DE2934346A1

DE2934346A1 - Doppelgelenkkupplung

Info

Publication number: DE2934346A1
Application number: DE19792934346
Authority: DE
Inventors: Hans Sigg
Original assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Current assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Priority date: 1979-02-16
Filing date: 1979-08-24
Publication date: 1980-08-21
Also published as: GB2043207A; FR2449231A1; CH634133A5; GB2043207B; SE8001102L; IT1130005B; DE2934346C2; CA1125044A; IT8019688A0; JPS55112423A; NL8000649A

Description

PATENTANWÄLTE

rUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ

•ROPESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE MANDATAIRES AGREES PKES L'oFFICE EUROPEEN DES BkBVITS

1A-51 946

DR.-ING. PRANZ WUESTHOFP

ΓΚ. PHIL. PKEDA VUESTHOFP

DIPL.-ING. GERHARD PULS (195Ϊ-Ι971) DIPL.-CHEM. DK. E. FREIHERR VON PECHMANN DK.-INC. DIETEX BEHRENS DIPL.-ING.; DIPL-VIKTSCh₁-INCRUPERT COETZ

D-8000 MÜNCHEN'90 SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 66 20 Ji tblegxaum: protectpatent telex: 524070

Patentanmeldung

Anmelderin: Maag-Zahnräder & -Maschinen Aktiengesellschaft Hardstraße 219, Zürich, Schweiz

Titel:

Doppelgelenkkupplung

O 3 O O 3 A / C -'. I

7934346

Beschreibung

Doppelgelenkkupplung

Die Erfindung betrifft eine Doppelgelenkkupplung mit zwei Kupplungsnaben, einer diese verbindenden Kupplungsmuffe und gleichmässig über deren Umfang verteilten Drehmoment übertragenden Uebertragungselementen.

Zum Uebertragen grosser Leistungen zwischen schnelllaufenden Wellen ist es oft erforderlich, zwei Wellenenden mit einer Kupplung von gedrängter Bauweise biegeelastisch zu verbinden und zugleich dafür zu sorgen, dass ein Axialschub, wie er beispielsweise beim Ein- oder Ausschalten einer Antriebsmaschine auftreten kann, nicht zur Zerstörung der Kupplung führt.

0 3 C G 3 U I 0 h S ■*'

Au:: der I)I¹I-Al' D (\ 7^r>^r r;i;ii Mopp. · I r.'¹1 '-rikkuppl tiri/'.rii H-T oben ber.chriobenen Gattung bekannt, die als drehstarre Doppelzahnkupplungen mit einer innenverzahnten Kupplungsmuffe und zwei aussenverzahnten Kupplungsnaben ausgebildet sind. Bei einer Ausführungsform einer solchen bekannten Kupplung sind anstelle einzelner Zähne zwischen den Kupplungsnaben und der Kupplungsmuffe in radialer Richtung elastisch ausgebildete Eingriffselemente angeordnet, die unter Vorspannung stehen und die Kupplungsmuffe gegenüber den Kupplungsnaben zentrieren. Bei einer anderen Ausführungsform ergibt sich die Zentrierung der Kupplungsmuffe gegenüber den Kupplungsnaben dadurch, dass einzelne an den Kupplungsnaben ausgebildete Zähne gegenüber der zugehörigen Verzahnung der Kupplungsmuffe Uebermass aufweisen und die Kupplungsmuffe elastisch aufweitbar ist. In beiden Fällen lässt sich die Kupplungsmuffe zwar durch ihre radiale Vorspannung gegenüber den Kupplungsnaben zentrieren; ein störungsfreier Betrieb lässt sich aber nur dann über längere Zeit aufrechterhalten, wenn diese Kupplungen nicht mit nennenswerten Axialkräften belastet werden. Grössere Axialkräfte und die durch sie bei AchsVersetzung der beiden miteinander gekuppelten Wellen hervorgerufenen Momente führen indessen rasch zur Zerstörung der bekannten gattungsgemässen Kupplungen. Es ist infolgedessen unumgänglich, eine solche bekannte Kupplung durch beidseits von ihr angeordnete Axialdrucklager von jeglicher nennenswerten Axialkraft zu entlasten.

Jede Lagerung bedeutet indessen bei Uebertragung grosser Leistungen mit hohen Drehzahlen einen Wirkungsgradverlust, weshalb die Zahl der Lagerungen so gering wie möglich gehalten werden sollte.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplung der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, die bei der Uebertragung grosser Drehmomente zwischen schnelllaufenden Wellen relativ grosse Parallelverschiebungen und .

030034/049 -t ./.

Ar^-Ii.".Vf'tv.rl '".iiti/7'ii γ!ι··:·.ιμ W 1 W n in Iu¹IMIf* .'lufiMnriini'T "υ— lässt und weitgehend unempfindlich genen Axialkräfte ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die beiden Kupplungsnaben zusätzlich über einen innerhalb der « Kupplungsmuffe angeordneten Biegestab miteinander verbunden sind.

Der Biegestab ist einerseits so drehnachgiebig, dass das gesamte Drehmoment über die Uebertragungselemente und die Kupplungsmuffe von einer Kupplungsnabe auf die andere übertragen wird; andererseits ist der Biegestab hinreichend knicksteif, um Axialschübe aufnehmen zu können. Solche Axialschübe können beispielsweise durch eine Antriebsmaschine oder durch eine angetriebene Maschine periodisch und/oder stossweise erzeugt werden.

Die erfindungsgemässe Doppelgelenkkupplung ist vorallem zur Uebertragung von Leistungen über 10 000 kW vorgesehen. In Maschinensätzen mit einer Leistung dieser Grössenordnung ist es möglich, dass eine Maschine einen Axialschub von beispielsweise 10 000 kp in einer Richtung und eine andere Maschine einen Axialschub von 15 000 kp in der entgegengesetzten Richtung erzeugt. Die erfindungsgemässe Kupplung ist imstande, diese Axialschübe aufzunehmen, so dass nur noch ein einziges Axialdrucklager erforderlich ist, das den resultierenden Axialschub von im angegebenen Beispiel 5 000 kp aufzunehmen hat. Dadurch lässt sich der Gesamtwirkungsgrad des Maschinensatzes im Vergleich mit bekannten Kupplungs- und Lageranordnungen unter sonst gleichen Bedingungen erheblich steigern.

Je nach der gewünschten Axialsteifigkeit kann der Biegestab biegefest und/oder auch drehfest mit den Kupplungsnaben verbunden sein.

030034/049 0

BAD ORIGINAL

.lc Mfi(*li (Irr /V'WÜnr.ctilcii Tor:; i (>ri:;::l.ri i"i/',Uri ·. können 'lic 'Ims Drehmoment übertragenden Eingriffselemente als Membranbiecestäbe, Lumellen, Hülsen, Verzahnungen oder dergleichen ausgeführt sein.

Durch eine unmittelbare Befestigung des Biegestabes an den beiden Kupplungsnaben ergibt sich die Möglichkeit, die erfindungsgemässe Doppelgelenkkupplung insgesamt, also ohne sie zu zerlegen, zwischen den miteinander zu kuppelnden Wellenenden ein- und auszubauen .

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig.l den Axialschnitt einer ersten Doppelgelenkkupplung in Normalstellung;

Fig.la den vergrösserten Teilschnitt A-A in Fig.l; Fig.2 den Axialschnitt der Kupplung gemäss Fig.l bei

stark übertriebener Auslenkung; Fig.3 den Axialschnitt einer zweiten Doppelgelenkkupplung

in Normalstellung; und
Fig.h den Axialschnitt der Kupplung gemäss Fig.3 bei stark übertriebener Auslenkung.

Die beiden Doppelgelenkkupplungen gemäss Fig.l, la und 2 einerseits sowie gemäss Fig.3 und k andererseits werden im folgenden, soweit sie miteinander übereinstimmen, zunächst gemeinsam beschrieben. In beiden Fällen verbindet die Doppelgelenkkupplung zwei Wellenenden 10 und 12 miteinander, deren Achsen normalerweise miteinander fluchten, aber auch gegeneinander geneigt oder, wie in Fig.2 und it stark übertrieben dargestellt, parallelversetzt sein können. Beide Wellenenden 10 und 12 haben je einen Flansch lit für die Doppelgelenkkupplung. Das rechts von der Doppelgelenkkupplung angeordnete Wellenende 12 ist gemäss Fig.l in einem Lager l6 gelagert.

030034/049 3

BAD ORIGINAL

.lfdi· dor i)ri.r7*i-;ii.r M Ι'.ι·!ΐ I>npp>» 1 !',<■ li-nkUuppl iiri/yn IwI. ni·; il.-iuplbestandteile zwei Kupplungsnaben 18, eine Kupplungsmuffe 20 und einen Biegestab 22.

An jeder Kupplungsnabe 18 ist ein radial äusserer Flansch 2U ausgebildet, der mit dem Flansch l^t am benachbarten Wellenende 10 bzw 12 verschraubt ist. Ausserdem ist an jeder Kupplungsnabe 18 ein radial innerer Flansch 26 ausgebildet, der mit einem Flansch 28 am benachbarten Ende des Biegestabes 22 verschraubt ist. Der Biegestab ist in den Flanschen 26 der beiden Kupplungsnaben 18 zentriert und erstreckt sich im übrigen mit radialem Zwischenraum durch die Kupplungsnaben 18 und die Kupplungsmuffe 20 hindurch.

Jede der beiden Kupplungsnaben 18 hat eine Verzahnung 30, die gemäss Fig.I₁ la und 2 als Aussenverzahnung, gemäss Fig.3 und h dagegen als Innenverzahnung ausgebildet ist. Den Verzahnungen 30 der Kupplungsnaben 18 ist je eine Verzahnung 32. an der Kupplungsmuffe 20 zugeordnet, die gemäss Fig.l, la und 2 als Innenverzahnung, gemäss Fig.3 und h dagegen als Aussenverzahnung ausgebildet ist.

Da nun aber das von der Doppelgelenkkupplung zu übertragende Drehmoment ausschliesslich von den Kupplungsnaben, den sie verbindenden Kupplungsmuffen und den zwischen beiden angeordneten Uebertragungselementen übernommen wird, erfüllen diese Verzahnungen 30 und 32 bei den beiden Ausführungsbeispielen ganz verschiedene Funktionen.

Bei der erstgenannten Ausführungsform haben die Verzahnungen 30 und 32, wie vorallem aus Fig.la ersichtlich ist, in bezug auf einander ein erhebliches Spiel in radialer Richtung und auch ein gewisses Spiel in Umfangsrichtung. Das bedeutet, dass sie im Normalbetrieb an der Uebertragung der Drehmomente, ganz im Gegen-

030 034/04 9^ ·/·

BAD ORIGINAL

·.::>[.:: /.um '.'.Wi- i t.cii Λιΐί'.ΓϋΙΐΓΐιιΐίΐίϊΙιΐ'ί r:j· ΐ el , nictil tu·!.'· i I i fl, iiitnl. Die beidon Kupplijrin!5nabcn lO weinen im err.len Auaführunßobeispicl - Fig.l und Fig.2 - membranartig angeordnete Biegestäbe 3^ auf, deren radial äussere Enden zwischen einem der betreffenden Kupplungsnabe 18 zugeordneten Endstück 36 der Kupplungsmuffe 20 und einem damit verschraubten Schutzring 38 eingespannt sind. Die Membranbiegestäbe sind sehr elastisch, sodass ein Achsversatz der beiden Wellenenden 10 und 12 durchaus von diesen Stäben aufgenommen werden kann.

Bei der Ausführungsform gemäss der Fig.3 und Fig.h wird ein solcher Achsversatz durch die Balligkeit der Verzahnungen 32 aufgefangen.

Im Havariefall - das heisst bei einer Ueberschreitung des zulässigen Drehmomentes - wurden bei der Ausführungsform gemäss den Figuren 1 und 2 die Membranbiegestäbe 3.U brechen. Somit würden die Verzahnungen 30 und 32 der Fig. la zum Einsatz kommen, die in einem solchen Fall ein Stillsetzen des Maschinensatzes erlauben. Bei gleichem Havariefall bei der Ausführungsform gemäss den Figuren 3 und h wurden lediglich ein oder mehrere Zähne der Verzahnungen 30 und 32 Defekte aufweisen.

Der Biegestab 22 ist so schlank und entsprechend weich, dass er sich an der Drehmomentübertragung nicht beteiligt; er ist jedoch hinreichend knicksteif, um alle vorkommenden Axialkräfte unmittelbar von einer Kupplungsnabe 18 auf die andere zu übertragen, und zwar auch dann noch, wenn die beiden Wellenenden 10 und 12 gemäss Fig.2 oder k gegeneinander parallelversetzt sind. Für den Fall, dass der Biegestab 22 brechen sollte, ist bei der Ausführungsform gemäss Fig.2 und 2 an der Innenseite jedes Endstücks 36 der Kupplungsmuffe 20 ein ringförmiger Anschlag Uo ausgebildet, der in einen Zwischenraum zwischen der Verzahnung 30 der zugehörigen Kupplungsnabe 18 und einem an dieser befestigten, ebenfalls ringförmigen Gegenanschlag k2 eingreift.

030034/049Ii ,

BAD ORIGINAL

Bp j rnnrm Bruch tie:. 'M o^er.tri.bon ί}Ρ Ιό^γιμΓ/.οπ diVr-r An:;ch I ;I/'.c JiC) und Gegenanschläge h2 samt dem ringförmig ausgebildeten Ende der zugehörigen Verzahnungen 30 die axiale Relativverschiebung der beiden Wellenenden 10 und 12, sodass die Doppelgelenkkupplung, ohne zusätzliche Beschädigungen zu erleiden, weiterlaufen ka'nn, bis der Maschinensatz, zu dem die Wellenenden 10 und 12 gehören, abgeschaltet und stillgesetzt ist. Bei der Ausführungsform gemäss der. Figuren 3 und h würden im Fall eines Bruches des Biegestabes 22 die Verzahnungen 30 und 32 die Funktion der Anschläge ko übernehmen und die Gegenanschläge U2 einerseits oder die Kupplungsnaben andererseits die axiale Relativverschiebung der beiden Wellenenden 10 und 12 verhindern.

Die ringförmig ausgebildeten Anschläge Uo (Fig.l, Fig.2) und die entsprechenden Gegenanschläge U2, bzw. das Ende der gegen die Anschläge ^O ragenden Verzahnung 32 ist mit einer konvexen Stirnfläche versehen. Aus Massstabsgründen ist dies aus den Figuren nicht ersichtlich.

Genau funktionsgleich ist beim zweiten Ausführungsbeispiel (Fig.3, Fig.l+) am gegen die Gegenanschläge H2 gerichteten Ende der Verzahnung 32 eine konvexe Stirnfläche vorgesehen.

Bei der Ausführungsform gemäss Fig.l, la und 2 sind die beiden Endstücke 36 der Kupplungsmuffe 20 durch ein rohrförmiges Mittelstück kk miteinander verbunden; die Kupplungsmuffe 20 ist hier also dreiteilig oder, wenn man die Schutzringe 38 dazurechnet, fünfteilig.

Bei der Ausführungsform gemäss Fig.3 und k ist die Kupplungsmuffe 20 dagegen einteilig, jedoch ist an ihren beiden Enden je ein innerhalb ihrer Verzahnungen 32 ausgesparter Schmiermittelraum k6 vorgesehen. Von diesem aus lassen sich die Verzahnungen über eine Art Spritzdüsen, die

030034/0498

BAD ORIGINAL

ο. us k 1 ·μ urn Ηοίΐι·ηΐι,·-·.τι im '-';ilinru:;:! der Vor/.ahtiiiii/ieii bor. U:lif»i, direkt mit Schmiermittel beaufschlagen. Die Verzahnungen sind ballig und fü^on sich mit radialer Vorspannung in die Verzahnungen 30 der Kupplungsnaben 18 ein, so dass hier für eine Zentrierung der beiden Enden der Kupplungsmuffe 20 in bezug auf die Kupplungsnaben 18 gesorgt ist.

030034/0431

BAD ORIGINAL

Claims

-S-

1. Doppelgelenkkupplung mit zwei Kupplungsnaben, einer diese verbindenden Kupplungsmuffe und gleiehmässig über deren Umfang verteilten, Drehmoment übertragenden Uebertragungselementen, dadurch gekennzeichnet , dass innerhalb der Kupplungsmuffe ein Biegestab (22) angeordnet ist, der mit den beiden Kupplungsnaben (lö) verbunden ist.

2. Doppelgelenkkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Biegestab (22) mit beiden Kupplungsnaben (l8) biegefest verbunden ist.

3. Doppelgelenkkupplung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass der Biegestab (22) mit beiden Kupplungsnaben (18) auch drehfest verbunden ist.

h. Doppelgelenkkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass der Biegestab (22) mit den Kupplungsnaben (l8) über Flansche (26,28) verschraubt ist.

5. Doppelgelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet , dass die Uebertragungselemente Membranen oder Membranbiegestäbe (3*+) sind.

6. Doppelgelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis h, bei der die Uebertragungselemente Verzahnungen sind, dadurch gekennzeichnet , dass die Kupplungsmuffe (20) aussenverzahnt ist und die Kupplungsnaben (l8) innenverzahnt sind.

T. Doppelgelenkkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Kupplungsnaben und die Kupplungsmuffe zusammenwirkende ringförmige Anschläge aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (Uo,U2) konvexe Stirnflächen aufweisen.

0 3 0 0 3 4 / 0 4 i>.,

l6. Februar 1979
Hkl/dk

ORIGINAL INSPECTED