DE29600404U1 - Wellenkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine drehsteife und flexible Wellenkupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei der erfindungsgemäßen Wellenkupplung weist das System entweder an mindestens einer Welle einen Wellenflansch oder eine Nabe auf, welche drehsteif auf dem Wellenstumpf befestigt ist. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Wellenkupplung für beide Wellen je eine Nabe auf und wird anhand dieser Ausführungsform im einzelnen beschrieben. Die Drehsteifigkeit der erfindungsgemäßen Wellenkupplung ergibt sich durch die wechselseitige Verbindung der vorzugsweise erfindungsgemäß vorgesehenen Kupplungsringe oder -scheiben mit dem angetriebenen und dem treibenden Teil des Systems durch formschlüssige Anschlüsse, die in der Regel von einer Mehrzahl auf korrespondierenden Lochkreisen angeordneten achsialen Bolzen oder Schrauben gebildet werden. Andererseits können derartige Kupplungsringe oder scheiben wegen ihres elastischen Formänderungsvermögens flexibel einen Wellenversatz des Systems ausgleichen. Der Wellenversatz kann winklig, radial oder achsial existieren, wobei allerdings diese drei Versatzarten in der Praxis zumeist gleichzeitig auftreten.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Wellenkupplungen des vorstehend beschriebenen allgemeinen Aufbaus, bei denen jedoch ein Mittelstück zwischen den Flanschen oder Naben der gekuppelten Wellen verwendet wird, das an jeder Seite ein Lamellenpaket zur Verbindung mit einer der Wellen des Systems aufweist. Solche Kupplungen sind deswegen doppelt flexibel und weisen deswegen ein entsprechend vergrößertes Ausgleichsvermö-

gen des Wellenversatzes auf. Anhand solcher Wellenkupplungen wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert.

Bei den beschriebenen Systemen löst der Wellenversatz in der Kupplung während des Betriebes Versatzkräfte aus. Sofern die von diesen Kräften ausgelösten Bewegungen in der Kupplung langsam ablaufen, sollte die Kupplung möglichst geringe Versatzkräfte aufzunehmen haben. Die Versatzkräfte lösen nämlich Schwingungen aus, die bei langsam umlaufenden Wellen eine niedrigere Frequenz aufweisen als das bei schnell laufenden Wellen der Fall ist. Dabei muß man allerdings davon ausgehen, daß die meisten Systeme ein verhältnismäßig breites Spektrum von Schwingungen auslösen, insbesondere dann, wenn die Umgebung des Systems, wie z. B. bei Schiffswellen der Schiffskörper seinerseits zu angeregten Schwingungen neigt. Mit derartigen Frequenzen geht ein entsprechender Verschleiß einher. Deshalb werden solche Wellenkupplungen häufig gedämpft.

Die Dämpfung bekannter Art beruhen in der Regel auf der Erzeugung mechanischer Reibung, welche die Schwingungen unmittelbar in Wärme umsetzt und dadurch vernichtet. Andere Dämpfungen beruhen auf pneumodynamisehen oder hydrodynamischen Strömungswiderständeri. Solche Dämpfungsarten lassen sich während des Betriebes des Systems jedoch kaum beeinflussen. Bei derartigen pneumatischen oder hydraulischen Strömungsmedien in den betreffenden Dämpfungseinrichtungen kommt hinzu, daß diese Medien mit zunehmender Temperatur und/oder Gebrauchsdauer ihre Viskositäten und damit ungewollt ihre Dämpfungswirkung verändern.

Bei allen Dämpfungsmedien ergibt sich jedoch außerdem ein Verschleiß, der an einzelnen Bauteilen auftritt, die in die Dämpfung einbezogen sind. Das gilt bei me-

chanischen Dämpfungseinrichtungen, &zgr;. B. für die Reibungswerkstoffe, mit denen die kinetische Energie in Wärme umgesetzt wird. Dann müssen Dämpfungsteile, die in Reibungskontakt miteinander stehen, ausgewechselt werden. Bei den gas- oder flüssigkeitsgedämpften Dämpfungssystemen verschleißen die Dichtungen, welche an den Elementen der zur Strömungsführung zwischen statischen und dynamischen Bauteilen der Dämpfungseinrichtung systembedingt vorhanden sein müssen.

Die Erfindung geht dem gegenüber einen anderen Weg, dessen Grundgedanke im Anspruch 1 wiedergegeben ist. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Dadurch, daß erfindungsgemäß zur Dämpfung der störendem Schwingungen der frei schwingenden Masse des Systems, die von einer Welle und ggf. der damit gekuppelten Baugruppen erzeugt wird, eine magnetische Wirbelstrombremse verwendet wird, erreicht man einerseits, daß bei langsamen Bewegungsvorgängen der frei schwingenden Masse die Dämpfungswirkung klein oder ganz vernachlässigbar ist, dagegen bei schnellen Bewegungsvorgangen und hochfrequenten Schwingungen der Masse die Dämpfungswirkung einsetzt und progressiv mit höheren Frequenzen zunimmt, wobei sie auf ein Maximum ansteigt, wenn die Kupplung die höchste Geschwindigkeit im Bewegungsvorgang als auch die höchste Schwingungsfrequenz erreicht hat. Insbesondere gelingt es der Erfindung, Resonanzschwingungen zu vermeiden oder zu unterdrücken, die bislang die größten Probleme hervorgerufen haben. Dadurch, daß diese Dämpfung in die Kupplung selbst eingebaut ist, werden die Schwingungen bereits im Entstehen auf die beschriebene Weise progressiv gedämpft, wobei die WirbelStromtechnik die Möglichkeit eröffnet,

die Schwingungsdämpfung mit Bauteilen herbeizuführen, die praktisch wartungsfrei sind.

Vorzugsweise wird man deshalb die Merkmale des Anspruches 2 verwirklichen, weil das an sich durch die gegenseitige Beweglichkeit der Bremshälften der Wirbelstrombremse erforderliche Bewegungsspiel dadurch sichergestellt wird, daß der Luftspalt für dieses Bewegungsspiel der Amplitude des maximalen mechanischen Wellenversatzes entspricht. Hierdurch wird erreicht, daß die beiden Bremshälften in der Kupplung nicht zur gegenseitigen Berührung und damit zum gegenseitigen Verschleiß gelangen können.

Ferner erweist es sich als zweckmäßig, die Merkmale des Anspruches 3 zu verwirklichen. Hierbei benutzt man im Gegensatz zu den meisten bekannten Wirbelstrombremsen keine Elektromagneten, sondern eine permanentmagnet!- sehe Bremshälfte, was einerseits den Aufwand für die Kupplungsdämpfung wesentlich senkt und andererseits den Energieverbrauch für Elektromagneten vermeidet.

Im Interesse einer der eingangs beschriebenen Kupplungsbauart angepaßten Wirbelstrombremse sind die Merkmale des Anspruches 4 vorteilhaft. Dadurch, daß hierbei beide Bremshälften konzentrisch zur Wellenachse angeordnet sind, läßt sich der an sich beschränkte Raum innerhalb der Kupplung für die erfindungsgemäße Dämpfung verwenden.

Dieser Gedanke kann in weiterer Verbesserung gemäß den Merkmalen des Anspruches 5 dadurch verwirklicht werden, daß man die Wirbelstrombremse mit einer hohlzylindrischen, elektrischen Hälfte ausführt, wobei die magnetische Bremshälfte aus einem oder mehreren Ringen be-

steht, zwischen denen sich die aus leitendem Werkstoff bestehende elektrische Hälfte dreht.

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der schematischen Darstellung einer doppel flexiblen Wellenkupplung 1 in der Zeichnung. Die Kupplungsnabe 2 ist mit ihrem Nabenzylinder 3 drehfest auf einer nicht dargestellten Welle befestigt. Ein Lamellenpaket 4 ist wechselseitig mit dem Flansch 5 der Nabe 2 und einem Gegenflansch 6 eines Mittelstückes 7 formschlüssig verbunden. Eine zweite Kupplungsnabe 17 sitzt mit ihrem Nabenzylinder 8 ihrerseits drehfest auf der zweiten mit der ersten Welle gekuppelten Welle. Der Nabenflansch 9 ist mit dem Gegenflansch 10 des Mittelstückes 7 über ein weiteres Lamellenpaket 11 wechselseitig formschlüssig verbunden. Die beiden Lamellenpakete 4 und 11 gleichen beim Umlauf der Wellen einen winkligen, radialen und achsialen Wellenversatz aus.

Zwischen den Nabenflanschen 9 und dem Gegenflansch 10 ist zum Ausgleich störender Schwingungen eine Wirbelstrombremse 14 eingebaut. Sie besteht aus zwei permanentmagnetischen konzentrischen Ringen 15, 16 und einem Hohlzylinder 18 aus elektrisch leitendem Material, z. B. aus Kupfer. Der aus Metall bestehende Wellenflansch 9 kann ein Joch 19 für beide Magnetringe 15, 16 bilden, wodurch die Magnete 15 und 16 ungleichnamig werden. Diese Teile bilden die magnetische Bremshälfte 20 einer Wirbelstrombremse, dessen elektrische Hälfte 21 von dem Hohlzylinder 18 gebildet wird, der in den Luftspalt 22 der magnetischen Hälfte eingreift.

Geht man davon aus, daß die mit der Nabe 2 verbundene Welle unter bestimmten Voraussetzungen als Schwingungserreger wirkt, so werden deren Schwingbewegungen in-

folge der Lamellenpakete 4 und 11 gedämpft, da das Mittelstück 7 eine freischwingende Masse darstellt. Wird ferner angenommen, daß die Amplituden der Schwingung im wesentlichen längs des eingetragenen Doppelpfleils verlaufen, so ergibt sich eine Relativbewegung in Amplitudenrichtung zwischen der magnetischen Bremshälfte 20 und der elektrischen Bremshälfte 21 der Wirbelstrombremse 14. Diese Schwingungen werden mit Hilfe der Wii"-belstrombremse 14 derart gedämpft, daß keine oder vernachlässigbare Schwingungen an der mit der Kupplungsnabe 17 verbundenen Welle auftreten.

Solange die Frequenzen der im Mittelstück 7 auftretenden Schwingungen gering sind, erzeugt die Bewegung der elektrischen Bremshälfte 21 im Luftspalt 22 der magnetischen Bremshälfte 20 langsame Bewegungen und die Wirbelströme, die dadurch in der elektrischen Bremshälfte entstehen und die magnetische Bremshälfte 20 mitzunehmen suchen, bleiben gering. Kommt es jedoch zu höher frequenten Schwingungen, werden auch diese Mitnahmekräfte größer und steigen weiter an, wenn es zu Resonanzeffekten kommt. Infolgedessen treten in der Wirbelstrombremse 21 Kräfte auf, welche den Schwingungen des Mittelstückes 7 entgegengesetzt sind und um so stärker ausfallen, je höher die Schwingungsfrequenzen sind. Dadurch werden die Schwingungen progressiv gedämpft.

Der Luftspalt 22, welcher das Bewegungsspiel des Hohlzylinders 18 in den Dauermagneten 15, 16 herbeiführt, läßt sich so wählen, daß er über das Bewegungsspiel hinaus der Amplitude des maximalen, mechanischen Wellenversatzes entspricht, sodaß es zu keiner Berührung zwischen dem Hohlzylinder und den Magneten 15 und 16 kommen kann. Dadurch wird mechanischer Verschleiß von der Wirbelstrombremse 21 ferngehalten.

Da die beiden Bremshälften 20 und 21 konzentrisch zur Wellen- bzw. Kupplungsachse 23 angeordnet sind, läßt sich die Wirbelstrombremse 21 zwischen einem scheibenförmigen Boden 24 und dem Kupplungsflansch 9 der frei schwingenden Masse des Systems unterbringen. Das geschieht dadurch, daß die elektrisch leitende Hälfte 2Jl₁ der Wirbelstrombremse 14 einen achsialen Hohlzylinder bildet, der in den zylindrischen Luftspalt zwischen den magnetischen Ringen 15, 16 ragt. Die magnetischen Rincje 15, 16 und der Hohlzylinder 18 liegen im Spalt zwischen den Flanschen 9, 10 und unter dem Lamellenpaket 11, das welchselseitig mit dem Mittelstück 7 und der freischwingenden Masse an der Nabe 17 verbunden ist. Dort sind sie konzentrisch innen angeordnet.

Wenn man wie oben angedeutet die beiden permanentmagnetischen Ringe 15, 16 durch ein Joch 19 magnetisch miteinander verbindet ergibt sich ein U-förmiger Luftspalt, der innen von der Ringfläche 24 des Joches begrenzt ist.

Durch die beschriebene Kupplung werden die erregenden Schwingungen an der Kupplungsnabe 2, die die Schwingungen des Mittelstückes 7 auslösen gedämpft. Die Schwingungen des Mittelstückes 7 werden mit der Wirbelstrombremse 14 letztlich in Wärme umgesetzt, so daß an dem Kupplungsflansch 17 auch bei hohen Schwingungsfrequenzen keine bzw. vernachlässigbare Schwingungen entstehen können.

Claims (8)

Ansprüche

1. Wellenkupplung (1), welche zwei gekuppelte Wellen eines Systems über je eine Nabe (2, 17) oder je einen Wellenflansch drehsteif und vorzugsweise über wechselseitig mit den Naben (2, 17) verbundene Ringe oder Scheiben, die insbesondere zu einem oder mehreren an den Flanschen (6, 10) eines Mittelstükkes angeordneten Lamellenpaketen (4, 11) zusammengefaßt sind, flexibel miteinander verbindet, gekennzeichnet durch die progressive Dämpfung der störenden Schwingungen der angetriebenen, freischwingenden Masse des Systems in der Wellenkupplung (1) mit Hilfe einer magnetischen Wirbelstrombremse (14) .

2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelstrombremse (14) je eine Bremshälfte (20, 21) aufweist und der Luftspalt (22) zwischen den Bremshälften (20, 21) der Amplitude des maximalen mechanischen Wellenversatzes entspricht.

3. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelstrombremse (14) eine permanente magnetische Bremshälfte (20) aufweist.

4. Wellenkupplung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Bremshälften (20, 21) konzentrisch zur Wellenachse (23) angeordnet sind.

5. Wellenkupplung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Hälfte (21) der Wirbelstrombremse
(14) einen achsialen Hohlzylinder bildet und die magnetische Bremshälfte (20) konzentrische
Ringe (15, 16) aufweist, wobei der Hohlzylinder der elektrischen Bremshälfte (18) in einem Luftspalt
(22) zwischen den konzentrischen Ringen (15, 16)
ragt.

6. Wellenkupplung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelstrombremse (21) in einem der Kupplungsringe, über einer der Kupplungsscheiben oder einem der Lamellenpakete (11) konzentrisch angeordnet ist.

7. Wellenkupplung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die permanent magnetischen Ringe (15, 16) der magnetischen
Kupplungshälfte (20) mit einem magnetischen
Joch (19) verbunden sind, wobei der Luftspalt (22)
von den Innenzylinderflachen der permanent magnetischen Ringe (15, 16) und der Ringfläche (24) des
Joches (19) begrenzt ist.

8. Wellenkupplung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelstrombremse (14) konzentrisch in dem Lamellenpaket
(11) angeordnet ist, welches die Welle der freischwingenden Masse mit dem Kupplungsmittelstück (7) verbindet.