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Wellenkupplung
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Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung zur Reibungsverbindung
zweier in einer Achse liegender Wellen mit zylindrischen Endabschnitten, mit einer
inneren Büchse, die eine zylindrische Bohrung aufweist, welche ein geringes Uebermass
gegenüber den zylindrischen Endabschnitten der Wellen hat und eine leicht konische
äussere Fläche aufweist, sowie mit einer äusseren Büchse, die eine innere konische
Fläche aufweist, welche zur Zusammenwirkung mit dieser äusseren Fläche geeignet
ist und mit einer Bohrung zur Zufuhr von hydraulischem Medium mit hohem Druck zwischen
die konischen Flächen der inneren und der äusseren Büchse versehen ist, wodurch
die äussere Büchse mit verhältnismässig geringer Kraft auf der inneren Büchse in
eine Betriebsstellung verschoben werden kann, in welcher die innere Büchse von der
äusseren Büchse zusammengedrückt und gegen die Endabschnitte der Wellen angepresst
wird, derart, dass eine Reibungsverbindung der beiden Wellen entsteht, wobei die
äussere Büchse Tragabschnitte aufweist, die in Betriebsstellung zum Umschliessen
der Endabschnitte der Wellen bestimmt sind, sowie einen zwischen den Tragabschnitten
befindlichen Zwischenabschnitt der sich in Betriebsstellung im Bereich zwischen
den beiden Wellen befindet.
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Derartige Wellenkupplungen werden unter anderem zur Verbindung von
Propellerwellen von Schiffen mit ihren Antriebswellen verwendet. Sie haben den Vorteil,
dass sie Keilnuten vermeiden, wenig Platz einnehmen und leicht angebrachtund wieder
gelöst werden können.
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Die bekannte Ausführung dieser Wellenkupplung hat jedoch den Nachteil,
dass bei ihr beim Aufziehen der äusseren Büchse die innere Büchse entlang ihrer
ganzen Länge abgestützt sein muss. An der Stelle eines Spaltes würde nämlich die
innere Büchse durch die dabei auftretenden hohen hydraulischen Drücke zerstört.
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So müssen z.B. die beiden Enden der miteinander zu verbindenden Wellen
ohne Spalt aneinander stossen, was unter Umständen teuere Anpassungsarbeiten bei
der Montage der Wellen erfordert.
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Es gibt andererseits Fälle wie z.B. bei Verstellpropellern, wo zwei
Hohlwellen miteinander verbunden werden sollen, welche in ihren Hohlräumen Rohrleitungen
enthalten. Diese Rohrleitungen sind in der Regel an der Verbindungsstelle beider
Wellen mit Rohrkupplungen versehen, um auf diese weise den Propeller mit seiner
Propellerwelle vollständig von der Antriebswelle trennen zu können.
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In diesem Fall müssen bei den heutigen Wellenkupplungen dieser Art
zweiteilige ringförmige Einsatzstücke in den Zwischenraum zwischen den beiden Wellenenden
eingepasst werden, um eine Abstützung der inneren Büchse bei der Montage durch Aufziehen
der äusseren Büchse zu gewährleisten. Diese Arbeit ist, da sie erst nach dem Einbau
des Propellers im Schiff durchgeführt werden kann, umständlich und teuer
Die
Erfindung hat die Schaffung einer Wellenkupplung der erwähnten Art zum Ziel, welche
eine einfache Verbindung zweier Wellen gestattet, und zwar unabhängig davon, ob
die Wellen ohne Zwischenraum aneinander stossen oder ob sich zwischen ihnen ein
Zwischenraum befindet.
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Die erfindungsgemässe Wellenkupplung, durch welche dieses Ziel erreicht
wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Tragabschnitte mit mindestens
je einer Bohrung für die Zufuhr des Druckmediums versehen sind, und dass im Zwischenabschnitt
mindestens eine Abflussbohrung für die Ableitung des hydraulischen Mediums vorgesehen
ist.
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Vorzugsweise kann die Abflussbohrung in der äusseren Büchse ausgebildet
sein.
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Es ist jedoch auch eine Ausführung denkbar, bei welcher die Abflussbohrung
in der inneren Büchse ausgebildet ist. Bei Verbindungen von Hohlwellen, deren Enden
in einem Abstand voneinander angeordnet sind, kann das hydraulische Druckmedium
ungehindert in den Hohlraum der Hohlwellen abfliessen. Diese Ausführungsform ist
besonders in Fällen vorteilhaft, wo die Bewegung der äusseren Büchse auf der inneren
Büchse bei der Montage grösser ist, als der Spalt zwischen den beiden Wellenenden.
Die Abflussöffnung kann nämlich genau über dem Spalt angeordnet werden.
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Die erfindungsgemässe Wellenkupplung kann so ausgebildet sein, dass
die zylindrische Bohrung der inneren Büchse ab gestuft ist, derart, dass sie aus
zwei zylindrischen Abschnitten mit verschiedenen Durchmessern besteht und zur Verbindung
von Wellenenden mit entsprechenden Durchmessern geeignet ist. Eine Verbindung derartiger
Wellenenden war mit den bekannten Büchsen nicht möglich.
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Dabei kann der zylindrische Abschnitt mit grösserem Durchmesser im
Tragabschnitt der inneren Büchse mit ebenfalls grösserem Durchmesser ausgebildet
sein. Dadurch wird eine Kupplung gewonnen, deren innere Büchse in beiden Tragabschnitten
trotz konischer Aussenfläche gleiche Dicken aufweisen kann. Das kann für die Auslegung
und Berechnung der Dimensionen der Kupplung von Vorteil sein.
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Vorzugsweise kann der Abflussbohrung eine Ringnut zugeordnet sein.
Diese gewährleistet einen gleichmässigen Abfluss des hydraulischen Mediums am Umfang
der Kupplung.
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Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter
Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Teilschnitt einer erfindungsgemässen
Wellenkupplung zur Verbindung einer Propellerwelle mit einer Antriebswelle, und
Fig 2 eine einem Ausschnitt aus der Figur 1 entsprechende Darstellung einer anderen
Ausführungsform der erfindungsgemässen Kupplung.
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Die Kupplung 1 nach der Figur 1 verbindet zwei Hohlwellen 2 und 3,
von denen z.B. die eine die Propellerwelle eines Verstellpropellers und die andere
eine Antriebswelle sein kann.
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Im Falle eines Antriebes eines Verstellpropellers enthalten die Bohrungen
4 und 5 nicht dargestellte Rohrleitungen für die Zufuhr und die Rückführung von
hydraulischem Medium zur Betätigung des Propellers, unter Umständen auch elektrische
Leitungen, wobei sich im dargestellten Spalt 6 zwischen den Enden der Wellen 2 und
3 Kupplungen zum Trennen dieser Leitungen beim Ausbau einer der Wellen befinden,
insbesondere,
wenn z.B. die andere Welle nicht verschoben werden
soll.
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Die in Figur 1 dargestellte Wellenkupplung hat eine innere Büchse
7, eine äussere Büchse 8 sowie einen Abschlussring 10.
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Die innere Büchse 7 hat eine zylindrische Bohrung 11, die ein geringes
Uebermass von z.B. 0,15 mm gegenüber den Durchmessern D der dargestellten Endabschnitte
der Wellen 2 und 3 hat. Ausserdem enthält die innere Büchse 7 eine leicht konische
äussere Fläche 12 mit einer Konizität von z.B. 1:50 bis 1:80. Am kleineren Ende
ist die innere Büchse 7 mit einem Gewinde 13 sowie mit einem Dichtungsring 14 versehen.
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Die äussere Büchse 8 hat eine innere konische Fläche 15, welche zur
Zusammenwirkung mit der äusseren konischen Fläche 12 der inneren Büchse 7 geeignet
ist. Das bedeutet, dass sie die gleiche Konizität wie diese hat, und dass ihr Durchmesser
entsprechend den Anforderungen zur Bildung der Reibungsverbindung und zu ihrem Lösen
gewählt ist.
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Der Abschlussring 10 hat ein Innengewinde 16, das auf dem Aussengewinde
13 der inneren Büchse 7 aufgeschraubt ist, und eine an das Gewinde 16 anschliessende
zylindrische Bohrung 17, welche mit der Dichtung 14 der inneren Büchse 7 dichtend
zusammenwirkt. Aussen ist der Abschlussring 10 mit einer zylindrischen Fläche 18
versehen, in welcher sich ein Dichtungsring 20 befindet, der dichtend mit einer
zylindrischen Bohrung 21 zusammenwirkt, die im Ende der äusseren Büchse 8 ausgebildet
ist. Die zylindrische Bohrung 21 bildet mit dem Abschlussring einen Zylinderraum
22, dessen Zweck im folgenden beschrieben wird.
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Die Figur 1 zeigt die Wellenkupplung in Betriebsstellung, d.h. in
einer Stellung, in welcher die äussere Büchse 8 mit der Hilfe der konischen Fläche
12 und 15 die innere Büchse 7 derart zusammendrückt, dass die Endabschnitte der
Wellen 2 und 3 in der inneren Büchse 7 eingeklemmt sind, und zwar so stark, dass
die Reibung zur Uebertragung des erforderlichen Drehmomentes von der Antriebswelle
auf die angetriebene Welle ausreicht. In dieser Stellung hat die Kupplung und insbesondere
ihre äussere Büchse 8 zwei Tragabschnitte A sowie einen zwischen diesen befindlichen
Zwischenabschnitt B. Der Zwischenabschnitt B erstreckt sich über die Ausdehnung
des Spaltes 6 zwischen den Endflächen 23 und 24 der Wellen 2 und 3. Die Tragabschnitte
A erstrecken sich von der betreffenden Endfläche bis zur Stelle, wo die Klemmwirkung
zwischen den Büchsen 7 und 8 aufhört, d.h. über den Bereich wo sich die konischen
Flächen 12 und 15 berühren.
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Wie aus der Figur 1 hervorgeht, befinden sich in der äusseren Büchse
8 an Stellen, welche innerhalb der Tragabschnitte A liegen, Zuführbohrungen 30 für
die Zufuhr von Drucköl beim Zusammenbau bzw. beim Lösen der Kupplung. An einer Stelle,
welche in Betriebsstellung im Zwischenabschnitt B liegt, befindet sich eine Abflussöffnung
31 für das hydraulische Medium. In den Zwischenraum der Bohrung 21 mündet eine Zuführbohrung
32. Den Bohrungen 30 sind Ringnuten 33 zugeordnet, welche eine Verteilung des zugeführten
Oeles am Umfang der Fläche 15 gewährleisten. Mit einer entsprechen den Nut 34 ist
auch die Bohrung 31 versehen, um den gleichmässigen Abfluss des hydraulischen Mediums
über den Umfang zu ermöglichen.
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Wenn die Wellenkupplung nach der Figur 1 gelöst werden soll,
derart,
dass die Wellen 2 und 3 voneinander getrennt werden können, wird in an sich bekannter
Weise durch die Zuführbohrungen 30 Drucköl mit sehr hohem Druck zugeführt, worauf
die äussere Büchse 8 auf der konischen Fläche der inneren Büchse 7 nach links bewegt
wird. Dadurch wird die Klemmwirkung auf die innere Büchse 7 aufgehoben, so dass
sich diese ausdehnen kann und die Reibungsverbindung zwischen der inneren Büchse
7 und den Enden der Wellen 2 und 3 gelöst wird.
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Die Kupplung kann auf den Wellen seitlich verschoben werden.
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Wenn andererseits die Kupplung in ihren Betriebszustand gebracht werden
soll, in welchem sie durch Reibungswirkung die Wellen 2 und 3 verbindet, muss die
äussere Büchse 8 auf der inneren Büchse 7 in die dargestellte Betriebsstellung gebracht
werden. Das erfolgt auf die Weise, dass ebenfalls Drucköl den Bohrungen 30 zugeführt
wird und dass gleichzeitig anderes Drucköl durch die Bohrung 32 in den Zylinderraum
22 eingeführt wird. Das durch die Bohrungen 30 zwischen die konischen Flächen 12
und 15 eingeführte Drucköl dehnt die äussere Büchse 8 aus, so dass diese auf der
konischen Fläche in der Klemmrichtung bewegt werden kann. Diese Bewegung erfolgt
unter dem Einfluss des Drucköles, das im Zylinderraum 22 wirkt.
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Diese Vorgänge sind an sich bei den bisherigen Kupplungen dieser Art
bekannt. Erfindungsgemäss ist hingegen die Abflussbohrung 31 mit ihrer Ringnut 34
vorgesehen, welche sich im Zwischenabschnitt B befindet, der dem Spalt 6 zwischen
den Endflächen 23 und 24 der Wellen 2 und 3 entspricht.
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Diese Bohrung gestattet ein Abfliessen des Oeles aus dem Bereich,
in welchem die innere Büchse nicht unterstützt ist und durch den sehr hohen Druck
des hydraulischen Mediums,
der im Bereich von 1000 bar liegen kann,
beschädigt würde.
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Sobald bei der vorher beschriebenen Montage ein geringster Spalt zwischen
den Flächen 12 und 15 unter dem Einfluss des zugeführten hydraulischen Mediums entsteht,
kann dieses durch die Bohrung 31 abfliessen und verliert seinen Druck, Es entfällt
daher die früher notwendige genaue Anpassung der Längen der Wellen 2 und 3, derart,
dass ihre Endflächen 23 und 24 ohne Spalt aneinander stossen, oder die Einfügung
eines genau eingepassten zweiteiligen Stützringes im Spalt 6, beides kostspielige
Massnahmen.
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Die Figur 2 zeigt eine andere mögliche Anordnung der Abflussbohrung
31 bei Hohlwellen, wie sie bei Verstellpropellern üblich sind. In diesem Fall ist
die Bohrung 31 in der inneren Büchse 7 ausgebildet und mündet in den Spalt 6.
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In der Figur 2 ist auch die Möglichkeit angedeutet, durch die erfindungsgemässe
Wellenkupplung zwei Wellen mit verschiedenen Durchmessern D1 und D2 zu verbinden,
Vorzugsweise kann dabei die innere Büchse 7 so ausgebildet sein, dass die zylindrische
Bohrung D2 mit grösserem Durchmesser im Tragabschnitt A der inneren Büchse 7 mit
ebenfalls grösserem Durchmesser ausgebildet ist.
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In der Figur 1 sind gemäss der Darstellung die Wellen 2 und 3 mit
eingepressten Stützbüchsen 35 versehen, die eine Versteifung der Wellen gegen den
äusseren Druck der Wellenkupplung gewährleisten.