DE29920356U1 - Kupplungsanordnung - Google Patents

Description

73 486 Kupplungsanordnung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Kupplungsanordnungen der hier interessierenden Art kommen vornehmlich in dieselmotorischen Anlagen von Schiffen zum Einsatz, bei denen Schwingungen zwischen den zu verbindenden Antriebsteilen zur Vermeidung von ungünstigen Eigenfrequenzen entkoppelt werden müssen. Darüber hinaus ist eine gattungsgemäße Kupplungsanordnung auch in der Lage, axiale, radiale, sowie winklige Verlagerungen der zu verbindenden Wellenenden in vorgegebenen Toleranzen auszugleichen. Solche Verlagerungen entstehen beispielsweise dann, wenn ein starr mit dem Boden verbundenes Getriebe eines Schiffsantriebes mit einem elastisch mit dem Boden in Kontakt stehenden Dieselmotor gekoppelt werden soll. Die elastische Aufhängung des Dieselmotors vermeidet dabei eine Verbreitung von störendem Körperschall über den Boden, führt jedoch zu den vorstehend genannten Relativbewegungen zwischen den zu verbindenden Wellenenden, welche durch die Kupplungsanordnung auszugleichen sind.

Zu diesem Zweck wird eine bekannte Kupplungsanordnung (Prospekt "Spiroflex KS" der Firma Lohmann + Stolterfoht GmbH, RDE 75 425, 05/97) verwendet. Die gattungsgemäße Kupplungsanordnung besteht im wesentlichen aus zwei konzentrisch zur Kupplungsachse angeordneten ringförmigen Kupplungshälften, die von einem Elastomerkörper getrennt, je einem Wellenende zugeordnet sind. Der Elastomerkörper ist ringförmig aus mehreren Segmenten zusammengesetzt. Am Elastomerkörper ist innenradial sowie außenradial ein eine Ringform ergebendes Metallteil anvulkanisiert. Die Formgebung der Vulkanisationsflächen an den Metallteilen und Segmenten sowie die Formgebung der Konturen des Elastomerkörpers gewährleisten eine gleichmäßige niedrige Spannungs- und Dehnungsverteilung sowie geringe Verformungsenergiedichten an den Segmentierungsflächen, so daß die Randzone der

Gummi-Metall-Bindung extremen Belastungen standhält und eine hohe dynamische Sicherheit gewährleistet. Die innenradialen sowie außenradialen Metallteile dienen der Verbindung mit je einer Kupplungshälfte. Bei dieser Anordnung entfaltet der Elastomerkörper seine federnde Eigenschaft bei Schubbeanspruchung. Bei Druckbeanspruchung verhält er sich relativ starr. Daher ist eine Kupplungsanordnung der vorstehend beschriebenen Art zwar zum begrenzten Ausgleich von winkligen und axialen Verlagerungen der zu verbindenden Wellenenden geeignet; ein Radialversatz von Wellen sowie größere axiale Verlagerungen vermag die Kupplungsanordnung aber wegen der hierbei konstruktionsbedingten
Druck-ZZugbeanspruchungseigenschaften der Elastomerkörper kaum auszugleichen.

In bestimmten Einsatzfällen innerhalb einer aus einem Dieselmotor und einem Getriebe bestehenden Antriebsanordnung eines Schiffes ist jedoch eine größere Ausgleichsfähigkeit, insbesondere hinsichtlich extremer axialer und radialer Verlagerungen der Wellenenden erforderlich. Die Verbindung einer elastisch aufgestellten Antriebskomponente, beispielsweise eines Dieselmotors, mit einer starr aufgestellten benachbarten Antriebskomponente, beispielsweise eines Getriebes, erfordert wegen auch vom Seegang hervorgerufenen Massenkräften, die auch durch Rückwirkung seitens der Schiffsschraube vergrößert werden, den Einsatz einer hoch verlagerungsfähigen elastischen Kupplungsanordnung. Hinzu kommt noch, daß diese Kupplungsanordnung auch eine wirksame Körperschalldämmung aufweisen muß, damit die durch die elastische Aufstellung der Antriebskomponenten bewirkte Reduzierung von Körperschallemission nicht wieder durch eine Körperschallübertragung über den Antriebsstrang zunichte gemacht wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungsanordnung zu schaffen, die bei günstigen Kraftübertragungseigenschaften insbesondere eine extreme Verlagerung der zu verbindenden Wellenenden in Axial- sowie Radialrichtung gewährleistet.

Die Aufgabe wird ausgehend von einer Kupplungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungsformen der Erfindung geben die nachfolgenden, vom Anspruch 1 abhängigen Ansprüche an.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, daß eine Kupplungshälfte einer ersten Kupplungseinheit, die aus mindestens zwei konzentrisch zur Kupplungsachse angeordneten ringförmigen Kupplungshälften unterschiedlichen Durchmessers mit dazwischenliegendem Elastomerkörper besteht, über ein Distanzelement mit einer weiteren Kupplungseinheit gekoppelt ist. Diese weitere Kupplungseinheit besteht ihrerseits aus mehreren auf einer zugeordneten Kupplungshälfte außenradial angeordneten achsparallelen Mitnehmerbolzen. Die Mitnehmerbolzen korrespondieren mit der anderen Kupplungshälfte axial verschiebbar über Lagerbolzen, wobei die andere Kupplungshälfte am anderen Wellenende angebunden ist. 10

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß durch die Winkelverlagerungsfähigkeit der ersten Kupplungseinheit in Verbindung mit dem abstandschaffenden Distanzelement eine extreme Verlagerungsfähigkeit in Radialrichtung erzeugbar ist.

Dabei wird über die Verschiebbarkeit der Mitnehmerbolzen-Lagerbuchsen-Anordnung der zweiten Kupplungseinheit die Parallelstellung der beiden zu verbindenden Wellenenden sichergestellt. Zudem gestattet die Verschiebbarkeit der Mitnehmerbolzen-Lagerbuchsen-Anordnung auch eine erweiterte Ausgleichbarkeit von Axialverschiebungen der Wellenenden zueinander. Durch die Zwischenschaltung von Elastomerkörpern innerhalb des Kraftflusses wird dabei eine Körperschallübertragung über den Antriebsstrang minimiert, so daß die Körperschallemission trotz der extremen Verlagerungseigenschaften durch die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung nicht beeinträchtigt wird. Weiterhin ist von Vorteil, daß durch die Mitnehmerbolzen-Lagerbuchsen-Anordnung der zweiten Kupplungseinheit die Axialkraft im Gegensatz zu Elastomerelementen bei axialer Verschiebung nicht entsprechend ansteigt.

Eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht darin, daß die mit den Mitnehmerbolzen zusammenwirkenden Lagerbuchsen aus einem Innenring bestehen, der über eine elastische Hülsenfeder mit einem Außenring in Verbindung steht. Diese einfache konstruktive Gestaltung der Lagerbuchsen ermöglicht eine Relativbewegung der Kupplungshälften der zweiten Kupplungseinheit bei einer Radialverlagerung der zu verbindenden Wellenenden, so daß auf einfache Weise ein Verklemmen an dieser Stelle vermieden wird.

Vorzugsweise besteht die elastische Hülsenfeder aus Gummi. Der gehärtete Innenring kann mit einer mit dem Mitnehmerbolzen in Kontakt stehenden Gleitbuchse versehen sein, um die Gleitreibung zwischen dem Mitnehmerbolzen und der Lagerbuchse zu minimieren.

Vorteilhaft ist es, wenn zur Zentrierung der inneren der beiden ringförmigen Kupplungshälften der ersten Kupplungseinheit in axialer sowie radialer Position ein Lagerzapfen vorgesehen ist, der einerseits mit dem Antriebsflansch des zugeordneten Wellenendes und andererseits mit einem ortsfest gegenüber der inneren Kupplungshälfte angeordneten Gelenklagerschale unter Bildung eines Gelenklagers verbunden ist. Diese Anordnung gestattet bei radialer Verlagerung der Wellenenden ein gleichmäßiges Mitbewegen der Bestandteile der ersten Kupplungseinheit, so daß durch diese Zwangsführung für die erste Kupplungseinheit optimale Betriebsbedingungen geschaffen werden.

Vorteilhafterweise ist die erste Kupplungseinheit über ein als Rohr ausgebildetes Distanzelement mit der zweiten Kupplungseinheit verbunden. Die Ausgestaltung des Distanzelementes als Rohr gestattet in einfacher Weise die eine extreme Radialverlagerungsfähigkeit schaffende Beabstandung zwischen den beiden Kupplungseinheiten unter Gewährleistung der erforderlichen Stabilität der Kupplungsanordnung sowie einer leichten Bauweise.

Für die Übertragung großer Antriebskräfte durch die Kupplungsanordnung ist es von Vorteil, wenn die erste Kupplungseinheit aus zwei parallel geschalteten innenradialen Kupplungshälften besteht, wobei jeder Kupplungshälfte ein eigener Elastomerkörper mit äußeren Kupplungshälften zugeordnet ist.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine auf dem Prinzip von Figur 1 beruhenden

Kupplungsanordnung und

Fig. 3 eine Längsansicht der Kupplungsanordnung nach Figur 2 im Zustand

einer extremen radialen Verlagerung.

Die Kupplungsanordnung besteht nach Figur 1 im Prinzip aus einer ersten Kupplungseinheit 1, die über ein Distanzelement 2 fest mit einer zweiten Kupplungseinheit 3 verbunden ist. Ein antriebsseitiges Wellenende 4 ist eingangsseitig an der ersten Kupplungseinheit angeordnet. Ein abtriebsseitiges Wellenende 5 ist ausgangsseitig an der zweiten Kupplungseinheit 3 angeordnet. Die erste Kupplungseinheit besteht im Prinzip aus zwei konzentrisch zur Kupplungsachse 6 angeordneten Kupplungshälften 7 und 8. Zwischen den beiden Kupplungshälften 7 und 8 ist ein ebenfalls konzentrischer Elastomerkörper 9 platziert. Der Elastomerkörper 9 bildet eine erste gelenkige Koppelstelle innerhalb der Kupplungsanordnung und ist in seinen Freiheitsgraden bedingt durch die konstruktive Anordnung so ausgestaltet, daß dieser torsions- und winkelvertagerungsfähige, aber im wesentlichen radial- und axialverlagerungssteife Kupplungseigenschaften besitzt. Die zweite Kupplungseinheit 3 besteht im wesentlichen aus einer ersten Kupplungshälfte 10, die über eine Anordnung von Mitnehmerbolzen 11, welche mit zugeordneten Lagerbuchsen 12 korrespondieren, verschiebbar zu einer benachbarten zweiten Kupplungshälfte 13 angeordnet ist. An der zweiten Kupplungshälfte 13 ist das zweite Wellenende 5 befestigbar. Die zweite Kupplungseinheit 3 besitzt in sich selbst radialveriagerungssteife Koppeleigenschaften. Die konstruktive Ausbildung gestattet jedoch axial- und winkelverlagerungsfähige Koppeleigenschaften. Insgesamt bewirkt die Kupplungsanordnung durch die beiden Kupplungseinheiten 1 und 3, welche zwei gelenkige Koppelstellen bilden, im Zusammenwirken mit dem Distanzelement 2, extreme radialveriagerungsfähige Kupplungseigenschaften für die anzuschließenden Wellenenden 4 und 5. Die

Verschiebbarkeit innerhalb der Anordnung von Mitnehmerbolzen 11 und den damit korrespondierenden Lagerbuchsen 12 gestattet weiterhin eine extreme Verlagerungsfähigkeit der anzuschließenden Wellenenden 4 und 5 in axialer Richtung. Eine insgesamt extreme Winkelverlagerungsfähigkeit wird darüber hinaus über die Winkelverlagerungsfähigkeit der beiden einzelnen Kupplungseinheiten 1 und 3 sichergestellt.

Ausgehend von dem vorstehend erläuterten prinzipiellen Aufbau ist die Kupplungsanordnung nach der hier behandelten beispielhaften Ausführungsform gemäß Figur 2 konstruktiv derart ausgebildet, daß das antriebsseitige Wellenende 4 über einen scheibenförmigen Antriebsflansch 14 angeschlossen ist. Der Antriebsflansch 14 ist mit einem Zwischenring 15, einem Lagerzapfen 16, mit einem Innenring 17 eines Gelenklagers 18 sowie den äußeren Kupplungshälften 8a und 8b miteinander zu einer starren Einheit verschraubt. Andererseits sind die inneren Kupplungshälften 7a und 7b der ersten Kupplungseinheit 1 über ein Lagerschild 19 mit Außenringen 20 des Gelenklagers 18 sowie dem rohrförmig ausgebildeten Distanzelement 2 zu einer ortsfesten Einheit verbunden. Beide vorstehend beschriebenen Einheiten sind über die Elastomerkörper 9 dreh- und winkelelastisch, jedoch radial und axial starr miteinander verbunden. Die radiale Starrheit ergibt sich hierbei aus der Drucksteifigkeit der Elastomerkörper 9, welche zum Zwecke einer radialen Verlagerung in Verlagerungsrichtung auf Druck beansprucht werden. Die axiale Starrheit ergibt sich aus der axial starren Kopplung der beiden Kupplungshälften 7 und 8 mittels des Gelenklagers 18.

Die erste Kupplungshälfte 10 der zweiten Kupplungseinheit 3 ist mit dem Distanzelement 2 fest verbunden. Die erste Kupplungshälfte 10 der zweiten Kupplungseinheit 3 trägt außenradial mehrere äquidistant auf dem Umfang verteilte Lagerbuchsen 12. Jede Lagerbuchse 12 besteht aus einem Innenring 21, der von einer elastischen Hülsenfeder 22 in Form einer Gummibuchse umgeben ist. Die Hülsenfeder 22 ist wiederum in den Außenring 20 eingefaßt, der ortsfest gegenüber der scheibenartig ausgebildeten ersten Kupplungshälfte in Verbindung steht. In den Innenring 21 der Lagerbuchse 12 ist eine Gleitbuchse 23 eingesetzt. Die innenradiale Oberfläche der Gleitbuchse 23 wirkt über eine Spielpassung mit der Außenoberfläche des Mitnehmerbolzens 11 derart zusammen, daß eine axiale Verschiebung des Mitnehmerbolzens 11 innerhalb der Gleitbuchse 23 gewährleistet ist. Der

Mitnehmerbolzen 11 ist an der zweiten Kupplungshälfte 13 der zweiten Kupplungseinheit 3 verschraubt. Über die zweite Kupplungshälfte 13 wird die Verbindung mit dem anzuschließenden antriebsseitigen Wellenende 5 hergestellt.

Bei Verlagerung des antriebsseitigen Wellenendes 4 gegenüber dem abtriebsseitigen Wellenende 5 gemäß Figur 3 nimmt das Wellenende 4 den Antriebsflansch 14 der ersten Kupplungseinheit 1 sowie die mit diesem ortsfest - wie vorstehend beschrieben - verbundenen Bauteile mit. Dabei bleibt die mit dem abtriebsseitigen Wellenende 5 in Verbindung stehende zweite Kupplungshälfte 13 der zweiten Kupplungseinheit 3 in ihrer Position. Hierdurch ergibt sich eine Winkelverlagerung (W) des Distanzelementes 2. Durch diese Winkelverlagerung erfahren die inneren Kupplungshälften 7a und 7b bedingt durch die benachbarten Elastomerkörper 9a und 9b eine entsprechende Verlagerung. Das Gelenklager 18 hält die inneren Kupplungshälften 7a und 7b trotz der Winkelverlagerung axial und radial zentriert. Durch die Winkelverlagerung des Distanzelementes 2 verschieben sich bedingt durch die Elastomer-Hülsenfedern 22, welche die Winkelverlagerung ausgleichen, die Lagerbuchse 12 auf den Mitnehmerbolzen 11. Hierdurch wird der radiale Versatz (A) der beiden angeschlossenen Wellenenden 4 und 5 über die Fähigkeit einer Winkelverlagerung sowie einer axialen Verschiebbarkeit der Kupplungsanordnung ausgeglichen. Dabei bleibt in allen Verlagerungszuständen der Wirkungsgrad der Kraftübertragung annähernd konstant.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend näher erläuterte Ausführungsbeispiel. Es ist vielmehr eine Anzahl von Variationen denkbar, die von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Bezugszeichenliste

1 Erste Kupplungseinheit

2 Distanzelement

3 Zweite Kupplungseinheit

4 Antriebsseitiges Wellenende

5 Abtriebsseitiges Wellenende

6 Kupplungsachse

7 Innere Kupplungshälfte

8 Äußere Kupplungshälfte

9 Elastomerkörper

10 Erste Kupplungshälfte

11 Mitnehmerbolzen

12 Lagerbuchse

13 Zweite Kupplungshälfte

14 Antriebsflansch

15 Zwischenring

16 Laserzapfen

18 Gelenklager

19 Lagerschild

20 Außenring

21 Innenring

22 Hülsenfeder

23 Gleitbuchse

Claims (9)

1. Kupplungsanordnung zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen zwei miteinander zu verbindenden Wellenenden (4, 5), insbesondere bei einer Diesel-Motor-Getriebe-Ankopplung eines Schiffes, mit zwei eine Kupplungseinheit (1) bildenden konzentrisch zur Kupplungsachse angeordneten ringförmigen Kupplungshälften (7, 8) unterschiedlichen Durchmessers, die zur Momentübertragung über mindestens einen dazwischenliegenden und eine Ringform ergebenden Elastomerkörper (9) untereinander in Verbindung stehen, wobei die eine Kupplungshälfte (8) mit dem einen Wellenende (4) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Kupplungshälfte (7) über ein Distanzelement (2) mit einer weiteren Kupplungseinheit (3) gekoppelt ist, die aus mehreren auf einer zugeordneten Kupplungshälfte (13) außen radial angeordneter achsparalleler Mitnehmerbolzen (11) besteht, die mit der anderen zugeordneten Kupplungshälfte (10) über Lagerbuchsen (12) axial verschiebbar korrespondiert, wobei die andere Kupplungshälfte (13) am anderen Wellenende (5) angebunden ist.

2. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzelement (2) nach Art eines Rohres ausgebildet ist.

3. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerbolzen (11) über eine Schraubverbindung lösbar mit der Kupplungshälfte (13) der weiteren Kupplungseinheit verbunden sind.

4. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere der beiden ringförmigen Kupplungshälften (8) der ersten Kupplungseinheit (1) mit einem Antriebsflansch (14) über eine Schraubverbindung lösbar verbunden ist, die die Verbindung mit dem zugeordneten Wellenende (4) herstellt.

5. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zentrierung der inneren der beiden ringförmigen Kupplungshälften (7, 8) in axialer und radialer Position ein Lagerzapfen (16) vorgesehen ist, der einerseits mit dem Antriebsflansch (14) und andererseits mit einem der ortsfest gegenüber der inneren Kupplungshälfte (7) angeordneten Gelenklager (18) verbunden ist.

6. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den Mitnehmerbolzen (11) zusammenwirkende Innenring (21) über eine elastische Hülsenfeder (22) mit einem Außenring (20) in Verbindung steht.

7. Kupplungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Hülsenfeder (22) aus Gummi besteht.

8. Kupplungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gehärtete Innenring (21) mit einer mit den Mitnehmerbolzen in Kontakt stehenden Gleitbuchsen (23) versehen ist.

9. Kupplungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kupplungseinheit (1) aus zwei parallel geschalteten innenradialen Kupplungshälften (7a, 7b)) besteht, der je ein Elastomerkörper (9a, 9b) mit äußeren Kupplungshälften (8a, 8b) zugeordnet ist.