DE2655178C2 - Axial elastische drehkupplung zwischen zwei wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine flexible Wellenkupplung zwischen zwei drehenden Maschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Wellenkupplung ist bekannt, siehe z. B. DE-AS 10 59 25Z Die Kupplung umfaßt eine erste das Betriebsdrehmoment übertragende Verbindung über eine starre Kupplungswelle, die an jedem ihrer Enden einen Zahnkranz iufweist, der mit einem fest auf jeder der Maschinenwelle sitzenden Zahnkranz in Eingriff steht Diese Verbindung ist gegenüber Axialverschiebungen der Wellen unempfindlich. Eine zweite, zur ersten Verbindung funktionell parallele Verbindung überträgt axiale Kräfte und besteht aus einer ersten Kupplung zwischen der ersten M aschinen welle und der starren Kupplungsweüe sowie einer zweiten Kupplung zwischen der zweiten Maschinenwelle und der starren Kupplungswelle. Die beiden Kupplungen enthalten ballige Auflageflächen, so daß die beiden Wellen zueinander winklig geringfügig verschoben werden können, ohne daß Kupplungselemente belastet würden.

Aufgabe der Erfindung ist es gegenüber diesem Stand der Technik, eine flexible Wellenkupplung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so zu verbessern, daß gegenüber der genannten Entgegenhaltung auch axiale Stöße elastisch aufgefangen werden können.

In diesem Zusammenhang ist die DE-GM 74 42 729 zu nennen, aus der eine Wellenkupplung hervorgeht, die auch axiale Wellenstöße elastisch abfängt Hierzu sind die balligen Äuflageflächen einer der Wellen, die die Winkelverschiebungen der beiden Wellen ermöglichen, in einer Hülse angebracht, die ihrerseits über Blattfedern axial verschiebbar und in einer der Wellen montiert ist

Aufgabe der Erfindung gegenüber diesem Stand der Technik ist es, eine einfachere und damit betriebssichere Wellenkupplung anzugeben, die dennoch axiale Stöße genauso elastisch abfängt wie Winkelausienkungen einer der Weilen bezüglich der anderen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Wellenkupplung gelöst.

Merkmale bevorzugter Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von vier Figuren näher erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch eine erste erfindungsgemäße Kupplung.

Fig.2 zeigt schematisch eine zweite erfindungsgemäße Kupplung.

F i g. 3 zeigt ein Detail aus F i g. 1 oder F i g. 2.

F i g. 4 zeigt ein Detail aus F i g. 1 in vergrößerter Schnittdarstellung.

Man sieht in Fig. 1 eine Welle 1 einer ersten Maschine und eine Welle 2 einer zweiten, an die erste Maschine anzukuppelnden Maschine. Die Welle 1 steht mit einem Zahnkranz 3 über eine starre Scheibe 4 und die Welle 2 mit einem Zahnkranz 5 über eine starre Scheibe 6 in Verbindung.

Die Verbindung zwischen der Welle 1 und der Welle 2, d. h. zwischen dem Zahnkranz 3 der ersten Welle und dem Zahnkranz 5 der zweiten Welle, erfolgt über eine erfindungsgemäße Drehkupplung 10, zu der eine starre Kupplungswelle 7 gehört, an deren beiden Enden starre

"ji Halteteile 8 und 9 befestigt sind, deren Form im Fall der !j F i g. 1 kegelstumpfförmig ist und die mit ihrer Vertief;. fung nach innen zeigen. Auf diesen Halteteflen sitzen iy Zahnkränze 13 und 15, die mit den Zahnkränzen 3 und 5 ■,v im dauernden Engriff stehen.

■' Zusätzlich zur Verbindung über die Zahnkränze 3

und 5 wird eine zweite parallele Verbindung vorgesehen. Hierzu wird eine elastische Membran 11 mit der auf der Welle 1 sitzenden starren Scheibe 4 verbunden. Zwischen dem Mittelpunkt dieser Membran 11 und dem ι ο y, Mittelpunkt des starren Halteteils 8 wird eine kurze ~r flexible Welle 14 angeordnet. Am anderen Ende der ; starren Kupplungswelle 7 wird ebenfalls eine elastische

auf der Welle 2 sitzende Membran 12 angeordnet. Ober eine flexible Welle 16 wird der Mittelpunkt dieser Mem- : bran 12 mit dem Mittelpunkt des starren Haiteteils 9

' verbunden.

Auf diese Weise entsteht eine zweite Verbindung zwischen den Maschinenwellen 1 und 2; diese Verbindung läuft und wirkt parallel zur Verbindung über die Zahn- :: kupplungen.

Es ist leicht einzusehen, daß diese zweite Verbindung ;' die von der einen oder anderen der beiden Maschinen '■': kommenden axialen Kräfte sehr elastisch übertragen ; kann. Wenn sich die Welle 1 nach links verschiebt, können die Zähne 13 und 3 nicht mehr im Verhältnis zueinander ungehindert rutschen, da die Parallelkette die Axialkräfte übernimmt. Die Gleitbewegung zwischen 13 und 3 entspricht nur der Verformung der Membran 11. Die Starrheit des Haiteteils 8 zwingt die flexible Welle 14 dazu, die Membran 11 nach rechts zu schieben. Die axiale Bewegung der starren Kupplungswelle 7 überträgt sich ihrerseits auf die Zähne 15 und 5 sowie auf die Parallelverbindung. Durch die erfindungsgemä- ; ße Anordnung ist es möglich, auf axiale Anschläge teilweise oder ganz zu verzichten.

Das Drehmoment wird größtenteils über die Zähne übertragen, ein Teil dieses Moments wird von der flexiblen Welle 14 und von der flexiblen Welle 16 absorbiert. Die flexiblen Wellen besitzen eine zylindrische Form, die in ihrer Mitte einen verengten Bereich aufweist Unter der Wirkung eines von der Parallelkette übertragenen Drehmoments erfährt der mittlere Bereich der flexiblen Welle eine Torsion, deren Momentenvektor von der Achse der flexiblen Welle getragen wird. Diese Parallelkette verleiht der Zahnkupplung also auch in Drehrichtung eine gewisse Elastizität.

Schließlich kann es unter einer sehr hohen Last oder einer sehr starken radialen Versetzung zwischen den Wellen 1 und 2 dazu kommen, daß die Zähne 13 eine Tendenz zum Umkippen haben, wobei eine Rotation geringer Amplitude des die Zähne 3 tragenden Kranzes um eine Achse entsteht, die beispielsweise senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Dies führt zu einer Biegung der flexiblen Welle um eine senkrecht auf der Zeichenebene stehende Achse. Um eine richtige Kräfteverteilung der flexiblen Welle 14 zu erreichen, muß die Rotationsachse, um die diese geringe Kippbewegung der Zähne 13 erfolgt, durch den Mittelpunkt der flexiblen Welle 14 laufen. Diese Bedingung hängt von drei Konstruktionsvor- '..■:. aussetzungen ab; die Membran 11 muß in einer Ebene in f, der Nähe der Symmetrieebene der Zähne 13 und 3 He- ;■'■ gen; das Halteteil 8 muß eine konkave Form aufweisen, und schließlich muß die flexible Welle 14 kurz sein; schließlich darf die flexible Welle keinerlei plastische « Verformungen erfahren. Damit ihre Verformungen bei ; der Torsion um ihre SyiArtietrieachse und bei der Biegung um eine senkrecht zur vorgenannten Achse stehenden Achse elastisch bleiben, muß die flexible Achse eine bestimmte Länge aufweisen. Diese letziere Bedingung widerspricht zu einem gewissen Grad der vorhergehenden Bedingung, nach der der Fachmann eine sehr kurze elastische Welle verwendet hätte.

Fig.2 zeigt eine Variante zu Fig. 1, bei der die zur Maschinenwelle gehörende Verzahnung 25,33 nach außen und der zur starren Kupplungswelle gehörige Zannkranz 23,35 nach innen weist Eine Maschinenwelle 21 wird mit einer Maschinenwelle 22 über eine Drehkupplung 30 verbunden. Die zur Welle 21 gehörende Verzahnung 33 liegt innerhalb der zu starren Kuppltmgswelle 27 gehörenden Verzahnung 23. Damit die elastische Membran 31 eine große Oberfläche beibehalten kann, wird sie in diesem Falle mit der starren Kupplungswelie 27 verbunden; die starren Halteteile 28 und 29 liegen dann auf der Stirnseite der Welle. Bei dieser Ausführung muß das starre Halteteil 28 von einer axialen Nabe 37 getragen wurden, die auf die Welle 21 gekeilt ist. Ebenso muß das starre Halteteil 29 mit Hilfe iiner Nabe 38 auf die Welle 22 gekeilt werden. Auf diese Weise kann man erreichen, daß die Symmetrieebene der Verzahnung mit der Symmetrieebene der flexiblen Welle zusammenfällt

Selbstverständlich wird die gleiche Anordnung auch am anderen Ende der starren Kupplungswelle geschaffen, und die beschriebenen Vorrichtungen sind vorteilhafterweise symmetrisch angeordnet.

Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 wird angenommen, daß am Wellenende ohne Schwierigkeiten eine Scheibe wie beispielsweise 4 angebracht werden kann. Diese Bedingung Findet sich häufig dann, wenn die Maschine direkt an die Kupplung angeschlossen ist Die Vorrichtung gemäß Fig.2 wird häufig angewandt, wenn man die Kupplung nicht direkt an die Maschine anschließen muß; dieses ist vor allem dann der Fall, wenn eine erfindungsgemäße Kupplung mjt einer schon bestehenden'Maschine gekoppelt werden soll.

F i g. 3 zeigt eine Einzelheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat und die hier in Vergrößerung dargestellt ist. Die Verbindung zwischen dem starren Halteteil 28 (siehe 2uch Fig.2) und der elastischen Membran 31 über die flexible Welle 34 ist hier genauer gezeigt. Diese flexible Welle 34 ist zu ihrer Mitte hin verjüngt und liegt in axialen Öffnungen 39 und 40, die im starren Halteteil 28 bzw. in der Membran 31 vorgesehen sind. Die flexible Welle 34 verlängert sich nach beiden Seiten hin in ein Außengewinde 41 bzw. 42, auf das Muttern 43 und 44 geschraubt werden. Zur Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung wurde die Verbindung mit der Welle 21 nicht berücksichtigt. Die Symmetrieebene der flexiblen Weile fällt in Ruhestellung mit der Symmetrieebene der Verzahnungen zusammen.

Die Symmetrieebene der flexiblen Welle 34 liegt senkrecht zur Symmetrieachse dieser Weife und läuft durch ihre Mitte. Ebenso liegt die Symmetrieebene der Verzahnungen senkrecht zur Symmetrieachse dieser Verzahnungen und läuft durch deren Mitte.

F i g. 4 zeigt ein jas Schema von F i g. 1 berücksichtigendes Ausführungsbeispiel für Maschinen von etwa 30 000 bis 40 000 kW. Die hier dargestellte Kupplung ist an einen Motor angeschlossen. Die von eitVer nicht dargestellten Maschinenwelle getragene Scheibe 104 ist über eine starre Kupplungswelle 107 mit einer ebenfalls nicht dargestellten zweiten Maschinenwelle gekuppelt. Scheibe 104 und Welle 107 sind einerseits über Verzahnungen 103 und 113 und andererseits über eine Membran 111, ein starres kegelstumpfförmiges Halteteil 108

und eine flexible Welle 114 miteinander verbunden. Die Welle 114 weist einen zylindrischen Teil 119 auf, dessen Länge und Durchmesser in Abhängigkeit vom Torsionsund Biegemoment gewählt ist, das diese Welle elastisch aufnehmen muß. Zwei Schulterstücke 141 und 142 am jeweiligen Ende der Welle 114 sitzen im starren Halteteil 108 bzw. der Membran 111. Auf den Schulterstücken sitzen Verkeilungsringe 143 und 144, durch die jegliche Gleitbewegung im Verhältnis zur flexiblen Welle unmöglich gemacht wird. Die erfindungsgemäße Vorrich- tung findet ihre vorteilhafte Anwendung bei einem starken Motor und einer starken Lastwechseln ausgesetzten angetriebenen Vorrichtung; außerdem kann die Vorrichtung vorteilhafterweise dazu dienen, zwischen einem Motor und einem Getriebe eine Verbindung herzustellen. Die vollkommene Symmetrie der Kupplung ermöglicht es außerdem, zwei Maschinen miteinander zu verbinden, die sich in ihrer Antriebsfunktion abwechsein.

■

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

25

30

35

40

45

50

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Flexible Wellenkupplung zwischen zwei drehenden Maschinen, deren Maschinenwellen im wesentlichen fluchtend angeordnet sind, wobei die Kupplung eine erste axial verschiebbare und das Betriebsdrehmoment übertragende Verbindung über eine starre Kupplungswelle umfaßt, die an jedem ihrer beiden Enden einen Zahnkranz aufweist, der mit einem fest auf jeder der beiden M aschinen wellen sitzenden Zahnkranz in Eingriff steht, sowie eine zweite, zur ersten Verbindung parallele Verbindung umfaßt, die eine erste flexible Kupplung zwischen der ersten Maschinenwelle und der starren Kupplungswelle, sowie eine zweite flexible Kupplung, die bezüglich der mittleren Querschnittsebene der Wellenkupplung symmetrisch zur ersten flexiblen Kopplung zwischen der zweiten Maschinenwelle und der starren KuppiungswelJe angeordnet ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jede flexible Kupplung (11, 14; 12, 16; 31, 34; 32, 36; 111, 114) zwischen der starren Kupplungswelle (7, 27, 107) und einer Maschinenwelle (1,2; 21,22)

— eine kurze biege-und torsionsflexible Welle (14, 16; 34,36; 114),

— ein starres Halteteil (8, 9; 28, 29; 108), das mit einem Zahnkranz (13, 15 oder 25, 33 oder 113) fest verbunden ist,

— sowie eife senkrecht zur Achse der Welle liegende elastische Membran (11, 12; 31, 32; 111) besitzt,

wobei die flexible kurze Welle (14, 16; 34, 36; 114) mit einem ihrer Enden mit der Mitte des starren Halteteils (8, 9; 28, 29; 108) und mit dem anderen Ende mit der Mitte der elastischen Membran verbunden ist.

2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der auf der starren Kupplungswelle (7) sitzende erste Zahnkranz (13,15) von dem zweiten, über eine starre Scheibe (4,6) mit der Maschinenwelle (1,2) verbundenen Zahnkranz (3,5) umgeben wird und daß das starre Halteteil (8, 9) jeweils mit dem ersten Zahnkranz und der Außenumfang der elastischen Membran (11,12) jeweils mit dem zweiten Zahnkranz (3,5) verbunden ist.

3. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der auf der starren Kupplungswelle (27) sitzende erste Zahnkranz (23,25) den zweiten, auf der Maschinenwelle (21, 22) sitzenden Zahnkranz (25,33) umgibt und daß das starre Halteteil (28, 29) jeweils mit der Maschinenwelle (21, 22) und der Außenumfang der elastischen Membran (31, 32) jeweils mit dem ersten Zahnkranz (23, 35) verbunden ist.

4. Wellenkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Maschinenwelle (21 bzw. 22) und dem starren Halteteil (28 bzw. 29) mit Hilfe einer Nabe (37 bzw. 38) erreicht wird.

5. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Welle (34,36; 114) in ihrem mittleren Bereich einer verjüngten zylindrischen Teil (119) mit zwei symmetrisch zueinander liegenden Schulterteilen aufweist und an beiden Enden je ein Gewinde (41,42; 141,142) trägt.

6. Wellenkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Bereich (119) der flexiblen Welle in einer Mittelebene der Verzahnungen der Zahnkränze Hegt