkmal nicht wesentlich und die Plansche können gegebenenfalls radial verlaufen, obwohl Radialflansche bei zu großer Radialausdehnung sich bei axialem Schub durchbiegen können.

Ebenso ist die Erfindung, obwohl sie am Beispiel eines Gasturbinen-Strahltriebwerks beschrieben worden ist, bei jeder anderen Gasturbinenbauart oder jedem anderen Triebwerk anwendbar, bei welchem zwei Wellen sowohl ein Drehmoment als auch Schubkräfte übertragen müssen und gleichzeitig zum Ausgleich von Pluchtungsfehlern der Wellen ein gewisses Maß an Flexibilität besitzen müssen. Selbstverständlich kann auch nur an einem Wellenende eine Kupplung vorgesehen sein und nicht an beiden Wellenenden, wie beim obigen Ausführungsbeispiel dargestellt ist.

Wie bei dem in Pig» 2 dargestellten Ausführungsbeispiel (hintere Kupplung) und in Pig, 3, wo die beiden miteinander zu verbindenden Wellen etwa den gleichen Durchmesser besitzen, dargestellt ist, ist eine der beiden Wellen mit einem konischen Plansch versehen, um die Durchmesseränderung zwischen den beiden Wellen in der Ebene der Membran zu

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bewältigen» Weisen die beiden zu verbindenden Teile ausreichend verschiedene Durchmesser auf, wie es beispielsweise bei der vorderen Kupplung 40 in Fig. 2 der Fall ist, ist ein solcher Flansch 32 nicht erforderlich. Obwohl der Flansch 32 der Welle 15 radial nach außen ragt, kann er selbstverständlich auch nach innen weisen.

Der Begriff "Bolzen" ist in der obigen Beschreibung in weitestem Sinne zu verstehen und beschränkt sich nicht auf die Verwendung von Schraubenbolzen, sondern schließt auch die Verwendung von Streben oder ähnlichen Teilen mit den zur gemäß der Erfindung vorgesehenen Arbeitsweise geeigneten Eigenschaften ein.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   (IJ Kupplung zur Verbindung zweier drehmomentübertragender Teile, mit einer vom einen dieser beiden Teile angetriebenen und das andere der beiden Teile treibenden drehmomentübertragenden Membran, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Teilen (15, 21 bzw. 21, 22) ein Bolzen (3¹I bzw, 43) zur von der Membran (30 bzw. *J1) unabhängigen Schubübertragung angeordnet ist, und daß der Bolzen torsionselastischer als die Membran und bei Verformung der Membran infolge Nichtfluchtens der beiden Teile biegsam ist,

   2, Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (30) als flacher Ring ausgebildet ist, der an seinem radial inneren Rand unmittelbar mit einem (21) der beiden drehmomentübertragenden Teile (15, 21) verbunden ist»

   3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden drehmomentübertragenden Teile (15, 21) als Hohlwellen ausgebildet sind und jeweils einen

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   von ihrer Innenwandung radial einwärtsragenden Plansch (37, 38) aufweisen und daß der Bolzen (34) die beiden Flansche in der Achse mindestens einer der beiden Wellen miteinander verbindet,

   4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radial einwärts ragenden Flansche (37, 38 bzw, 42, 44) konisch sind«,

   5» Kupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte der Länge des Bolzens (34) bei nicht verformter Membran (30) etwa in der Ebene dieser Membran liegt.

   6. Gasturbinentriebwerk mit einem Gebläse, einer das Gebläse über eine Hauptwelle treibenden Turbine und einem Untersetzungsgetriebe, welch letzteres eine Eingangswelle besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen der Eingangswelle und einem Zahnrad des Getriebes und zwischen der Eingangswelle und der genannten Hauptwelle eine Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 vorgesehen ist,

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