DE2645600B2 - Drehsteife und Wellenverlagerungen zulassende bewegliche Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine drehsteife und Wellenverlagerungen zulassende bewegliche Kupplung der im Patentanspruch 1 angegebenen Gattung.

Es sind verschiedene derartige sog. flexible Wellenkupplungen bekannt (DE-OS 16 75 257), bei denen zwischen zwei auf den Wellenenden befestigten Kupplungsflanschen ein Lamellenpaket vorgesehen ist, das durch Zylinderschrauben mit den Flanschen wechselweise verschraubt ist. Durch die«es Lamellenpas ket und seine wechselweise Befestigung an den Kupplungsflanschen können begrenzte axiale und winklige Verlagerungen der beiden Wellenenden aufgefangen werden, ohne daß dadurch die Betriebsfähigkeit der Kupplung beeinträchtigt würde. Aufgrund

ίο der spielfreien Verbindung aller Kupplungselemente untereinander treten im Lauf keine Gleitbewegungen auf. Die in Umfangsrichtung wie starre Glieder wirkenden Lamellenpakete verursachen eine drehsteife Kupplungscharakteristik und die Übertragung relativ

υ hoher Drehmomente. Diese bekannten Kupplungsausführungen haben jedoch eine Reihe von Nachteilen: Das Einsetzen der als Bolzen oder Spannbuchsen ausgebildeten Verbindungsglieder muß mit höchster Genauigkeit durchgeführt werden, damit das Spiel zwischen dem Schaft der Bolzen und den entsprechenden Bohrungen im Lamellenpaket sowie in den Kupplungsflanschen extrem klein gehalten wird. Dieses Spiel liegt bei Kupplungen für hohe Drehzahlen z. B. bei ca. 0,012 mm. Für die notwendige Passung müssen die extrem genau hergestellten Bolzen und Muttern »Flugzeugqualität« besitzen, deren Herstellungskosten extrem hoch sind und ein Vielfaches über demjenigen normaler feinbearbeiteter Stahlbolzen liegen. Die genaue Passung zwischen den Bolzen und den sie aufnehmenden Bohrungen führt ferner zu einem außerordentlich hohen Zeitaufwand bei der Montage, weil die fest mit den Wellen verbundenen Kupplungsflansche so genau gegeneinander ausgerichtet werden müssen, daß die Bolzen durch einen Fingerdruck in die entsprechenden Bohrungen eingeführt werden können, um ein Ausschlagen der Bohrungen und eine dadurch erfolgte Beeinträchtigung der Paßgenauigkeit zu verhindern. Typisch für diese bekannten elastischen Kupplungen sind ferner dynamische Ungleichgewichte, die zu Störungen oder auch zum Bruch der miteinander verbundenen Aggregate führen können, wenn die Bolzen nach einem Ausbau der Kupplung nicht wieder in die gleichen Bohrungen eingesetzt werden und die Kupplung nach diesem Ausbau nicht ausgewuchtet wird, weil bereits kleinste Unterschiede zwischen den verschiedenen Bolzen zu erheblichen dynamischen Ungleichgewichten führen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Kupplung der angegebenen Gattung die durch dynamische Ungleich-

■jo gewichte hervorgerufenen Beanspruchungen zu verringern und gleichzeitig die Herstellung und Montage zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs I gelöst. Gegenüber bekannten vergleichbaren Kupplungsausführungen weist die Kupplung gemäß der Erfindung folgende Vorzüge auf: Die jeweiligen Umfangsflächen an den Zentrierringen und an den Kupplungsflanschen können auf einfache Weise und mit nur geringen Kosten feinbearbeitet werden, wobei diese Umfangsflächen mit einer Nenntoleranz von z. B. 0,025 mm für eine Kupplung von 10 cm Durchmesser hergestellt werden können. Diese Nenntoleranz führt aufgrund von mikroskopischen Exzentrizitäten in den beiden Umfangsflächen zu einem vorbestimmten Festsitz und ergibt eine ausgezeichnete Ausrichtung der Kupplung. Dadurch werden nicht nur die unerwünschten Spiele, d. h. die Radialbewegungen der Kupplungs-

teile der bekannten Kupplungen beseitigt, sondern es ergibt sich als weiterer Vorteil, daß sich der Kontakt zwischen den Kupplungsflanschen und dem Lamellenpaket über eine relativ große Umfangsfläche erstreckt, wodurch ein Ausschlagen dieser feinbearbeiteten Umfangsflächen während der Montage weitgehend vermieden wird. Auch die nachteilige Wirkung von ausgeschlagenen Paßflächen, d. h. von bei den bekannten Kupplungen möglichen Beschädigungen der genau bearbeiteten Paßbohrungen durch unsachgemäßes Einschlagen der Bolzen, wird wesentlich herabgesetzt, weil ein eventuell beschädigter Teil der zentrierenden feinbearbeiteten Umfangsflächen nur einen geringen Bruchteil der gesamten Paßfläche darstellt Die großen feinbearbeiteten Paßflächen an den Zentrierscheiben und den Kupplungsflansdien verringern ferner die Wirkungen von durch den Aus- und Wiedereinbau der Kupplung verursachten Unwuchterscheinungen.

Bei der Kupplung gemäß der Erfindung verschiebt sich der Schwerpunkt einer Kupplungshälfte gegen die axialen Außenenden der Kupplung. Da die radiale Lagerbelastung der beiden Wellen annähernd gleich dem halben Kupplungsgewicht mal dem Abstand von Außenlager zum Schwerpunkt einer Kupplungshälfte ist, kann eine derartige Verschiebung dieses Schwerpunktes auch bei kleinsten Beträgen eine merkbare Reduzierung der radialen Lagerbelastungen ergeben. Es sei darauf hingewiesen, daß sich der Schwerpunkt der Kupplungshälfte um so weiter nach rückwärts verschiebt, je größer die Kupplung ist

Die kreisförmigen Kupplungsflansche können wesentlich einfacher als sternförmige Nabenflansche älterer Ausführungen hergestellt werden und vermeiden ferner den unerwünschten Gebläseeffekt solcher sternförmiger Nabenflansche. Da die die Baueinheit aus J5 Zentrierring und Lamellenpaket am jeweiligen Kupp-Iungsflansch halternden Bolzen keine Zentrierfunktion mehr haben, können einfache handelsübliche Stahlschrauben und Muttern eingesetzt werden, deren Kosten nur ' bis 2% derjenigen bekannter Kupplungen betragen. Ferner müssen die die Bolzen aufnehmenden Bohrungen nicht mehr extrem genau positioniert und ausgeführt werden, weil nur ein geringer Schlupf in Umfangsrichtung ohne Auswirkungen auf das radiale Abstandsverhältnis der Kupplungskomponenten eintritt, wenr, die Bolzen geringfügig lose sitzen oder eine extrem hohe Stoßbelastung aufnehmen müssen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht einer elastischen Kupplung,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Kupplung nach F ig. 1,

Fig. 3 bis 5 je einen der Fig. 2 entsprechenden Ausschnitt weiterer Kupplungsausführungen,

F i g. 6 einen Zentrierring für die verschiedenen Kupplungsausführungen,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines Lamellenpake tes mit den Verbindungsgliedern,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine weitere Kupplu rigsausführung mit nur einem Zentrierring.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Kupplung enthält zwei in F ig. 7 im einzelnen dargestellte Lamellenpakete 10, die jeweils am Ende eines drehsteifen Zwischenstükkes 12 montiert sind. Jedes Lamellenpaket 10 besteht aus einer Vielzahl von gleichen Ringlamellen 14 und definiert eine Kupplungsachse 26 sowie zwei Radialflächen 28 und 30 (Fig, 7), wobei die Kupplungsachse 26 bei zusammengebauter Kupplung zumindest annähernd mit der Drebmomentübertragungsachse des Zwischenstückes 12 zusammenfällt

Die Ringlamellen 14 des Lamellenpaketes 10 sind durch Verbindungsglieder 34, 34' mit den auf den Wellenenden befestigten Kupplungsflanschen 48, 50 wechselweise verbunden. Die Verbindungsglieder bestehen aus einer Spannbuchse 17 mit angeformtem Ringflansch 21 als Abstandshalter, einem auf den Schaft 19 der Spannbuchse 17 auf der anderen Seite des Lamellenpaketes 10 im Preßsitz aufgezogenen Abstandhalter 23 sowie aus Schraubbolzen 36, weiche entsprechende Bohrungen in den Kupplungsflanschen 48,50 durchragen und durch ihren angeformten Kopf 38 sowie durch Muttern 39 festgelegt sind. Die Ringlamellen 14 sind durch auf die Radialflächen 28 und 30 über die Abstandshalter 21, 23 einwirkende Axialkräfte zum Lamellenpaket 10 gegeneinander verspannt (vgl. Fig.7).

Wie aus den Fig.! und 2 ersichtlich, weist die Kupplung zwei Zentrierringe 44 und 46 auf, von denen einer in Fig.6 perspektivisch dargestellt ist Diese Zentrierringe 44, 46 haben feinbearbeitete raciialsymmetrische Umfangsflächen 144,146, die zum Ausrichten und Zentrieren der Kupplung dienen. Diese Umfangsflächen 144, 146 können zylindrisch oder konisch sein, wobei eine konische Form den Zusammenbau erleichtert, jedoch aufwendiger herzustellen ist Während der Herstellung werden diese Zentrierringe 44, 46 in unbearbeitetem Zustand auf die Hohlschäfte 19 der Spannbuchsen 17 im Preßsitz aufgezogen und daran anschließend erst ihre Umfangsflächen durch Drehen um die Kupplungsachse 26 feinbearbeitet.

Den feinbearbeiteten Umfangsflächen 144, 146 der Zentrierringe 44, 46 sind feinbearbeitete radialsymmetrische Ringflächen 148,150 an den Kupplungsflanschen 48, 50 zugeordnet, deren Mittelachsen nit der Kupplungsachse 26 zusammenfallen. In den Kupplungsflanschen 48 und 50 sind axiale Ringansätze 52 und 54 an de", vom Lamcllcnpaket 10 weg weisenden Seiten ausgebildet, deren Achse ebenfalls mit der Kupplungsachse 26 zusammenfällt und deren innere Umfangsfläche radial außerhalb der Verbindungsglieder 34, 34' liegt. Diese Ringansätze bilden eine glatte Umrangsfläche, durch die nachteilige Gebläseeffekte bei hochtourigem Umlauf vermieden werden.

Die Verbindungsglieder 34; 34' sind wechselweise an den jeweils benachbarten Kupplungsflanschen 48; 50 befestigt, wobei zusätzliche Bohrungen in den Flanschen die Zugänglichkeit auch der dem jeweils anderen Flansch zugehörigen Bolzen 36 sicherstellen.

Die in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform entspricht derjenigen nach Fig.2 mit dem Unterschied, daß die feinbearbeiteten Umfangsflächen 144', I46' an der radialen Innenseite der Zentrierringe 44', 46' liegen und die mit diesen zusammenwirkenden Ringflächen 148', 150' an den Kupplungsfianschen 48', 50' konvex sind.

Die Ausführung nach Fig.4 unterscheidet sich von derjenigen nach F i g. 2 durch die Verbindungsglieder, deren Schraubbolzen 36' in die Hohlschäfte 19' der Spannbuchsen 17' eingeschraubt sind, wodurch sich die Ausbildung von gesonderten Zugangsbohrungen in einem der Kupplung/flansche 48' bzw. 50' erübrigt.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Kupplungsausführung weisen die Verbindungsglieder 34" kompakte Nieten auf. auf denen Abstandsscheiben 21". 21"

wechselweise die Zenlrierringe 44" und 46" im Preßsitz aufgezogen sind. Eine Blindbohrung 56 im Kupplungsflansch 50" nimmt den Kopf 58 und eine Durchgangsbohrung 60 im Zentrierring 44" nimmt den Gegenkopf 60 der Niete auf. Jeder der beiden ^r> Zentrierringe 44" und 46" ist an seinem anliegenden Kupplungsflansch 48" bzw. 58" durch je einen Satz von gesonderten Schraubbolzen 62 mit Gegenmuttern 64 befestigt. Die Lage der Umfangs- und Ringflächen (144". 146"; 148", 150") entspricht derjenigen nach F i g. 2.

Die in F i g. 8 dargestellte Kupplungsausführung weist nur einen einzigen Zentrierring 66 auf. Das Lamellenpaket 10 ist abwechselnd an einem der beiden am Kupplungsflansch 48 bzw. 50 durch Verbindungsglieder 68, 68' befestigt, auf denen das Lamellenpaket 10 und Abstandsscheiben 21' und 23' im Preßsitz aufgezogen sind. Obwohl nicht unbedingt notwendig, ist ein Flansch 70 am freien Ende des Verbindungsgliedes 68 vorgesehen, um die Abstützung des Lamellenpaketes 10 und der Abstandhalter 2Γ und 23' zu unterstützen. Wenn ein derartiger Flansch 70 vorgesehen wird, dann ist eine Aufnahmebohrung 60' im Zentrierring 66 erforderlich. Der Zentrierring 66 ist ferner mit dem Lamellenpaket 10 und dem Kupplungsflansch 50 durch r> ein weiteres Verbindungselement 68' verbunden, das den Kupplungsflansch 50 und das Lamellenpaket 10 durchragt und das — wie dargestellt — aus einem Gewindebolzen mit Gegenmutter und Spannhülse bzw. aus einem im unteren Teil der F i g. 8 dargestellten i" Kompaktniete bestehen kann. Vorteilhaft bei dieser Konstruktion ist die verringerte Anzahl an Zwischenflächen zwischen den Kupplungsteilen und die dadurch erreichte Zusammenfassung der Toleranzen sowie das geringere Gewicht der Kupplung durch Wegfall eines r> Zentrierringes. Diese Kupplung weist jedoch eine geringere Nachgiebigkeit als die zwei Zentrierringe aufweisende Ausführung auf und erfordert eine größere Genauigkeit bei der Auswahl und Anordnung der Verbindungsbolzen. -»>

Bei einer anderen, in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführung, ist das als Lamellenpaket ausgebildete Kupplungselement zusammen mit je einer Distanzscheibe und je einem Zentrierring an jeder Seite durch Schraubbolzen miteinander fest verspannt und bildet *i eine gesonderte Montage- bzw. Baugruppe, wobei diese auf einem Kreis angeordneten Schraubbolzen wechselweise die Verbindung des Kupplungselementes mit dem einen oder dem anderen Zentrierring herstellen. Die Befestigung dieser Baugruppe an den benachbarten Naben erfolgt ebenfalls durch gesonderte Schraubbolzen, die — nicht wie bei der Ausführung nach F i g. 5 radial außerhalb der Verbindungselemente — auf dem gleichen Kreisbogen wie die versenkten Schraubbolzen des Verbindungselementes angeordnet sind. Aus Gründen einer einfacheren Bearbeitung sind die inneren Umfangsflächen der Zentrierringe als mit nach außen weisenden Umfangsflächen an Flanschansätzen zusammenwirkende Zentrierflächen ausgebildet. Durch eine derartige Ausführung kann die Montage der Kupplung in erheblichem Maße weiter vereinfacht werden. Hierzu ist lediglich notwendig, die aus dem Lamellenpaket, den Abstandhaltern und den beiden Zentrierringen bestehende fest vormontierte Baugruppe auf die an den Naben ausgebildeten ringförmigen Ansätze mit den Zentrierflächen einzupassen und die beiden Zentrierscheiben mit den Nabenflanschen zu verschrauben. Das mühsame Einführen der Befestigungsschrauben in die sehr genau eingearbeiteten Bohrungen z. B. der buchsenförmigen Elemente 17 oder der einzelnen Lamellen des Kupplungselementes kann dadurch entfallen.

Um das Wegschleudern von inneren Kupplungsteilen nach einem Bruch der Kupplung wirksam zu verhindern, kann ein im linken Teil der Fig. I schematisch dargestellter Schutzring 71 auf je zwei Kupplungsflansche aufgezogen und durch geeignete Befestigungsmittel festgelegt werden, durch den sich ferner sog. Notlaufeigenschaften erreichen lassen.

Eine wesentliche Steigerung des maximal übertragbaren Drehmomentes dieser Kupplung läßt sich dadurch erreichen, daß ein Klebemittel zwischen die Mantelflächen der als Nieten ausgebildeten Verbindungsglieder 34" gemäß F i g. 5 und den inneren Umfangsflächen des Lamellenpaketes eingebracht wird, durch das sich die vergleichsweise aufwendige Herstellung eines Preßsitzes erübrigt. Diese Klebemittel, vorzugsweise ein Kaltkleber, stellt eine formschlüssige Verbindung zwischen den Nieten 34" bzw. den — nicht dargestellten — Versenkschrauben und den einzelnen Lamellen des Kupplungselementes her, wodurch sich das übertragbare maximale Drehmoment um ein Mehrfaches steigern läßt.

Weitere Vorzüge der erfindungsgemäßen Kupplung sind:

Die genaue Feinbearbeitung der radial-symmetrischen Zentrierflächen kann relativ einfach und konstengünstig durchgeführt werden, wobei die Paßflächen der Zentrierringe und der Naben mi! einer Nenntoleranz von z.B. 0.025mm für eine Kupplung von 10cm Durchmesser hergestellt werden können. Diese Nenntoleranz führt aufgrund von mikroskopischen Exzentrizitäten in den beiden radial-symmetrischen Flächen zu einem vorbestimmten Festsitz und ergibt eine ausgezeichnete Ausrichtung für die Kupplung. Dadurch werden nicht nur die unerwünschten Spiele, d. h. die Radialbewegungen der Teile zulassenden Toleranzen, bei den bekannten Kupplungen beseitigt, sondern es ergibt sich als weiterer Vorteil, daß sich eine wesentlich größere Umfangsfläche in Kontakt zwischen den Flanschen und den Kupplungselementen befindet, wodurch ein Ausschlagen der Paßflächen während der Montage weitgehend vermieden wird. Auch die nachteilige Wirkung einer ausgeschlagenen Passung wird wesentlich herabgesetzt, weil der entsprechende Teil der Oberfläche einen geringen Bru'-'-'eil der gesamten Paßfläche darstellt.

Die großen feinbearbeiteten Paßflächen vern gern ferner das Auftreten von durch den Ausbau der Kupplung verursachte Unwuchterscheinungen, d. h. bei einer ausgebauten Kupplung wird das Gleichgewicht weniger leicht gestört als bei bekannten Kupplungen.

Bei den erfindungsgemäßen Kupplungsausführungen verschiebt sich der halbe Kupplungsschwerpunkt gegen die axialen Außenenden der Kupplung von z. B. 15,9 mm von der Fromfläche des Kupplungsflansches einer bekannten Kupplung mit einem Durchmesser von 170,6 mm gegenüber 18,7 mm von der Flanschstirnfläche einer Kupplung gleicher Größe gemäß der Erfindung.

Da die radiale Belastung der Lager jeder der beiden durch die Kupplung verbundenen Maschinenaggregate annähernd gleich dem halben Kupplungsgewicht mal dem Abstand vom Außenlager zu dem halben Kupplungsschwerpunk' ist, kann die Bewegung dieses halben Kupplungsschwerpunktes in dieser Richtung

auch bei kleinsten Beträgen eine größere Reduzierung der radialen Belastung an den Lagern als die Verringerung des Kupplungsgewischtes um einige Kilo ergeben. Es wird darauf hingewiesen, daß je größer die Kupplung ist, um so mehr verschiebt sich der Kupplungsschwerpunkt nach rückwärts gegenüber glr,i-;h großen bekannten Kupplungsausführungen.

Die kreisförmigen Kupplungsflansche können wesentlich leichter als die sternförmigen Nabenflansche älterer Ausführungen hergestellt werden, weil die in Ansätze oder Strahlen der Sterne an diesen Naben zur Verhinderung von Verformungen dicker als die radial-symmetrischen Flansche gemäß der Erfindung ausgeführt werden müssen.

Da die Verbindungsglieder keine Zentrierfunktion mehr haben, können einfache handelsübliche Muttern und Schraubbolzen eingesetzt werden, deren Kosten nur ein Fünfzigstel oder ein Hundertstel der bei bekannten Kupplungsausführungen notwendigen Kosten betragen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, daß die Bohrungen, in die die Bolzen eingesetzt werden, nicht mehr extrem genau positioniert und ausgeführt werden müssen, weil nur ein geringer Schlupf in Umfangsrichtung ohne Auswirkungen auf das radiale Abstandsverhältnis der Kupplungskomponenten eintritt, wenn die Bolzen etwas lose sitzen oder eine extrem hohe Stoßbelastung auftritt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Drehsteife und Wellenverlagerungen zulassende bewegliche Kupplung mit einem federnden ringförmigen Lamellenpaket, das wechselseitig durch über den Umfang gleichmäßig verteilte Verbindungselemente an den beiden Kupplungsflanschen befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Lamellenpaket (10) gemeinsam mit mindestens einem Zentrierring (44,46; 44', 46'; 44", 46") mit feinbearbeiteter Umfangsfläche (144, 144', 144", 146,146', 146") eine fest verspannte Einheit bildet und

b) an mindestens einem Kupplungsflansch (48,50; 48', 50'; 48", 50") eine feinbearbeitete Ringfläche (148,148', 148"; 150,150', 150") vorgesehen ist, an die der Zentrierring mit seiner feinbearbeiteten Umfangsfläche zur Anlage kommt

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, .daß der Zentrierring (44, 46; 44', 46'; 44", 46") im Preßsitz auf dem Hohlschaft (19) einer Spannbuchse (17) aufgezogen ist

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kupplungsflansch (48, 50; 48', 50';48",50") eine feinbearbeitete Ringfläche (148, 148', 148"; 150, 150', 160") vorgesehen ist, an die jeweils ein zugeordneter Zentrierring (44, 46; 44', 46'; 44", 46") zur Anlage kommt.

4. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein drehsteifes Zwischenstück (12) mit radialen Endflanschen über je einen aus einem Larv Jlenpaket (10), je zwei Abstandshaltern (21, 23) und zwei Zentrierringen (44, 46) gebildeten Bausatz an je einen der Kupplungsflansche angeschlossen ist.

5. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Ringlamellen (14) des Lamellenpaketes (10), ein Abstandshalter (23) und die Zentrierringe (44,46) im Preßsitz auf dem Hohlschaft (19) der Spannbuchse (17) aufgezogen sind, in welchem ein das Lamellenpaket (10) wechselweise mit je einem der Kupplungsflansche (48 bzw. 50) verbindender Schraubbolzen (36) im Paßsitz aufgenommen ist.

6. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lamellenpaket (10) zusammen mit den Abstandshaltern (21", 23") jeweils abwechselnd durch die als Kompaktnieten ausgebildeten Verbindungselemente (34") mit je einer Zentrierscheibe (44", 46") fest verspannt ist und daß jede Zentrierscheibe (44", 46") durch gesonderte Schraubbolzenverbindungen (62, 64) an dem ihr zugeordneten Kupplungsflansch (48", 50") befestigt ist.

7. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente (17, 34) in den Paßbohrungen des Lamellenpaketes (10) durch ein Klebemittel formschlüssig festgelegt sind.