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Drehelastische stoß- und schwingungsdämpfende Kupplung
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mit einem scheibenartigen Kupplungskörper Gegenstand der vorliegenden
Erfindung ist eine drehelastische, stoß-und schwingungsdämpfende Kupplung mit einem
scheibenartigen Kupplungskörper, der im wesentlichen aus einem inneren Nabenring
und einem äußeren Flanschring sowie einem mit diesen Ringen durch Vulkanisation
verbundenen, konvexen gummielastischen Stützkörper für radial zur Kupplungsscheibe
verlaufende nicht dehnbare Seilstränge besteht, die an der Außenfläche des Stützkörpers
angeordnet und mit diesem durch Vulkanisation verbunden sowie durch mit Federkörpern
od.dgl. versehene Seildurchtrittsöffnungen im Nabenring und im Flanschring geführt
sind.
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Aus der DE-OS 26 57 527 ist eine Kupplung dieser Art bekannt, bei
der die Seildurchtrittsöffnungen im Nabenring und im Flanschring jeweils mit einer
Büchse oder Beschichtung aus Kunststoff versehen sind, um die Seile vor Verschleiß
durch Kantenpressung zu schützen.
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Eine ähnliche Kupplung ist aus der DE-OS 28 44 849 bekannt. Bei dieser
sind die Seildurchtrittsöffnungen für die Seilstränge im Nabenring und im Flanschring
so groß gewählt, daß die Seilstränge auch bei größtmöglichem Verdrehwinkel der Kupplung
nicht an den Wandungen dieser Öffnungen anliegen. Außerdem ist jeder Seilstrang
wenigstens an einem der beiden genannten Kupplungsringe im Bereich jeder einzelnen
Seil-
durchtrittsöffnung mittels Federkörper elastisch nachgiebig
abgestützt; diese Federkörper ermöglichen einen ungehinderten Längenausgleich der
Seilstränge, so daß alle Seilstränge gleichmäßig an der Kraftübertragung beteiligt
sind.
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Bei diesen vorgenannten Kupplungen werden die Drehmomente in vorteilhafter
Weise im wesentlichen durch die Seilstränge übertragen, während der gewölbte gummielastische
Stützkörper bei der Drehmomentübertragung durch die Seilstränge ausschließlich auf
Druck beansprucht wird und an der Kraftübertragung nur einen vernachlässigbaren
Anteil hat. Es hat sich jedoch als Nachteil herausgestellt, daß derartige Kupplungen
mit einem wirtschaftlich vertretbaren Aufwand nur bis zu einem Außendurchmesser
von ca. 1 m und für zu übertragende Drehmomente von ca. 160.000 Nm herstellbar sind,
da insbesondere das Vulkanisieren der einstückigen, gewölbten elastischen Stützkörper
bei größeren Abmessungen einen sehr großen Fabrikationsaufwand erfordert. Hinzu
kommt, daß das Ein- und Ausbauen von Kupplungen dieser und insbesondere noch größerer
Abmessungen auf Grund ihrer Masse und ihres Volumens besondere Maßnahmen erfordern.
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Schließlich können Kupplungen, deren Abmessungen wesentlich über die
genannten Dimensionen hinausgehen, auf den üblichen Prüfständen, auf denen das dynamische
Verhalten von Kupplungen getestet wird, wegen der begrenzten Größe der zur Verfügung
stehenden Maschinen, nicht untersucht werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung
der letztgenannten Art so zu verbessern und auszugestalten, daß die vorgenannten
Nachteile vermieden werden und derartige Kupplungen mit einem Durchmesser über 1,6
m sowie auch für erheblich größere zu übertragende Drehmomente als bisher wirtschaftlich
herstellbar sind.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Kupplung mit den Merkmalen
des Hauptanspruchs.
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Durch die erfindungsgemäße radiale Aufteilung des Kupplungskörpers
in drei oder mehr Kupplungssegmente gleicher Größe wird der Vorteil gewonnen, daß
der Kupplungsdurchmesser nicht mehr auf Größen bis etwa 1 m beschränkt
ist,
sondern ohne weiteres Kuppungsdurchmesser von 1,6 m und mehr ohne große Schwierigkeiten
herstellbar sind, da die Größe der Einzel segmente hinsichtlich ihrer Erstreckung
über den Umfang der jeweiligen Kupplung durch die frei bestimmbare Zahl der Kupplungssegmente
sehr weitgehend frei wählbar ist. Jedes Kupplungssegment weist ein einziges, mehrere
Seilstränge bildendes durchlaufendes Seil auf, so daß der Aufwand für die Seilverankerung
verhältnismäßig gering ist; denn es sind nur zwei Seilenden in dem Nabenringteil
oder Flanschringteil zu verankern, je nachdem, wo Anfang und Ende des Seiles angeordnet
sind.
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Im Zusammenwirken mit den Federkörpern in den Seildurchtrittsöffnungen
der Nabenringteile und der Flanschringteile wird hierdurch ein besserer Längenausgleich
der einzelnen Seilstränge erreicht, als bei einer Ausführungsform, bei der jeder
einzelne Seilstrang aus einem verhältnismäßig kurzen und mit seinen beiden Enden
jeweils in den zugehörigen Seildurchtrittsöffnungen des Nabenringteiles und des
Flanschringteiles befestigten Seilstück bestehen würde. Als besonders günstig hat
sich die Verankerung der Seilenden in den Flanschringteilen erwiesen, da hier die
aus den Drehmomenten resultierenden, die Verankerungen beanspruchenden Kräfte entsprechend
den unterschiedlichen Radien der Nabenteile und der Flanschringteile kleiner sind,
als in den Nabenringteilen.
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Um die Kupplungssegmente zu einem scheibenartigen Kupplungskörper
zusammenzufügen, sind ihre Nabenringteile mittels parallel zur Drehachse angeordneter
Schrauben mit einem senkrecht zur Drehachse angeordneten Flansch einer an sich bekannten
Kupplungsnabe sowie ihre Flanschringteile mittels Schrauben mit einem an den Flanschringteilen
anliegenden konzentrischen Haltering verbunden. Diesem Haltering ist in den Fällen
der Anschlußflansch der Achse oder Welle einer Maschine gleichzusetzen, in denen
die Flanschringteile der erfindungsgemäßen Kupplung unmittelbar mit einem solchen
Anschlußflansch verschraubt sind.
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Um die Schrauben, mit denen die Nabenringteile der Kupplungssegmente
an der Kupplungsnabe befestigt sind,-weitgehend von Biege-, Zug- und Torsionsbeanspruchungen
freizuhalten, ist es vorteilhaft, die Nabenringteile zusätzlich mit wenigstens einer
an sich bekannten Halterung an der Kupplungsnabe zu haltern, beispielsweise mittels
Verzahnung und/oder Zentrierring. Als besonders vorteilhafte Halterung, die nur
geringen
Fertigungs- und Montageaufwand erfordert, hat sich ein Spannring erwiesen, der parallel
zum Flansch der Kupplungsnabe auf die Nabenringteile aufgesetzt ist, am Flansch
der Kupplungsnabe anliegt und durch Anziehen der Schrauben die Nabenringteile mit
der Kupplungsnabe verspannt.
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Die erfindungsgemäße Kupplung ist praktisch für jede Größe, d.h. für
jedes zu übertragende Drehmoment herstellbar und hat den Vorteil, das sie sowohl
ein- als auch ausgebaut werden kann, ohne daß die antreibende oder die angetriebene
Welle entfernt werden muß. Außerdem ist es möglich, durch die Wahl einer bestimmten
Anzahl von Kupplungssegmenten, die nebeneinander durchaus nicht eine geschlossene
Kreisfläche zu ergeben brauchen, die Federkennlinie sowohl statisch als auch dynamisch
dem jeweiligen Erfordernis anzupassen. Darüber hinaus können die Kupplungssegmente
einzeln auf herkömmlichen Prüfmaschinen für dynamische Untersuchungen geprüft werden.
Schließlich sind auch, insgesamt gesehen, die Herstellkosten einer erfindungsgemäßen
Kupplung erheblich niedriger als von elastischen Kupplungen gleicher Größe, aber
anderer Bauart, die einen radial ungeteilten Kupplungskörper aufweisen.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zahl
der den Kupplungskörper bildenden, um die Kupplungsnabe in einer Ebene angeordneten
Kupplungssegmente kleiner ist, als die Bildung eines einen Vollkreis abdeckenden
Kupplungskörpers erfordert; dabei sind die Kupplungssegmente mit gleichen Abständen
voneinander angeordnet, die entweder über den Kupplungsdurchmesser gleichbleibend
oder von der Drehachse zum Flanschring divergierend ausgebildet sein können. Hierdurch
hat der Fachmann die Möglichkeit, nicht nur über die Shore-Härte des gummielastischen
Stützkörpers und über Anzahl, Material und Durchmesser der Seilstränge das dynamische
Verhalten der Kupplung dem jeweiligen Erfordernis anzupassen, sondern auch und insbesondere
über die Anzahl der verwendeten Kupplungssegmente. Die sich aus der Wahl der Abstandsgestaltung
ergebende Form der Kupplungssegmente hat auch Bedeutung für die Vorratshaltung von
Kupplungssegmenten für Kupplungen gleicher Durchmesser, aber unterschiedlicher Leistungen;
hierfür ist die Ausbildung mit zur Peripherie divergierenden Abständen besonders-vorteilhaft.
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Außerdem hat eine derartige Kupplung noch den Vorteil, daß die Zwischen-
räume
zwischen den Kupplungssegmenten die Kühlung der Kupplung erheblich verbessern.
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Durch die Teilung des Kupplungskörpers in voneinander getrennte Kupplungssegmente
ist der Spannungsverlauf in dem gummielastischen Stützkörper gestört. Um die Folgen
dieser Störung möglichst gering zu halten, ist in weiterer Ausgestaltung. der Erfindung
vorgesehen, daß die Vulkanisationsflächen, an denen der gummielastische Stützkörper
mit den Nabenringteilen und den Flanschringteilen verbunden ist, mit unterschiedlichen
Neigungswinkeln gegenüber der parallel zur Drehachse verlaufenden Querschnittsachse
des Stützkörpers geneigt sind, und zwar derart, daß bei jedem Kupplungssegment der
Neigungswinkel der Vulkanisationsfläche am Flanschringteil größer ist, als der Neigungswinkel
am Nabenringteil. Hierdurch werden die Vulkanisierflächen an den Nabenringteilen
und den Flanschringteilen unterschiedlich groß; dies wiederum wirkt sich auf die
Verformung des Stützkörpers unter Belastung aus. Für den gewünschten Kräfteverlauf
und zwecks Vermeidung von Schäden an dem Stützkörper ist erstrebenswert, die spezifische
Verformung des Stützkörpers - über den Querschnitt parallel zur Drehachse der Kupplung
betrachtet - unter Belastung gleich zu halten. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen,
die Begrenzungslinie der Vulkanisierfläche im Querschnitt parallel zur Drehachse
an dem jeweiligen Flanschringteil kürzer auszubilden, als die entsprechende Begrenzungslinie
am Nabenringteil. Bezogen auf die Querschnittsachse des Stützkörpers, ergibt sich
hierdurch zwar ein unsymmetrischer Querschnitt des Stützkörpers, doch ergeben sich
aus der Tatsache, daß die Kupplungsdurchmesser im Bereich der Nabenringe und im
Bereich der Flanschringe unterschiedlich groß sind, mindestens annähernd gleich
große Vulkanisierflächen an den Nabenringteilen und den Flanschringteilen, und es
wird erreicht, daß die spezifischen Verformungswege des Stützkörpers im Nabenringbereich
und im. Flanschringbereich mindestens annähernd gleich sind.
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Für eine Vielzahl von Anwendungsfällen, insbesondere zum übertragen
sehr großer Drehmomente, empfiehlt es sich, die Kupplung in an sich bekannter Weise
aus zwei erfindungsgemäßen Kupplungskörpern so zusammenzusetzen, daß die konkaven
Seiten der elastischen Stützkörper gegen-
einanderliegen und einen
Hohlraum bilden. Dabei ist die Kupplungsnabe mit einem senkrecht zur Drehachse angeordneten
mittleren Flansch versehen. An jeder Seite dieses Flansches sind jeweils die Ringabschnitte
eines der beiden Kupplungskörper mittels Schrauben befestigt.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
es zeigen: Fig. 1 die Ansicht "A" aus Fig. 2 in Vollkreisdarstellung eines aus drei
Kupplungssegmenten bestehenden Kupplungskörpers, jedoch sind die Kupplungsnabe und
der Spannring zwecks besserer Obersichtlichkeit nicht dargestellt, Fig. 2 den Schnitt
II-II aus Fig. 1, jedoch nur durch die-obere Kupplungshälfte, Fig. 3 die Ansicht
"A" aus Fig. 2 in Vollkreisdarstellung eines aus vier Kupplungssegmenten bestehenden
Kupplungskörpers, Fig. 4 ein einzelnes Kupplungssegment eines in vier Kupplungssegmente
aufgeteilten Kupplungskörpers in der Ansicht "B" aus Fig. 2, jedoch zwecks Obersichtlichkeit
ohne gummielastischen Stützkörper, Fig.5 den Schnitt V-V aus Fig. 4, jedoch mit
Stützkörper Der erfindungsgemäße scheibenartige Kupplungskörper 1 im Beispiel der
Fig. 1 und 2 ist radial in drei Kupplungssegmente 2 aufgeteilt. Dementsprechend
sind der Nabenring aus Nabenringteilen 3 und der Flanschring aus Flanschringteilen
4 zusammengesetzt. Die Abstände 17 zwischen den Kupplungssegmenten 2 sind gleich
groß und divergieren von der Drehachse zur Peripherie hin. Jedes Kupplungssegment
2 weist einen segmentförmigen gummielastischen Stützkörper 5 auf, der mit einem
Nabenringteil 3 und einem Flanschringteil 4 durch Vulkanisation verbunden ist. An
der Außenfläche des Stützkörpers 5 sind Seilstränge 6 eines nicht dehnbaren Seiles
anvulkanisiert, das über die ganze Breite des Kupplungssegmentes 2 durchläuft und
von einer dünnen Gummischicht überdeckt ist.
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Die Seilstränge 6 selbst sind in Fig. 1 nicht dargestellt, sondern
lediglich rippenartige Erhöhungen 16, die von den Seilsträngen auf der konvexen
Oberfläche des Stützkörpers 5 gebildet sind. In den Seildurchtrittsöffnungen
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der Nabenringteile 3 und der Flanschringteile 4 sind in an sich bekannter Weise
Federkörper 8 angeordnet, die eine weitgehend gleichmäßige Belastung der Seilstränge
6 gewährleisten und zugleich verhindern, daß die Seilstränge 6 an den Kanten der
Seildurchtrittsöffnungen 7 beschädigt werden. Die Nabenringteile 3 sind mittels
parallel zur Drehachse 9 angeordneter Schrauben 10 mit einem senkrecht zur Drehachse
angeordneten Flansch 11 einer an sich bekannten Kupplungsnabe 12 verbunden, während
die Flanschringteile 4 mittels Schrauben 13 an einem an den Flanschringteilen 4
anliegenden Haltering -14 befestigt sind, der zugleich Anschlußteil einer über die
Kupplung antreibenden, jedoch nicht dargestellten Maschine ist. Die Bohrungen 19
sind für die zum Anschließen an die Maschine üblicherweise vorgesehenen, nicht dargestellten
Schrauben bestimmt. Parallel zur Kupplungsnabe 12 ist auf die Nabenringteile 3 ein
Spannring 15 als zusätzliche Halterung aufgesetzt, der in üblicherweise innen konisch
ausgebildet ist, mit entsprechend konischen Flächen der Nabenringteile 3 korrespondiert
und bewirkt, daß die Schrauben 10 nach dem Anziehen weitestgehend von Kippmomentbelastungen
freigehalten werden. Mit 18 ist eine Abtriebswelle bezeichnet, auf der die Kupplungsnabe
12 in an sich bekannter Weise befestigt ist.
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Im Beispiel der Fig. 3 bis 5 ist der Kupplungskörper 21 in vier Kupplungssegmente
20 mit Nabenringteilen 23, Flanschringteilen 24 und segmentförmigen gummielastischen
Stützkörpern 25 aufgeteilt. Die Kupplungssegmente 20 sind derart gestaltet, daß
ihre seitlichen Begrenzungsflächen zu den den jeweils benachbarten Kupplungssegmenten
parallel zueinander verlaufen, so daß die Abstände 27 zwischen den Kupplungssegmenten
20 in ganzer Länge gleich groß sind. Im übrigen stimmt die Ausführung des Kupplungskörpers
21 mit dem Aufbau des Kupplungskörpers 1 gemäß Fig. 1 und 2 überein, jedoch sind
die Kupplungsnabe 12 mit ihrem Flansch 11, der Spannring 15 und die Schrauben 10
nicht dargestellt, lediglich die Bohrungen 28 für letztere sind gezeigt.
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Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Vulkanisierfläche 30, mit der
der Stützkörper 25 an dem Flanschringteil 24 befestigt ist, mit einem Neigungswinkel
α gegenüber der Querschnittsachse 26 des Stützkörpers ausgeführt ist, der
größer ist als der Neigungswinkel/3 der Vulkanisierfläche 29 gegenüber der Querschnittsachse
26.
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