DE2755131C2

DE2755131C2 - Kupplung zum starren Verbinden zweier gleichachsiger und zum Übertragen von Drehmoment geeigneter Maschinenteile

Info

Publication number: DE2755131C2
Application number: DE2755131A
Authority: DE
Inventors: Hans 7920 Heidenheim Lindenthal
Original assignee: Voith Transmit GmbH
Current assignee: Voith Transmit GmbH
Priority date: 1977-12-10
Filing date: 1977-12-10
Publication date: 1982-12-16
Also published as: US4219286A; DE2755131A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Kupplung dieser Art ist eine Abwandlung der bekannten Scheibenkupplung, deren Kupplungshälften als Flansche ausgebildet und durch Schrauben oder ähnliche Verbindungselemente miteinander verbunden sind. Bei der Scheibenkupplung erfolgt die Drehmomentübertragung allein durch Reibschluß unter Zugbeanspruchung der Schrauben. Dem übertragbaren Drehmoment sind hierbei Grenzen gesetzt, wenn unter beengten Platzverhältnissen die Flansche nicht beliebig groß ausgebildet werden können.

Daher sind vierlerlei Maßnahmen bekanntgeworden, die eine Erhöhung des Drehmomentes zum Ziel haben, ohne die Außenabmessungen der Kupplung vergrößern zu müssen. Solche Maßnahmen sind z. B. die Verwendung von Paßschrauben, das Anbringen einer Stirnverzahnung (DE-PS 4 40 816, DE-OS 25 54 Ϊ74), oder, wie im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben, das Einlegen eines Querkeiles zwischen die Stirnflächen der Kupplungshälften (Zeitschrift »Konstruktion« 1977, S. 427, Abb. in der linken Spalte). Durch solche Maßnahmen wird die genannte Reibschlußverbindung durch eine Formschlußverbindung ergänzt oder ersetzt. Sie haben aber den Nachteil, daß sie hohe Fertigungskosten verursachen und/oder gegen Stoßbeanspruchungen sehr empfindlich sind.

Speziell bei der bekannten Kupplung mit Querkeil, der Rechteckquerschnitt aufweist, ist es sehr kostspielig, den Querkeil satt passend in die Nuten der Kupplungshälften einzusetzen. Selbst wenn dies gelingt, liegt der Querkeil beim Übertragen von Drehmoment stets nut an einer einzigen Seitenfläche jeder Nut an. Es besteht daher die Gefahr, daß der Querkeil bei jedem Richtungswechsel des Drehmomentes in der Nut seitlich wandert. Dies kann zu Verschleiß führen, insbesondere, wenn Drehschwingungen vorliegen. Um dieser Gefahr zu begegnen, müssen Gie Schrauben derart bemessen werden, daß die Kupplungshälften wie bei einer einfachen Scheibenkupplung durch Reibschluß zusammengehalten werden, d. h. die Schrauben-Zugkraft muß so hoch oder wenigstens angenähert so hoch sein, wie wenn der Querkeil nicht vorhanden wäre.

Theoretisch könnten die Seitenflächen des Querkeiles und der Nuten geneigt angeordnet werden (d. h. Querschnitt der Nuten trapezförmig und dementsprechend Querschnitt des Querkeiles sechseckig). Damit würde zwar der Querkeil satt an den Nutseitenflächen anliegen, aber nicht mehr die Stirnfläche der einen Kupplungshälfte an der Stirnfläche der anderen Kupplungshälfte. Damit würde die Gefahr bestehen, daß die beiden Kupplungshälften nicht mehr exakt zueinander fluchten.

bei einer anderen bekannten Kupplung (DE-AS 14 50 160) ist deshalb versucht worden, das Problem dadurch zu lösen, daß mehrere QuerKeile als konische Bolzen ausgebildet sind. Diese Bauweise erfordert aber, wie aus der DE-AS hervorgeht, besondere Maßnahmen zur Befestigung der Kegelbolzen, um insbesondere zu

verhindern, daß durch die Keilwirkung der Kegelbolzen ein Auseinanderrücken der beiden Kupplungshälften vermieden wird, was die oben geschilderte Gefahr zur Folge hätte. Diese bekannte Bauweise ist somit für viele Anwendungsfälle zu aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebene Kupplung dahingehend zu verbessern, daß sie auch für einen häufigen Richtungswechsel des Drehmomentes geeignet ist. ohne daß ein nennenswerter Teil des Drehmomentes durch Reibschluß übertragen werden muß. ^

Diese Aufgabe wird durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Das Besondere an der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß der Querkeil (oder die Querkeile) beim Zusammenfügen der beiden Kupplungshälften mittels der Schrauben elastisch verformt und dadurch mit den Kupplungshälften verspannt wird (bzw. werden). Zugleich werden hierdurch die beiden Kuppiungshälfien in Umfangsrichtung miteinander verspannt. Mit anderen Worten: Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine Formschluß-Verbindung mit Vorspannung dar.

Die Vorteile dieser Lösung bestehen darin, daß sie unempfindlich ist gegen Drehschwingur.gen, daß bei der Herstellung der Nuten und Querkeile größere Maßtoleranzen zugelassen werden können, und daß aufgrund des bleibenden Formschlusses in beiden Drehrichtungen die von den Schrauben aufzubringende Zugkraft verhältnismäßig schwach bemessen werden kann. Zwar müssen die Schrauben die zum elastischen Verformen des Querkeiles (bzw. der Querkeile) erforderliche Kraft aufbringen. Dennoch kann die Anzahl der Schrauben verhältnismäßig klein sein, so daß die erfindungsgemäße Kupplung auch als Schnell-Lösekupplung geeignet ist. Sie kann daher bevorzugt als Verbindungselement zwischen Teilen einer schweren Gelenkwelle und/oder zwischen einer solchen Gelenkwelle und einer daran anschließenden An- oder Abtriebswelle verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es, die erfindungsgemäße Kupplung bei Gelenkwellen zu verwenden, die zum Antrieb von Schwermaschinen, z. B. von Walzwerken bestimmt sind. Dort kommt es darauf an, unter sehr beengten Platzverhältnissen besonders hohe Drehmomente bei starker. Stoßbeanspruchungen zu übertragen.

Zwar ist aus der schon genannten DE-AS 14 50 160 eine Kupplungs-Bauweise bekannt, bei der sich in jeder Kupplungshälfte die Breite der Nuten von der Stirnfläche zum Nutgrund hin verjüngt. Dort sind aber die Querkeile als Kegelbolzen ausgebildet, woraus die oben schon geschilderten Nachteile resultieren. Die Kegelbolzen weisen dort zwar auch eine sich über ihre gesamte Länge erstreckende Ausnehmung ajf. Diese dient dort aber nur zum Durchführen einer Befestigungsschraube. Der wesentliche Gedanke der vorliegenden Erfindung, an einem Querkeil mit gleichbleibendem Querschnitt mittels einer Ausnehmung elastisch verformbare Wände zu bilden, ist durch die DE-AS nicht nahegelegt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kupplung sind in den Unteransprüehen beschrieben.

Wenn bei Verwendung eines Querkeiles mit etwa sechseckiger Außenkontur (im Querschnitt gesehen) die Neigung der Seitenflächen der Nuten etwa 10 Grad beträgt, erleichtert dies das Lösen der Kupplungshälften. Dennoch bleibt Selbsthemmung vorhanden; d. h. die aus der Drehmomentübertragung resultierende Umfangskraft wird noch nicht in einen die Schraubenverbindung gefährdenden Axialschub umgesetzt.

Eine von der Bauweise gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 ϊ abweichende Lösung der gestellten Aufgabe ist im Anspruch 8 angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 einen Teillängsschnitt durch eine Kupplung ίο mit elastischem Querkeil nach Linie !-I der F i g. 2;

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles Il der Fig.l;

F i g. 3 bis 6 verschiedene andere Kupplungen mit elastischem Querkeil in Teilansicht entsprechend i"> Fig. 2;

F i g. 7 einen Teillängsschnitt durch eine Kupplung mit massivem Querkeil und elastischem Flansch;

Fig. 8 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles XI der Fig.7.

2" In den F i g. 1 und 2 sind die beiden Kupplungshälften einer Kupplung mit 20 und 2f bezeichnet. Diese weisen für z. B. vier verteilt angeordnete Querkeile 23 radial verlaufende Nuten 24 und 25 mit trapezförmigem Querschnitt auf, wobei der Neigungswinkel χ der y· Nut-Seitenflächen zwischen 5° und 10° beträgt. Die Querkeile haben dementsprechend im Querschnitt eine im wesentlichen sechseckige Außenkontur; außerdem weisen sie über ihre gesamte Länge je eine Ausnehmung 26 auf, so daß das verbleibende Material im Querschnitt in gesehen etwa U-förmig ist.

Beim Zusammenfügen der beiden Kupplungshälften 20 und 21 mit den Querkeilen 23 werden die Querkeile elastisch verformt, indem die Schenkel des U etwas nach innen gebogen werden. Dadurch ist zwischen den s". Kuppiungshälften ein mit Vorspannung gebildeter Formschluß hergestellt. Von den hierzu erforderlichen Schrauben ist in Fig. 2 eine dargestellt und mit 27 dargestellt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig.4 hat einen w Querkeil 43 mit einer sechseckigen Außenkontur und einer durchgehenden Bohrung 46 als Ausnehmung. Dadurch, daß dieser Querkeil 43 — wie derjenige der F i g. 1 und 2 — nicht am Nutgrund anliegt, sondern nur an den Nut-Seitenflächen, besteht hier die elastische j> Verformung nur zum Teil in einer Stauchung, zum anderen Teil dagegen in einem Verbiegen. Die Bauweise gemäß F i g. 3 unterscheidet sich von derjenigen nach F i g. 4 im wesentlichen nur dadurch, daß der Querkeil 53 durch eine sich entlang einer durch die Kupplungsdre-■ >» hachse verlaufenden Radialebene erstreckende Teilfuge in zwei Hälften geteilt ist. Dadurch kann das Herstellen der beiden Querkeilhälften, wie das Herstellen des Querkeiles gemäß Fig.l und 2, durch Strangpressen erfolgen.

■'> Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele haben gemeinsam, daß die Querkeile in beiden Drehrichtungen gleich hoch belastbar sind. Demgegenüber sind die Ausführungen gemäß den F i g. 5 und 6 dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Wandbereiche des w> Querkeiles, die an den in der bevorzugten Drehrichtung zur Drehmomentübertragung dienenden Seitenflächen 68, 69 bzw. 78, 79 der Nuten anliegen, durch eine, im Querschnitt gesehen, diagonal angeordnete Zwischenwand verbunden sind. Dies wird in F i g. 5 dadurch ■ erreicht, daß der Querkeil 63 zwei Ausnehmungen 66 und 67 aufweist, die derart angeordnet sind, daß ein etwa S-förmiger Querschnitt entstehl. Bei dem in F i g. 6 dargestellten Querkeil 73 sind statt dessen zwei

einander digaonal gegenüberliegende Bohrungen 76 und 77 vorgesehen. Die obenerwähnte diagonal angeordnete Zwischenwand ist in Fig. 5 mit 62 und in F i g. 6 mit 72 bezeichnet.

Wie schon erwähnt, kann ein elastisches Verformen der Querkeile, um die gewünschte Vorspannung zu erzielen, entweder durch Verbiegen eines Teiles des Querkeiles oder durch Stauchen des Querkeil-Querschnittes oder durch ein kombiniertes Anwenden beider Möglichkeiten erreicht werden. In der Regel wird man m diejenigen Ausführungsbeispiele vorziehen, bei denen die Vorspannung durch Verbiegen erzielt wird. Die hierbei erforderlichen Schraubenkräfte sind nämlich geringer, oder man kann die Wanddicke der Querkeile größer ausführen, so daß unter Last, d. h. beim ι > Übertragen vom Drehmoment, die spezifische Beanspruchung der Querkeile niedriger wird.

Die in den F i g. 7 und 8 dargestellte Kupplung ist ein grundsätzlich anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Kupplung hat zwei Kupplungshälften 90 und 91, je mit einem Flansch 90a, 91a und mit einer Nabe 90b, 9ib, ferner Querkeile 93, die aber nunmehr massiv sind. Dafür sind die Flansche 90a, 91a im allgemeinen verhältnismäßig dünn; nur um die Querkeile 93 herum sind Augen 90cund 91cgebildet, in denen sich Nuten 94, 95 für die Querkeile befinden. Damit sich die Flansche 90a und 91a beim Zusammenbauen der Kupplung elastisch verformen können, ist im Übergangsbereich zwischen Flansch und Nabe an jedem Auge 90c, 91c, eine Ausnehmung 96 vorgesehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kupplung zum starren Verbinden zweier gleichachsiger und zum Übertragen von Drehmoment geeigneter Maschinenteile, z. B. zweier Wellen, mit zwei Kupplungshälften, die mit Stirnflächen aneinander stoßen und durch Verbindungselemente miteinander verspannbar sind, und mit einem das Drehmoment von der einen zur anderen Kupplungshälfte übertragenden Querkeil, der in radial verlaufenden Nuten der beiden Kupplungshälften ruht, wobei der Querkeil und die Nuten über ihre Länge im wesentlichen gleichbleibende Querschnittsform aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Kupplungshälfte (20, 21) die Breite der Nuten (24, 25) sich von der Stirnfläche zum Nutgrund hin derart verjüngt, daß die Nuten (24,25) einen trapezförmigen Querschnitt haben und dementsprechend der Querkeil (23; 43; 53; 63; 73) im Querschnitt eine im wesentlichen sechseckige Außenkontur aufweist, wobei in dem Querkeil, der vor dem Einbau gegenüber den Nuten Übermaß aufweist, eine sich im wesentlichen über dessen gesamte Länge erstreckende Ausnehmung (26; 46; 66; 67; 76; 77) angeordnet ist, derart, daß die an den Seitenflächen der Nuten anliegenden Bereiche des Querkeiles von elastisch verformbaren Wänden gebildet werden.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen der Nuten (24, 25) gegen eine gedachte Längsmittelebene um einen 5 bis 10° betragenden Winkel ^geneigt sind.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (26) im Querkeil (23) derart angeordnet ist, daß das verbleibende Material im Querschnitt gesehen etwa U-förmig ist.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung durch eine sich durch den Querkeil (33, 43) erstreckende Bohrung (46) gebildet ist.

5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querkeil (53) durch eine sich entlang einer Radialebene erstreckende Teilfuge in zwei Hälften geteilt ist, so daß das verbleibende Material der beiden Hälften, im Querschnitt gesehen, etwa U-förmig ist.

6. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querkeil (63; 73) zwei Ausnehmungen (66, 67; 76, 77) aufweist, die derart angeordnet sind, daß diejenigen Wandbereiche des Querkeiles, die an den in der bevorzugten Drehrichtung zur Drehmomentübertragung dienenden Seitenflächen der Nuten anliegen, durch eine, im Querschnitt gesehen, diagonal angeordnete Zwischenwand (62,72) verbunden sind.

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere über den Umfang der Kupplur.gshälften verteilt angeordnete Querkeile vorgesehen sind.

8. Kupplung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Kupplungshälfte (90, 91) die Breite der Nuten (94, 95) sich von der Stirnfläche zum Nutgrund hin derart verjüngt, daß die Nuten einen trapezförmigen Querschnitt haben und dementsprechend der Querkeil (93) im Querschnitt eine im wesentlichen sechseckige Außenkontur aufweist, wobei der

Querkeil (93) vor dem Einbau gegenüber den Nuten (94, 95) Übermaß aufweist und wobei in wenigstens einer der beiden Kupplungshälften (90, 91) die die Nuten umfassenden Bereiche (90c, 9Ic^ des Kupplungsflansches (90a, 91 a) elastisch verformbar sind.