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Sicherheitskupplung Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung
zwischen einer antreibenden elektrischen Maschine und einer Arbeitsmaschine, bei
welcher die Verbindung zwischen beiden Kupplungsnaben über Scherstifte erfolgt und
zusätzliche Mittel zur Beibehaltung der Zentrierung nach dem Bruch der Scherstifte
vorhanden sind. Sinne derartige Sicherheitskupplung ist aus der US-Patentschrift
1 637 944 bekannt. Bei dieser Sicherheitskupplung erfolgt die eigentliche Verbindung
zwischen beiden Kupplungshälften mit Hilfe von Scherstiften und zusätzlich dazu
ist eine Kupplungsnabe von Überwurf= ringen umfaßt, die in der anderen Kupplungsnabe
geführt und mit dieser durch zusätzliche Bolzen verbunden sind0 Nach Unterbrechung
der Kraftübertragung bei Bruch der Scherstifte infolge einer Überlastung wird durch
diese Überwurfringe die Zentrierung der Wellenstränge beibehalten, eine Drehmomentübertragung
ist aber nicht mehr möglich.
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Bei einem Wellenstrang mit einer antreibenden elektrischen Maschine
und einer Arbeitsmaschine besteht die Gefahr, daß ein Resonanzklemmenkurzschluß
auftreten kann, d. h. ein Klemmenkurzschluß genau in dem Zeitpunkt, wo Gleichheit
zwischen einer Sigenfrequenz des Wellenstranges und einer anregenden Frequenz besteht.
Deshalb ist eine Sicherheitskupplung vorgesehen, die Beschädigungen des Läufers
der elektrischen Maschine und dessen Lagerung verhindern soll. Der vorliegenden
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Sicherheitskupplung konstruktiv
so zu gestalten, daß die an der Sicherheitskupplung nach dem Bruch der Scherstifte
angreifenden, pulsierenden Kräfte schnell abgebaut werden und außerdem weiterhin
ein statisches Drehmoment übertragen
werden kann, damit dann mittels
einer Hilfsmaschine ein Notbetrieb möglich ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer Sicherheitskupplung der
eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung zusätzlich zwischen beiden Kupplungsnaben
eine drehelastische Verbindung, welche durch die Scherstifte bis zu ihrem Bruch
blockiert ist.
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Die Sicherheitskupplung besteht also aus einer Kombination einer starren
mit einer elastischen Kupplung. Dies bedeutet, daß die an sich elastische Kupplung
während des bestimmten, normalen Betriebsbereiches durch Scherstifte blockiert ist,
die eine starre Verbindung herstellen und als Überlastungssicherung dienen. Die
Scherstifte erlauben eine genaue Festlegung der Bruchlast und vermeiden unübersichtliche
Gleitungen bei großen Pressungen. Nach dem Brechen der Scherstifte bei der vorherbestimmten
Überbelastung ergibt der Übergang von der starren zur elastischen Verbindung eine
sprungartige Systemverstimmung, so daß die die Überbelastung hervorrufenden Resonanzvorgänge
wirkungsvoll entschärft werden. Diese elastische Verbindung läßt aber weiterhin
die Übertragung eines Drehmomentes zu.
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Im folgenden sei die Erfindung noch anhand der in den Figuren 1 bis
6 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer gemäß der Erfindung ausgebildeten
Sicherheitskupplung, Fig. 2 zeigt den Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1
und Fig. 3 den Schnitt entlang der Linie III-III. Fig. 4 zeigt ebenfalls einen dem
Schnitt gemäß Fig. 2 entsprechenden Längsschnitt durch eine Sicherheitskupplung
in einer etwas abgewandelten AusfUhrung. Die Figuren 5 und 6 zeigen ebenfalls Längsschnitte
durch andersgestaltete Sicherheitskupplungen,-Fur-gleiche Teile sind jeweils bei
den verschiedenen Ausführungsbel sipielen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Sicherheitskupplung 1, z.
B. im Wellenstrang zwischen dem elektrischen Antriebsmotor und einer Pumpe für die
Kesselspeisung oder den KUhlmittelkreislauf eines elektrischen Kernkraftwerkes,
weist zwei Kupplungsnaben 2 und 3 auf, die über in Drehrichtung weiche Spannbolzen
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auf die gewünschte axiale Pressung vorgespannt und danach durch
Scherstifte 5 starr verbunden sind. Diese kegelig ausgebildeten Scherstifte 5 liegen
in gegenüberliegenden Bohrungen 6 und 7 in den beiden Kupplungsnaben 2 und 3 und
sind auf einer Seite durch die Haltemutter 8 festgelegt, damit bei einem Bruch der
in der Trennfuge 9 zwischen beiden Kupplungsnaben 2 und 3 vorgesehenen Scherstelle
10 ein Hereinziehen des dünneren Teiles des Scherstiftes 5 in die Trennfuge 9 vermieden
wird. Auf der anderen Seite ist die Bohrung 6 durch eine Verschlußschraube 11 abgeschlossen.
§ Weiterhin sind noch an verschiedenen, längs des Umfanges verteilten Stellen Blattfedern
12 vorgesehen, die radial ausgerichtet sind und zwischen Haltewinkeln 13 jeweils
auf der Oberfläche des Flansches der Kupplungsnabe 2 und eines Flansches 14 der
Kupplungsnabe 3 befestigt sind. Die Blattfedern 12 durchsetzen die Flansche der
Kupplungsnaben 2 und 3 jeweils mit Spiel. Diese Blattfedern 12 bilden eine drehelastische
Verbindung zwischen beiden Kupplungsnaben 2 und 3, die in tangentialer Richtung
weich ist. In radialer Richtung bzw. gegen Biegung sind die Blattfedern 12 steif.
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Während des normalen Betriebes der Anordnung übertragen die Scherstifte
5, welche die starre Verbindung zwischen beiden Kupplungsnaben 2 und 3 bilden, das
Drehmoment. Bei einer Uberbelastung, deren Wert durch die Bemessung der Scherstelle
10 von vornherein festgelegt ist, brechen die Scherstifte 5 und die starre Verbindung
zwischen beiden Kupplungsnaben 2 und 3 ist somit unterbrochen. Jetzt übernehmen
die Blattfedern 12 die zentrische Führung beider gegeneinander gleitenden Kupplungsnaben
2 und 3 und durch diesen Übergang von der starren zur drehelastischen Verbindung
fällt das System sprungartig aus der Resonanz. Bei nicht zu großer axialer Vorspannung
bewegen sich beide Kupplungsnaben 2 und 3 dann in Form einer gedämpften Schwingung
relativ zueinander und kommen annähernd in der ursprünglichen Position wieder zur
Ruhe.
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Der Wellenstrang bleibt dabei voll einsatzfähig und steht sofort für
einen eventuellen Notbetrieb bereit.
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Fig. 4 zeigt eine ähnlich aufgebaute Sicherheitskupplung. Bei diesem
Ausführungsbeispiel sind die Blattfedern 12 in die Kupplungsnabe 2 mittels eines
Gewindeansatzes 15 eingeschraubt und am Flansch 14 der Kupplungsnabe 3 durch die
auf den Gewindeansatz 16 aufgeschraubte Mutter 17 befestigt. Eine derartige Schraubbefestigung
der Blattfedern 12 erlaubt außerdem die axiale Verspannung beider Kupplungsnaben
2 und 3, so daß bei einer derartigen Sicherheitskupplung 1 die separaten Spannbolzen
entfallen.
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Die in der Figur 5 dargestellte Sicherheitskupplung 1 weist zwei Kupplungsnaben
2 und 3 auf, deren starre Verbindung untereinander an mehreren, längs des Umfanges
verteilten Stellen durch kegelige Scherstifte 5 gebildet wird, die in einander gegenüberstehenden
Bohrungen 6 bzw. 7 eingesetzt sind und das Drehmoment zwischen beiden Kupplungsnaben
2 und 3 übertragen. Diese Scherstifte 5 sind im Bereich der Trennfuge 9 mit einer
Scherstelle 10 versehen, die bei einer bestimmten Überbelastung zerbricht. Um während
bzw.
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nach dem Bruch ein Hineinziehen der dünneren Kegelstifthälfte in die
Trennfuge 9 und damit eine Beschädigung der stirnflächen der Kupplungsnaben" 2 und
3 zu vermeiden, wird diese durch eine Haltemutter 8 festgchalten. Die Bohrung 6
in der Kupplungsnabe 2 ist durch eine Abdeckschraube 11 ve'rschlossen, so daß ein
Herausfliegen der anderen Halfte des Scherstiftes 5 ebenfalls verhindert wird.
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Die elastische Verbindung zwischen beiden Kupplungsnaben 2 und 3 erfolgt
über Kupplungsbolzen 18, welche an der Kupplungsnabe 3 mittels einer Mutter 19 festgelegt
sind und die eine wesentlich größere Bohrung 20 in der Kupplungsnabe 2 mit Spiel
durchsetzen, in der sie mittels einer Gummihulse 21 zentriert sind. Nach dem Bruch
der Scherstlfte 5, durch welche die Kupplung in tangentialer und radialer Richtung
sowie gegen Biegung steif gewesen ist, sind die beiden Kupplungsnaben 2 und 3 gegeneinander
nur noch durch die Bolzen 18 mit der Gummihülse 21 geführt, so daß die Sicherheitskupplung
dann nach allen Richtungen weich ist, aber Drehmomente übertragen kenn. Eine derartige
Sicherheitskupplung ist also nur dann einsetzbur, wenn eine biege- und drenstarre
Kupplung ausreichend, jedoch nicht notwendig ist.
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Fig. 6 zeigt eine Sicherheitskupplung 1, bei welcher eine Winkelbeweglichkeit
beider Wellenenden zueinander gegeben ist. Die beiden Kupplungsnaben 2 und 3 weisen
jeweils einen Zahnkranz 22 auf, in den eine entsprechende Verzahnung eingreift,
die auf einem Außenteil 23 bzw. 24 angebracht ist. Zwischen beiden Außenteilen 23
und 24 liegt zentrisch eine Hülse 25. Die starre Verbindung jeweils zwischen den
Außenteilen 23, 24 und der Hülse 25 und somit zwischen den Teilen der Sicherheitskupplung
1 erfolgt über die Scherstifte 5, die auf der einen Seite in den Flanschen 26 und
27 des Außenteiles 23 und der Hülse 25 und auf der anderen Seite in den Flanschen
28 und 29 der Hülse 25 und des Außenteiles 24 liegen. Außerdem besteht noch zwischen
den Außenteilen 23, 24 und der Hülse 25 eine drehelastische Verbindung, gebildet
durch Federbolzen 30, welche in den Flanschen 26 und 29 der Außenteile 23, 24 und
in dem Flansch 28 der Hülse 25 zentriert sind und den Flansch 27 mit Spiel durchsetzen.
Zur Erzielung einer höheren Drehsteifigkeit, als allein durch die Länge der Federbolzen
30 gegeben, ist im Flansch 28 statt des normalerweise vorhandenen Spiels eine Hülsenfeder
31, z. B. Elastomer- oder Drahtkissenfeder, angeordnet. Die Federbolzen 30 verspannen
die Außenteile 23 und 24 außerdem noch in axialer Richtung miteinander.
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Während des normalen Betriebes der Sicherheitskupplung 1 erfolgt die
Übertragung der Drehmomente über die starre Verbindung der AuBenteile 23, 24 mit
der Hülse 25, d. h. über die Scherstifte 5.
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Nach Bruch der Scherstelle 10 beim Auftreten einer vorherbestimmten
Überbelastung besteht nur noch die durch die Federbolzen gegebene drehelastische
Verbindung zwischen beiden Kupplungsnaben 2 und 3, die jedoch auch Drehmomente übertragen
kann. Das System ist somit nach dem Bruch der Scherstifte 5 verstimmt und aus der
Resonanz gebracht und eine Schwingung, d. h. eine gleitende Bewegung der Außenteile
23, 24 gegenüber der Hülse 25, ist möglich, ohne daß die Zentrierung des Wellenstranges
aufgehoben ist. Die auftretenden Überbelastungen werden auf diese Weise schnell
abgebaut und die Kupplungsteile kommen angenähert in der ursprünglichen Position
wieder zur Ruhe.
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6 Figuren 4 Ansprüche