DE3017722C2 - Brechbolzen-Drehmomentbegrenzungseinrichtung für zwei relativ zueinander drehbare Bauelemente - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brechbolzen-Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bereits eine Einrichtung nach der FR-PS 29 62 bekannt, bei welcher das eine der beiden Bauelemente ortsfest angeordnet ist und beispielsweise μ den Stator eines elektrischen Generators bildet, während das andere Bauelement auf dem Lager einer durchgehenden Welle, beispielsweise der Generatorwelle, angeordnet ist Das auf der Generatorwelle j11 J

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über den Umfang des Stators verteilten, radial nach innen vorgespannten Sperrklinken axial im Sinne einer vollflächigen Berührung der gemeinsamen Konuslagerfläche gegen den Stator vorgespannt Dadurch wird erreicht, daß die zwischen den beiden Bauelementen angeordneten Brechbolzen nicht durch radiale Schwingungen zwischen den beiden Bauelementen belastet werden und bereits in unerwünschter Weise vor Erreichen eines vorgegebenen maximalen Drehmomentes brechen. Vielmehr findet in bezug· auf die Brechbolzen ausschließlich eine Belastung auf tangentiale Scherung statt. Ein Oberschreiten des maximalen Drehmomentes kann bei der bekannten Einrichtung dann auftreten, wenn das Wellenlager, auf welchem das eine der beiden Bauelemente gelagert ist blockiert Tritt ein solcher Überlastungsfall auf. so wird durch mehrere in dem Stator über dessen Umfang verteilt angeordnete Hydraulikstellglieder das auf der Welle gelagerte Bauelement von dem Stator axial weggedrückt so daß also an der gemeinsamen Konuslagerfläche ein Radialspiel entsteht und es wird gleichzeitig das auf der Welle gelagerte Bauelement mit einer zweiter» Konusfläche in Eingriff mit einer zweiten Konusfläche des Stators gebracht wobei im Ergebnis statt des blockierten bzw. zerstörten Lagers ein zweites Redundanzlager in Betrieb gesetzt wird. Die Umschaltung von dem zerstörten Lager auf das Redundanzlager erfolgt im Verlauf einer einzigen Umdrehung der Welle durch Betätigung eines elektromagnetischen Schalters. Die gesamte Anordnung erfordert bezogen auf den Durchmesser, verhältnismäßig große axiale Abmessungen.

Aus der US-PS 41 86 570 ist eine Brechbolzen-Drehmomentbegrenzungseinrichtung in einer starren Wellenkupplung bekannt welche zwei e*wa koaxiale Kupplungshälften in drehfester Anordnung auf je einem zugeordneten Wellenzapfen umfaßt Über den Umfang beider Kupplungshälften verteilt sind mehrere Brechbolzen angeordnet welche in jeder der beiden Kupplungshälften durch geschlitzte Konusbüchsen verspannt sind. Bei dieser Anordnung können Schwingbelastungen der Brechbolzen als Folge von gegenseitigen Vibrationen beider Wellenzapfen grundsätzlich nicht vermieden werden, so daß die Brechbolzen nicht ausschließlich auf tangentiale Scherkräfte belastet werden. Dies hat ein Ansprechen bereits vor Erreichen eines maximal vorgegebenen Drehmomentes zur Folge. Sind die Brechbolzen einmal abgeschert so sind diese einzeln aus den beiden Kupplungshälften zu entfernen, und ein neuer Satz von Brechöolzen ist einzubringen und mittels der geschlitzten Konushülsen sorgfältig einzuspannen. Dies erfordert einen .rheblichen Zeitaufwand. Darüber hinaus bestehi auch die Gefahr, daß sieb zum Einspannen der Brechbolzen verwendete Schrauben im Betrieb lockern, wodurch die Zuverlässigkeit des Ansprechens auf das vorgegebene maximale Drehmoment vermindert würde.

Aus der US-PS 29 76 704 ist eine Brechbolzen-Drehmomentbegrenzungseinrichtung in einer starren Wellenkupplung bekannt welche zwei etwa koaxiale Kupplungshälften umfaßt die auf einem gemeinsamen kurzen Zentrierzapfen radial spielfrei gelagert sind. Die eine Kupplungshälfte endet hierbei in einem hohlen Zapfen, der seinerseits als Antriebs- oder Abtriebszapfen dient während die andere Kupplungshälfte einen Ringstirnflansch aufweist der durch über den Umfang verteilte Schrauben mit einem abtreibenden oder ""■itrCitCniiCn F!hHSC» ZU ySri?***'''*" '^c*. Oiece Finri/»htung erfordert wegen des gemeinsamen Zentrierzapfens einen aufwendigen Aufbau und ist nicht für beliebige Bauarten von Wellenkupplungen anwendbar, insbesondere nicht für torsionselastische Wellenkupplungen, bei denen die beiden Kupplungshälften einen größeren axialen Abstand aufweisen. Wenn beide Kupplnngshälften mit geringem Lagerspiel auf dem Zentrierzapfen festgelegt sind, werdea die Brechbolzen vor dem ersten Ansprechen kaum durch gegenseitige radiale Vibrationen beider Kupplungshälften belastet, so daß ein Ansprechen bereits vor Erreichen eines maximal vorgegebenen Drehmomentes vermieden wird. Bei öfteren Ansprechen hingegen kann zwischen einer oder

beiden Kupplungshälften und dem Zentrierzapfen ein Radialspiel als Folge von Lagerabnützungen entstehen, da die Lagerung der beiden Kupplungshälften auf dem Zentrierzapfen über Zylinderlager erfolgt, die sich nicht automatisch nachstellen. Dies wiederum hat zur Folge, daß die Brechbolzen nach öfterem Ansprechen der Drehmomentbegrenzungseinricntung immer stärker durch radiale Vibrationen zusätzlich beaufschlagt werden, so dab ein zuverlässiges Ansprechen bei dem maximal vorgegebenen Drehmoment nicht mehr gewährleistet ist

Aus der DE-AS 10 30 631 ist eine Brechboizen-Drehmomentbegrenzungseinrichtung zwiscnen piner WeI-lennabe und einem Schwungrad bekannt, das.:... seiner Nabe auf der Wellennabc drehbar unci gegebenenfalls is mit Radialspiel gelagert ist. Die Wellennabe weist an einem Ende einen mit einer ^l 'u.fangsverzahnung versehenen Flansch auf, auf w-sttf-n ein mit einer Innenverzahnung versehen. - Bredibolzen-Trägerring aufschiebbar ist Zwischen dem 1,, echbolzen-Trägerring und einem Innenflansch des Schwungrades verlai-fen über dem Umfang verteilt mehrere radial soielfrei gelagerte Brechbolzen. Zwischen dem Brechbolzen-Trägerring und dem zugeordneten Flansch der Wellennabe liegt im Bereich der Verzahnung ein gewisses Radialspiel vor, so daß bei einem Radialspiel zwischen dem Sciiwungrad und der Wellennabe die Brechbolzen hierdurch beaufschlagt werden. Darüber hinaus liegt zwangsläufig zwischen den beiden Verzahnungen auch ein tangentiales Spiel vor, so daß bei Lastwechselschwingungen an dem Schwungrad die Brechbolzen auch durch tangentiale Vibrationen beaufschlagt werden, die ebenfalls zu einem Ansprechen vor Erreichen eines vorgegebenen maximalen Drehmomentes führen können.

Es sind auch torsionselastische Wellenkupplungen bekannt, welche zwei etwa koaxiale Kupplungshälften in drehfester Anordnung auf je einem zugeordneten Wellenzapfen umfassen. Jede der Kupplungshälften weist über ihren Umfang verteilt Vorsprünge auf, die sich zu der jeweiligen anderen Kupplungshälfte erstrecken. Zwischen den Vorsprüngen sind tangentiale Federn angeordnet, die, je nach dem jeweils anliegenden Drehmoment, mehr oder minder stark zusammengedrückt werden. Bei solchen torsionselastischen Wellenkupplungen, v/ie sie beispielweise zwischen Antriebsmotoren und den Rollen von Stahlwalzwerken verwendet werden, ist eine zusätzliche Einrichtung zum Schutz gegen das Überschreiten eines vorgegebenen maximalen Drehmomentes bis jetzt nicht bekannt

Aufgabe der Erfindung ist es. ausgehend von einer torsionselastischen Wellenkupplung, wie sie vorangehend an letzter Stelle abgehandelt wurde, zusätzlich eine Einrichtung zur Begrenzung auf ein maximal vorgegebenes Drehmoment zu schaffen, wobei diese Einrichtung die Bauabmessungen der Wellenkupplung möglichst wenig vergrößert und darüber hinaus für Reparatur- und Wartungszwecke leicht zugänglich ist. Erreicht wiid dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1,

Da bei einer torsionselastischen Wellenkupplung, von welcher die vorliegende Erfindung ausgeht, die beiden Kuppiungshälften zwangsläufig einen axialen Abstand voneinander aufweisen, um die zwischen den beiden Kupplungshälften angeordneten Federelemente aufzunehmen, und erfindungsgemäß die gemeinsame Konuslagerfläche der beiden relativ zueinander drehbaren Bauelemente der einen Kupplungshälfte sich in diesen Zwischenraum hinein erstreckt ergibt sich als besonderer Vorte^:l, daß bei den meisten üblichen toisionselastischen Wellenkupplungen der erwähnten Art eine Vergrößerung der axialen Bauabmessungen überhaupt nicht erforderlich ist Der erfindungsgemäß zur gegenseitigen axialen Vorspannung der beiden Bauelemente erforderliche Spannring kann ebenfalls mit einer sehr geringen axialen Abmessung hergestellt werden, so daß wegen des Spannringes ebenfalls eine Vergrößerung der axialen Abmessungen der Wellenkupplung nicht erforderlich ist Darüber hinaus ist der axiale Spannring für Reparatur- und Wartungszwecke verhältnismäßig leicht zugänglich. Gegenüber der eingangs abgehandelten US-PS 41 86 570 ergibt sich der Vorteil, daß bei einer erfindungsgemäßen Wellenkupplung die Brechbolzen mit den beiden relativ zueinander drehbaren Bauelementen der einen Kupplungshälfte nicht verspannt werden müssen, sondern die Brech holzen sollen und müssen vielmehr ein gewisses axiales Spiel aufweisen. Gieichwohl wird jegliche Schwingungsbelastung der Brechbolzen aufgrund radial Schwingungen der beiden relativ zueinander drehbaren bauelemente der einen Kupplungshälfte zuverlässig verhindert da die durch Brechbolzen miteinander gekoppelten Bauelemente der erfindungsgemäßen Wellenkupplung ausschließlich auf dem einen Wellenzapfen sitzen.

Durch die Weiterbildung nach dem Patentanspruch 2 ergibt sich der Vorteil einer leichten Zerlegbarkeit und zusätzlich eine Kontrolle des Verschleißes der gemeinsamen Konuslagerfläche der beiden rela.iv zueinander drehbaren Bauelemente. Im Gegensatz zu der Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach der vorangehend abgehandelten FR-PS 13 29 624, wo im Falle eines Ansprerhens. d. h. Abscherens der Brechbolzen, die gemeinsame Konuslagerfläche der beiden Bauelemente innerhalb einer Umdrehung sofort getrennt wird, ist bei einer erfindungsgemäßen Wellenkupplung davon auszugehen, daß die beiden relativ zueinander drehbaren Bauelemente nach dem Abscheren der Brechb; ·ίζεπ eine gewisse Zeit lang relativ zueinander rotieren, was zu einer entsprechenden Abnützung der gemeinsamen Konusfagerfläche führen kann. Durch das jeweilige Ausmaß, in welchem die Köpfe der Schraubbolzen aus dem Spannring vorstehen, kann auf den Abnützungsgrad der gemeinsamen Konuslagerfläche geschlossen werden, so daß nach einer gewissen Anzahl von Ansprechvorgängen bzw. Brüchen der Brechbolzen die gemeinsame Konuslagerfläche erneuert werden kann.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, welche ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Brechbolzen-Drehmomentbegrenzungseinrichtung in Verbindung mit einer torsionselastis-che'i Wellenkupplung im axialen Halbschnitt darstellt.

Die i;i Jer Zeichnung veranschaulichte Wellenkupplung umfaßt zwei koaxiale Kupplungshähten A und B. von denen jede eine Nabenbohrurig 20. 21 zur drehfesten Aufnahme je eines zugeordneten (nicht dargestellten) Wellenzapfens umfaßt. Beide Kupplungshälften A, B steren über mehrere jeweils über den Umfang verteilte axiale Eingriffselemente 22 in einem torsionselastischen Eingriff miteinander, wobei der besseren Übersicht halber lediglich in Verbindung mit der Kupplungshälfte A ein einziges derartiges Eingriffselement veranschaulicht ist. Kupplungen mit derartigen Eingriffselementen sind schon seit langem bekannt und bilden keinen Bestandteil der vorliegenden Erfindung, so daß eine Beschreibung der Wirkungsweise als nicht erforderlich erscheint.

Die Kupplungshälfte A ist in zwei relativ zueinander auf einer gemeinsamen Konuslagerfläche drehbare Bauelemente 1> 2 unterteilt, über deren Umfang verteilt mehrere gegenseitig eingreifende Brechbolzen 23 angeordnet sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die gemeinsame Konuslagerfläche durch die Innenfläche einär mit dem Bauelement 2 verschraubten konischen Lagerbüchse 3 gebildet, welche gegen eine konische Außenfläche des Bauelementes ! anliegt* Bei der Kuppliingshälfte A sitzt also das eine Bauelement i drehfest auf dem der Kupplungshälfte A zugeordneten (nicht veranschaulichten) Wellenzapfen, während sich das andere Bauelement 2 in torsionselastischem Eingriff mit der anderen Kupplungshälfte B befindet. Die gemeinsame Konuslagerfläche bzw. die Lagerbüchse 3 erstreckt sich verjüngend in den Zwischenraum beider Kupplungshälften A. B.

An dem verjüngten Ende der Konuslagerfläche bzw. Lagerbuchse 3 sind an beiden Bauelementen 1, 2 Ringstirnflächen mit angenäherter axialer Ausrichtung gebildet. An der Ringstirnfläche des Bauelementes 1 ist ein beide Ringstirnflächen überdeckender axialer Spannring 4 mit mehreren über den Umfang verteilten achsparallelen Schraubbolzen 6 befestigt, zwischen deren Köpfen und dem Spannring 4 je ein Paket von Tellerfedern 7 angeordnet ist Durch die Tellerfedern 7 wird der Spannring 4 axial gegen die Ringstirnfläche des Bauelementes 2 gedruckt und bewirkt auf diese Weise eine vollflächige Anlage der Lagerbuchse 3 gegen die entsprechende Konusfläche des Bauelementes J, ohne Rücksicht auf den jeweiligen Abnützungszustand der Büchse 3.

An einer dem Bauelement 2 zugewendeten inneren Ringfläche ist der Spannring 4 mit einem durch Schrauben 13 befestigten Anlaufgleitbelag 5 versehen, so daß bei einem Ansprechen der Brechbolzen 23 eine Beschädigung der einander gegenüberstehenden Ringstirnflächen des Spannringes 4 und des Bauelementes 2 vermieden wird. Ferner ist der Spannring 4 mit einem die Bauelemente 1 und 2 im Bereich ihrer Ringstirnflächen überlappenden Hemd versehen, und gegen die Bauelemente 1,2 mittels Ringdichtungen 8,9 abgedichtet. Auf der von der Kupplungshälfte B abgewendeten Seite ist die gemeinsame Konuslagerfläche der Bauelemente i, 2 mittels einer Ringdichtung <0 abgedichtet, welche axial in einem gewissen Ausmaß zusammendrückbar ist, so daß eventuelle Abnützungen der Lagerbüchse 3 in Verbindung mit einer gegenseitigen Annäherung der Bauelemente 1, 2 aufgenommen

werden können.

Um! im Falle eines Äbscherens der Br'echbolzen 23

ίο eine einwandfreie Schmierung und demzufolge geringe Abnützung der einander berührenden Abschnitte der Bauelemente t, 2 zu erreichen, sind über den Umfang der Bauelemente 1 und 2 sowie über den Umfang des Spannringes 4 verteilt mehrere Schmierstoffanschlüsse II vorgesehen, durch welche entweder von Zeit zu Zeit oder kontinuierlich Schmiermittel eingeführt werden kann. Im Falle eines Abscherens der Brechbolzen 23 erfolgt ohne Rücksicht darauf, ob nun die Kupplungshälfte A auf einem angetriebenen und die Kupplungs- hälfte ßauf einem abtreibenden Wellenzapfen sitzt oder umgekehrt, eine relative Drehung der Bauelemente 1 und 2, die trotz Schmierung über die Schmierstoffauschlüsse Il zu einer gewissen Abnützung der Lagerbuchse 3 führen kann. Die Wellenkupplung kann danach durch Einsetzen einer Gruppe neuer Brechbolzen 23 wieder in Betrieb gesetzt werden, wobei ohne Rücksicht auf ein·- zwischenzeitlich eventuell eingetretene Abnützung der Lagerbuchse 3 die gemeinsame Konuslagerfläche der Bauelemente 1, 2 durch die Wirkung des Spannringes 4 stets in vollfläcliiger Berührung gehalten wird Infolgedessen werden die Brechbolzen 23 ausschließlich auf tangentiale Scherung, nicht aber auf Schwingungen beansprucht Dies letztere ergibt sich insbesondere auch daraus, daß beide Bauelemente 1, 2 zur ein und derselben Kupplungshälfte A gehören und damit auf einem gemeinsamen Wellenzapfen sitzen. Die jeweilige Abnützung der Lagerbüchse 3 und/oder des Anlaufgleitbefages 5 kann mühelos durch Überprüfung des Abstandes erfolgen, um weichen die Köpfe der

to Schraubbolzen 6 gegenüber der äußeren Stirnfläche des Spannringes 4 vorstehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Brechbolzen-Drehmomentbegrenzungseinrichtung fär zwei relativ zueinander auf einer gemeinsamen Konuslagerfläche drehbare Bauelemente, über deren Umfang verteilt mehrere gegenseitig eingreifende Brechbolzen angeordnet sind und welche in geringem Maß axial zueinander beweglich sowie im Sinne einer vollflächigen Berührung der gemeinsamen K onuslagerfläche axial zueinander vorgespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung in einer torsionselastischen Wellenkupplung, welche zwei etwa koaxiale Kupplungshälften (A, B) in drehfester Anordnung auf je einem zugeordneten Wellenzapfen umfaßt, die eine Kupplungshälfte (A) in die beiden relativ zueinander drehbaren Bauelemente (1, 2) unterteilt ist, von denen das eine (t) drehfest auf dem dieser Kupplungshälfte (A) zugeordneten Wellenzapfen sitzt, wählend sich das andere (2) in torsionselastischem Eingriff mit der anderen Kupplungshälfte (B) befindet, daß sich die gemeinsame Konuslagerfläche (Lagerbüchse 3) in den Zwischenraum beider Kupplungshälften verjüngend erstreckt und am verjüngten Ende an beiden Bauelementen Ringstirnflächen mit angenäherter axialer Ausrichtung gebildet sind und daß an der Ringstirnfläche des einen Bauelementes (1), welches auf dem zugeordneten Wellenzapfen sitzt, ein beide Ringstirnflächen überdeckender axialer Spannring (4) mit mehreren über den Umfang verteilten, axial federnden Befestigungselementen (6,7) angebracht ist, welcher mit axialer Vorspannung gegen die Ringstirnfläche des anderen Bauelemente? (2, anliegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Spannring (4) mit mehreren über den Umfang verteilten achsparallelen Schraubbolzen (6) befestigt ist, zwischen deren Köpfen und dem Spannring je ein Paket von Schrauben und Tellerfedern (7) angeordnet ist