DE3417803A1

DE3417803A1 - Drehsteife, elastisch beugefaehige wellenkupplung

Info

Publication number: DE3417803A1
Application number: DE19843417803
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof. Dr.-Ing. 1000 Berlin Federn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-05-14
Filing date: 1984-05-14
Publication date: 1985-11-28
Also published as: WO1985005419A1; GB2168785B; DE3417803C2; AT392826B; GB2168785A; US4741722A; GB8600509D0; ATA901385A

Description

w 3 -

G 4113 Voith Turbo GmbH & Co.KG

Kennwort: "Mehrschnittkupplung" Crailsheim

Drehsteife, elastisch beugefähige Wellenkupplung

Die Erfindung betrifft eine drehsteife, elastisch beugefähige Wellenkupplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Wellenkupplung ist durch das deutsche Gebrauchsmuster 73 21 095 bekannt. Dort findet als elastisches Übertragungselement zwischen den beiden Kupplungshälften eine Scheibe aus geschichteten Membranen Verwendung. Vom Innenrand des Membranpakets her greifen an beiden Seiten Mitnehmer der einen Kupplungshälfte an. Dabei ist der eine Mitnehmer als Bund der Kupplungshälfte ausgebildet, während der als Ringscheibe gestaltete andere Mitnehmer drehfest auf einem Zapfen dieser Kupplungshälfte sitzt. Die Mitnehmer dieser Kupplungshälfte und das Membranpaket sind kraft- und formschlüssig mittels Durchsteckschrauben verbunden. Auf diese Weise ist eine zweischnittige Befestigung des Membranpakets an dieser Kupplungshälfte erzielt.

Der Außenrand des Membranpakets der bekannten Wellenkupplung ist von Mitnehmern der anderen Kupplungshälfte umgriffen. Die Verbindung zwischen diesen Mitnehmern und dem Membranpaket ist hier durch Niete hergestellt. Weil aber lediglich die an einer Seite des Membranpakets angreifenden Mitnehmer drehfest mit der zugeordneten Kupplungshälfte verbunden sind, ist nur eine einschnittige Befestigung der Membranen an der Kupplungshälfte gegeben. Durch die zweischnittige Befestigung am Innenrand und die einschnittige Befestigung am Außenrand des Membranpakets ist zwar den auf verschiedenen Radien angreifenden, unterschiedlich großen Kräften Rechnung getragen, dennoch liegt hier eine unharmonische Übertragung der Kräfte zwischen deren Angriffspunkten am Membranpaket vor. Das dabei auf Schub beanspruchte Membranpaket ist im Hinblick auf die am Außenrand des Membranpakets wirkenden niedrigeren Kräfte dort im Querschnitt überdimensioniert. Dies hat aber einen höheren Beugewiderstand des Membranpakets zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Belastbarkeit einer Wellenkupplung bei verbesserter Beugefähigkeit zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination gelöst.

Die Lösung ist insofern vorteilhaft, als die Übertragung eines Drehmoments durch Kräfte von den Mitnehmern der einen Kupplungshälfte auf die biegeelastische Ringscheibe und von dieser auf die Mitnehmer der anderen Kupplungsnälfte auf einem Radius erfolgt. Die an den Angriffspunkten der Mitnehmer wirkenden Kräfte sind daher gleich groß und belasten die Ringscheibe im wesentlichen auf Druck und Zug. Aufgrund dieser ausgeglichenen Kraftübertragung wird die Ringscheibe gleichmäßig beansprucht, so daß sie im Vergleich zum Entwicklungsstand einen geringeren Querschnitt bei gleicher Ubertragungsfähigkeit und verbesserter

Beugefähigkeit haben kann. Durch die mehrschnittige Befestigung der Mitnehmer beider Kupplungshälften an der biegeelastischen Ringscheibe auf einem vergleichsweise großen Radius ist die Übertragungsfähigkeit der Kupplung gegenüber der bekannten Ausführung wesentlich gesteigert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die im Patentanspruch 2 angegebene Maßnahme wird erreicht, daß die Mitnehmer bei gleichzeitiger Verringerung ihrer Masse eine hohe Festigkeit aufweisen und die Ringscheibe beiderseits umfassen können.

Die in den Patentansprüchen 3 und 4 erwähnten Ausgestaltungen der Erfindung haben den Zweck, die Mehrschnittigkeit der Verbindung zwischen den Ringscheiben bzw. Ringscheibenpaketen und den Mitnehmern zu erhöhen.

Durch die Maßnahme des Anspruchs 5 wird die Übertragung besonders hoher Kräfte auf einem kleinen Radius sichergestellt.

Die im Patentanspruch 6 angegebene Maßnahme hat den Zweck, die Kerbwirkung zwischen den Mitnehmern und der Ringscheibe bzw. den Ringscheiben zu verringern, wenn bei Überschreiten des Reibschlusses ein Teil der Drehmomentübertragung formschlüssig erfolgt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine zwischen zwei Kupplungshälften angeordnete Wellenkupplung als erstes Ausführungsbeispiel, die im wesentlichen aus Mitnehmern der beiden

Kupplungshälften und dazwischen angeordneten Kingscheioen als elastisches Übertragungselement besteht,

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II in Fig. gesehen je eines Mitnehmers der entsprechenden Kupplungshälfte mit dazwischenliegender Ringscheibe in gegenüber Fig. 1 verkleinertem Maßstab, und

Fig. 3 einen Querschnitt einer nur eine Ringscheibe aufweisenden gleichartigen Wellenkupplung als zweites Ausführungsbeispiel, bei der die Verbindung der Mitnehmer zur inneren Kupplungshälfte zusätzlich mit Formschluß erfolgt.

Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer drehsteifen, elastisch beugefähigen Wellenkupplung 10 weist eine Kupplungshälfte 11 mit einem Flansch großen Durchmessers auf. An diesen Flansch 12 sind stirnseitig drei Mitnehmer 13, 14 und 15 deckungsgleich angefügt. Wie Fig. 2 links am Beispiel des Mitnehmers 14 zeigt, sind die Mitnehmer 13, 14 und 15 als konzentrisch zur Drehachse 16 der Wellenkupplung 10 verlaufende, geschlossene Kreisringe 17 ausgebildet. Von .diesen gehen drei in gleichmäßiger Teilung von 120° sich radial gegen die Drehachse 16 erstreckende, zungenförmige Laschen 18 aus. Die beiden Mitnehmer 13 und 15 sind sowohl im Bereich des Ringes 17 als auch der Laschen 18 gleich dick. Der Ring 17 des Mitnehmers 14 ist im Querschnitt beiderseits seiner Lasche 18 verstärkt, so daß ein Spalt entsprechender Breite zwischen den Laschen 18 der aufeinandergeschichteten Mitnehmer 13 bis 15 verbleibt. In Abweichung vom beschriebenen Ausführungsbeispiel kann der Mitnehmer 14 aber auch aus einem oder zwei formgleichen Mitnehmern 13 oder 15 bestehen, an den bzw. an die beiderseits Distanzringe entsprechender Breite angefügt sind. Die Mitnehmer 13 bis 15 sind mit dem Flansch 12 der Kupplungshälfte 11 mittels Durchsteck- und Paßschrauben 19 drehfest verbunden.

Die zweite Kupplungshälfte 20 der Wellenkupplung 10 weist einen Flansch 21 geringeren Durchmessers als derjenige der anderen Kupplungshälfte 11 auf. An den Flansch 21 sind konzentrisch zur Drehachse 16 angeordnete, deckungsgleich aufeinanderliegende Mitnehmer 22, 23 und 24 angefügt. Der rechts in Fig. 2 dargestellte Mitnehmer 24 der Kupplungshälfte 20 weist einen geschlossenen Kreisring 25 auf, von dem drei in gleichmäßiger Teilung von 120° radial nach außen verlaufende Laschen 26 ausgehen. Entsprechend sind auch die beiden anderen Mitnehmer 22 und 23 gestaltet. Die Mitnehmer 22 bis 24 sind mit Durchsteck- und Paßschrauben 27 am Flansch 21 der Kupplungshälfte 20 drehfest verschraubt.

Wie Fig. 1 deutlich zeigt, haben die sich in der jeweils gleichen Radialebene erstreckenden Laschen der Mitnehmer 13 bis 15 und 22 bis 24 einen gleich breiten Querschnitt. Außerdem greifen die in Umfangsrichtung um 60 gegeneinander versetzten Laschen 18 und 26 der jeweils einander zugeordneten Mitnehmer 13 und 22 bzw. 14 und 23 bzw. 15 und 24 der beiden Kupplungshälften 11 und 20 mit gegenseitigem Spiel ineinander, wie dies links in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien vereinfacht für die Mitnehmer 14 und 23 dargestellt ist.

Als Übertragungsglieder für die beiden Kupplungshälften 11 und 20 sind zwischen die im Querschnitt einander benachbarten Laschen 18 bzw. 26 der entsprechenden Mitnehmer elastische Ringscheiben 28 eingefügt. Die dünnwandigen Ringscheiben 28 haben im wesentlichen Kreisringform (Fig. 2). Sie sind unter einer Teilung von 60° mit Gruppen von drei Bohrungen 29 versehen. Zwischen diesen Bohrungsgruppen 29 ist der Querschnitt der Ringscheiben 28 radial verjüngt. Die auf einem mittleren Radius r liegenden Bohrungsgruppen 29 finden sich auch bei den Laschen 18 und 26 der Mitnehmer 13 bis 15 und 22 bis 24 wieder. Die Bohrungen 29 nehmen Durchsteckschrauben 30 zur drehfesten Ver-

bindung der Ringscheiben 28 mit den Mitnehmern 13 bis 15 und bis 24 der beiden Kupplungshälften 11 und 20 auf, wobei in jeder Bohrungsgruppe jeweils mindestens eine Schraube als Paßschraube ausgebildet oder von einer Paßhülse (nicht dargestellt) umgeben ist. Dabei sind zu beiden Seiten der Ringscheiben 28 entsprechend gestaltete Unterlegscheiben 31 eingefügt (geschwärzte Querschnitte in Fig. 1). Diese können aus einem Werkstoff mit geringerem Ε-Modul als die Ringscheiben bestehen. Sie können zur Verminderung der Einspannkerbwirkung mit den Ringscheiben durch Kleben oder Löten verbunden sein. Anstelle der Unterlegscheiben können die Ringscheiben im Einspannbereich zusätzlich axial mit allmählichem Übergang zum biegeelastisch federnden Bereich verstärkt werden (nicht dargestellt).

Beim in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel einer Wellenkupplung 40 sind an ihrer einen Kupplungshälfte 41 am Flansch 42 großen Durchmessers lediglich zwei Mitnehmer 43 und 44 mit Laschen 45 befestigt. Diese Mitnehmer entsprechen den Mitnehmern 13 und 15 des ersten Ausführungsbeispiels. Zwischen die Mitnehmer 43 und 44 ist ein Distanzring 46 eingefügt. Diese drei Bauteile sind mit Schraubverbindungen 47 reibschlüssig am Flansch 42 gehalten.

Am Flansch 48 kleinen Durchmessers der anderen Kupplungshälfte 49 sind zwei Laschen 50 aufweisende Mitnehmer 51 und 52 mit dazwischen liegendem Distanzring 53 durch Schraubverbindungen 54 befestigt. Die Mitnehmer 51 und 52 entsprechen den außenliegenden Mitnehmern 22 und 24 des ersten Ausführungsbeispiels. Da sich die als einschnittig zu betrachtende Befestigung der Mitnehmer 51 und 52 am Flansch 48 auf einem relativ kleinen Radius befindet, kann unter Umständen der von der Schraubverbindung 54 erzielte Reibschluß zur Übertragung eines hohen Drehmoments nicht ausreichen. Die Kupplungshälfte 49 ist daher im Bereich der Mitnehmer 51 und 52 mit einer Außenverzahnung 55 versehen,

in welche die Mitnehmer mit einer Innenverzahnung 56 an ihrem Innenrand formschlüssig eingreifen. Dieser zusätzliche Formschluß kann auch durch (nicht dargestellte) Stirnverzahnung der einander zugewandten Stirnseiten des Mitnehmers 52 und des Flansches 48 der Kupplungshälfte 49 erzielt werden. Ferner sind als weitere, die Mitnehmer beider Kupplungshälften mit dem jeweiligen Kupplungsflansch verbindende Formschlußelemente, wie Paßbolzen, Zylinderstifte u.dgl. geeignet. Eine Vergrößerung der Übertragungsfähigkeit ist durch Verbesserung des Reibschlusses, z.B. mittels eines Flachgewindes oder geeigneter Profilierung der Stirnseiten der einander zugeordneten Bauteile möglich.

Zwischen die in jeweils gleichen Ebenen verlaufenden Laschen 45 und 50 der Mitnehmer 43, 44 und 51, 53 der beiden Kupplungshälften 41 und 49 ist als Übertragungsglied nur eine elastische Ringscheibe 57 eingefügt, welche einer der Scheiben 28 des ersten Ausführungsbeispieles entspricht. Hierdurch ist die Wellenkupplung 40 beugeweicher als eine solche mit unter gegenseitigem axialem Abstand angeordneten Übertragungsgliedern. Anstelle einer Ringscheibe kann aber auch ein Ringscheibenpaket (nicht dargestellt) verwendet werden.

Die Ringscheibe 57 ist in Umfangsrichtung wechselweise mit den Laschen 45 der Mitnehmer 43, 44 bzw. den Laschen 50 der Mitnehmer 51, 52 unter Zwischenlage von Unterlegscheiben 58 (geschwärzte Querschnitte) verbunden. Hierzu sind diese Bauteile von jeweils einer Bundhülse 59 durchdrungen, die mit ihrem bundabgewandten Endabschnitt in eine Scheibe 60 eingreift. Die Bundhülse 59 und die Scheibe 60 sind durch eine Schraube 61 verspannt, um den erforderlichen Reibschluß zwischen den Mitnehmern 43, 44 bzw. 51, 52 und der Ringscheibe 57 zu erzielen. Anstelle der beschriebenen Verbindung kann auch eine Verschraubung aus einer Paßschraube mit Mutter ausreichend sein.

Die erfindungsgemäße Wellenkupplung kann auch abweichend von den beiden Ausführungsbeispielen mit einer größeren Anzahl von Ringscheiben versehen werden. Diese können als Paket geschichtet zwischen die Laschen der Mitnehmer eingefügt sein. Bei der Anordnung einer größeren Anzahl von Ringscheiben oder Ringscheibenpaketen mit gegenseitigem Abstand ist die Zahl der Mitnehmer entsprechend zu erhöhen. Als Übertragungsglieder können auch Laschen oder Laschenpakete Verwendung finden, die zu einem Ring zusammengefaßt sind.

Heidenheim, 11.04.84
0019k/0085k/HKa/Srö

- Leerseite -

Claims

G 4113 Voith Turbo GmbH & Co.KG Kennwort: "Mehrschnittkupplung" Crailsheim Patentansprüche

1. Drehsteife, elastisch beugefähige Wellenkupplung (10) mit wenigstens einer rechtwinklig zur Drehachse (16) angeordneten elastischen Scheibe (28), an der Mitnehmer (13 bis 15, 22 bis 24) beider Kupplungshälften (11, 20) angreifen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Scheibe (28) ist als Ring ausgebildet,

b) die Angriffspunkte (29) der die Scheibe (28) beiderseits umfassenden Mitnehmer (13 bis 15, 22 bis 24) beider Kupplungshälften (11, 20) liegen wenigstens annähernd auf einem Radius (r).

2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer (13 bis 15, 22 bis 24) als sich radial erstreckende, zungenförmige Laschen (18, 26) ausgebildet sind, die gegen die zugeordnete Kupplungshälfte (11, 20) hin in einen konzentrisch zur Drehachse (16) verlaufenden, geschlossenen Kreisring (17, 25) übergehen.

3. Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, mit wenigstens zwei Ringscheiben (28), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Ringscheiben (28) jeweils ein Mitnehmer (14, 23) der beiden Kupplungshälften (11, 20) angeordnet ist.

4. Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, mit in Paketen angeordneten Ringscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten der einzelnen Scheibenpakete Mitnehmer der beiden Kupplungshälften beiderseits angreifen.

5. Wellenkupplung (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit Mitnehmern (51, 52), welche an der zugeordneten Kupplungshälfte (49) auf einem kleineren Radius angreifen als an der Ringscheibe (57) bzw. den Ringscheioen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmer (51, 52) mit der Kupplungshälfte (49) durch eine Verzahnung (55, 56) formschlüssig in Eingriff stehen.

6. Wellenkupplung (40) nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen (45; 50) der Mitnehmer (43, 44; 51, 52) und die Ringscheibe (57) bzw. die Ringscheiben von einer Bundhülse (59) durchdrungen sind, in die unter Zwischenlage einer Scheibe (60) eine Schraube (61) eingreift, welche die Laschen und die Mitnehmer zwischen dem Bund der Hülse und der Scheibe verspannt.

Heidenheim, 11.04.84
00l9k/0085k/HKa/Srö