DE3535557C1 - Drehmomentuebertragende Kupplungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine drehmomentübertragende Kupplungsanordnung zwischen Wellen von miteinander verbundenen Teileinheiten einer Maschinenanlage mit mindestens zwei in axialem Abstand voneinander angeordne­ ten, axiales Spiel und/oder Winkelspiel gewährenden Kupplungsbaugruppen.

Bei einer ersten bekannten Ausführungsform einer solchen Kupplungsanordnung sind die beiden Kupplungsbaugruppen als Membrankupplungsbaugruppen ausgeführt. Eine solche Kupplung ist beispielsweise auf Seite 18 eines Pros­ pekts "Contoured Flexible Diaphragm Coupling" der Firma The Bendix Corporation Electric & Fluid Power Division bekannt. Eine weitere bekannte Bauart umfaßt zwei Zahnkupplungsbaugruppen ggf. mit Bogenverzahnung. Hierzu wird verwiesen auf einen Prospekt "Bogenzahn-Kupplungen" der Firma Tacke (siehe z. B. S. 20).

Aus der DE-OS 26 55 178 ist eine drehmomentübertragende Kupplungsanordnung zwischen Wellen von miteinander ver­ bundenen Teileinheiten einer Maschinenanlage bekannt, bei der jede der Teileinheiten mit einer dazwischen liegenden Verbindungswelle über je eine Paarung, beste­ hend aus einer Membranscheibe und einer Zahnkupplung, verbunden sind, wobei in jeder Paarung die Zahnkupplung und die Membranscheibe zueinander parallel in den Dreh­ momentübertragungsweg eingeschaltet sind, und zwar unter Vermittlung eines torsionsweichen Wellenabschnitts, der dafür sorgt, daß in jeder Paarung ein Teil des Drehmoments durch die Membranscheibe und der Rest des Drehmoments durch die Zahnkupplung übertragen werden. Dabei sorgt die Membranscheibe über den torsionsweichen Wellenabschnitt dafür, daß die Zahnkupplung eine mittlere Einstel­ lung ohne Verwendung von Anschlägen beibehält.

Nachteilig bei dieser bekannten drehmomentübertragenden Kupplungsanordnung ist, daß unter Last die Axialver­ schiebbarkeit der beiden Zahnkupplungen blockiert wer­ den kann, so daß dann auftretende Wärmedehnungen zu einer axialen Überlastung führen können.

Unter Berücksichtigung der DE-OS 26 55 178 geht die Er­ findung aus von einer drehmomentübertragenden Kupplungs­ anordnung zwischen Wellen von miteinander verbundenen Teileinheiten einer Maschinenanlage mit mindestens zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten, axiales Spiel und/oder Winkelspiel gewährenden Kupplungsbau­ gruppen unter Verwendung mindestens einer Membrankupp­ lungsbaugruppe und mindestens einer Zahnkupplungsbau­ gruppe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer sol­ chen drehmomentübertragenden Kupplungsanordnung dafür zu sorgen, daß axiale Überlastungen im Drehmomentüber­ tragungsbetrieb vermieden werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorge­ schlagen, daß eine Membrankupplungsbaugruppe und eine Zahnkupplungsbaugruppe in Reihe geschaltet sind.

Bei der erfindungsgemäßen Art der Kupplungsanordnung ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß einerseits beim Aufbau der Maschinenanlage eine Toleranz im axialen Abstand der einander zugekehrten Wellenenden besteht, dank dem Vorhandensein der Zahnkupplungsbaugruppe und daß andererseits im Betrieb unter Last axiale Abstands­ schwankungen der einander zugekehrten Wellenenden durch die Membrankupplung aufgenommen werden können, wenn die Zahnkupplung durch Reibungskräfte axial schwergängig ge­ worden ist oder blockiert. So ist es insbesondere möglich, daß bei thermischen Längenveränderungen der einen und/ oder der anderen Welle diese durch die Membrankupplungs­ baugruppe ausgeglichen werden können, ohne daß es einer Axialbewegung in der Zahnkupplungsbaugruppe bedarf. Da­ bei können die elastischen Verformungs- oder Rückstell­ kräfte in der Membrankupplungsbaugruppe durch entsprechende Bemessung der Membrankupplungsbaugruppe so gering gehalten werden, daß diese Rückstellkraft auch unter Extrembedin­ gungen zu keiner Schädigung der Teileinheiten führen. Dabei ist es durchaus denkbar, daß im Betrieb bei kurz­ fristiger Unterbrechung der Drehmomentübertragung die Membrankupplung sich durch eine im Augenblick der Last­ freiheit mögliche axiale Neueinstellung der Zahnkupplungs­ baugruppe entsprechend dem jeweiligen Axialabstand der einander zugekehrten Wellenenden entspannt.

Die Bedeutung des vorstehend erläuterten Verhaltens der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung wird umso verständlicher wenn man berücksichtigt, daß in den Verzahnungen der Zahnkupplungsbaugruppe neben der unvermeidlichen Reibung auch Blockierungserscheinungen durch Einschlagen oder Einhämmern auftreten können.

Hinsichtlich der Übertragung von Axialschwingungen ist das Verhalten der erfindungsgemäßen Anordnung im wesentlichen durch die Membrankupplungsbaugruppe bestimmt, welche die Schwingungsübertragung von Teil­ einheit zu Teileinheit auch dann dämpft, wenn die Zahn­ kupplungsbaugruppe unter Last in axialer Richtung schwergängig oder blockiert ist.

Durch die Hintereinanderschaltung der Zahnkupplungsbaugruppe mit der Membrankupplungsbaugruppe wird zwangsläufig eine "Führung" der Zahnkupplungsbaugruppe in axialer Richtung gewährleistet, d.h. es sind keine besonderen Maßnahmen wie Anschlagskombinationen notwendig, um ein relatives axiales Auswandern der Verzahnungen in der Zahnkupplungs­ baugruppe zu beschränken.

Die Fähigkeit der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung zum Ausgleich von Flucht- und Winkelfehlern zwischen den Wellen beruht auf der Gelenkigkeit, die in der Membrankupplungsbaugruppe ohne weiteres gegeben ist und die - in geringem Umfang - auch bei Zahnkupplungs­ baugruppen vorhanden ist und dort noch vergrößert werden kann, beispielsweise durch Ausbildung mindestens einer der hier zusammenwirkenden Verzahnungen als Bogenverzahnung.

Gegenüber Paarungen von zwei Membrankupplungsbaugruppen zeichnet sich die erfindungsgemäße Anordnung auch durch geringeren Raumbedarf und durch geringes Gewicht aus. Vom Montageaufwand erweist sich die erfindungsge­ mäße Kupplungsanordnung gegenüber Paarungen von zwei Membrankupplungsbaugruppen auch insofern als vorteilhaft, als der bei Membrankupplungsbaugruppen größere Auswucht­ aufwand nur an einer Stelle erbracht werden muß.

Neben den in den im Prospekt von Bendix gezeigten Membrankupplungsbaugruppen mit Kreisringmembran kommen für die Anwendung bei erfindungsgemäßen Membrankupp­ lungsanordnungen auch Membrankupplungsbaugruppen mit Blattlenkermembran in Frage.

Die beiliegenden Figuren erläutern die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen. Es stellen dar:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung erster Bauart zwischen einem Verdichter und einem den Verdichter treibenden Getriebe,

Fig. 2 eine Abwandlung der Kupplungsanordnung gemäß Fig. 1, bei der zwei Membrankupplungsbau­ gruppen und eine Zahnkupplungsbaugruppe in Reihe geschaltet sind,

Fig. 3 eine Abwandlung der Kupplungsanordnung gemäß Fig. 1, bei der die Membrankupplungsbaugruppe mit einer Doppelmembran ausgeführt ist und

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung, bei der die Zahnkupplungsbaugruppe als Steck­ kupplungsbaugruppe ausgebildet ist.

In Fig. 1 erkennt man einen Verdichter 10 mit einer Antriebswelle 12 und ein Getriebe 14 mit einer an einen nicht gezeigten Antriebsmotor angeschlossenen Eingangswelle 16 und einer Ausgangswelle 18. Die Ge­ triebeausgangswelle 18 und die Verdichtereingangswelle 12 sind durch eine Kupplungsanordnung 20 miteinander verbunden. Die Kupplungsanordnung 20 umfaßt eine Membran­ kupplungsbaugruppe 22 und eine Zahnkupplungsbaugruppe 24. Die Membrankupplungsbaugruppe 22 ist aufgebaut aus einer starren Kupplungsscheibe 22 a, die mit einem Hohlkonus 22 b auf einem Außenkonus 12 a der Verdichter­ einangswelle 12 aufgepreßt ist und einer flexiblen Membranscheibe 22 c, die mit einer Hohlwelle 26 verbunden, beispielsweise an dem radial inneren Rand verschweißt ist. Die starre Kupplungsscheibe 22 a ist mit der flexib­ len Membranscheibe 22 c durch ineinandergreifende (nicht dargestellte) Zentrierfortsätze zentriert und durch über den Umfang verteilte Schrauben 22 d verbunden.

Die Zahnkupplungsbaugruppe 24 umfaßt eine außenverzahnte Nabe 18 a auf der Getriebeausgangswelle 18 und einen innenverzahnten Zahnring 24 a, der mit einem Flansch 26 a der Hohlwelle 26 durch Schrauben 24 b verbunden ist. Die Verzahnungen der Teile 18 a und 24 a können als Bogenverzahnungen ausgeführt sein.

Beim Zusammenbau der Maschinenanlage gemäß Fig. 1 ist der axiale Abstand der einander zugekehrten Wellen­ enden der Wellen 12 a und 18 a relativ unkritisch, da ein Ausgleich durch die Zahnkupplungsbaugruppe 24 geschaffen wird. Die Montage und Demontage ist dadurch erleichtert, da die Hohlwelle 26 bei der Montage nach­ träglich zwischen die bereits aufgestellten Anlagen­ teile 10 und 14 eingesetzt werden kann und anderer­ seits ausgebaut werden kann, ohne daß die Teileinheiten 10 und 14 verrückt werden müssen.

Nimmt man an, daß mindestens eine der Wellen 12, 16 großen Wärmedehnungen unterliegt, was insbesondere bei sehr langen Wellen zu erwarten ist, so kann der Längenausgleich im Betrieb durch die Membrankupplungs- Baugruppe 22 erfolgen, selbst dann, wenn unter Last die Zahnkupplungsbaugruppe 24 in axialer Richtung schwergängig oder ggf. sogar blockiert ist. Axiale Schwingungen werden nicht oder nur in stark gedämpfter Weise übertragen, dank der Flexibilität der Membran­ scheibe 22 c.

In der Ausführungsform der Fig. 2 sind analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1 jeweils vermehrt um die Zahl 100. Bei dieser Ausführungs­ form ist zwischen der Hohlwelle 126 und der Zahnkupplungs­ baugruppe 124 noch eine weitere Membrankupplungsbau­ gruppe 128 vorgesehen, die durch den Flansch 124c des Zahnrings 124 a einerseits und durch eine Membran­ scheibe 128 a andererseits gebildet ist und ähnlich aufgebaut ist wie für die Membrankupplungsbaugruppe 22 im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben. Dabei über­ nimmt die Membranscheibe 128 a gleichzeitig noch die Ankupplung und Drehmomentweiterleitung wie der Flansch 26 a in Fig. 1. Die Ausführungsform nach Fig. 2 hat über den Vorteil nach Fig. 1 hinaus noch den weiteren Vorteil, daß sich ein größeres Winkelspiel erzeugen läßt, ggf. auch ohne den Einsatz von Bogenverzahnungen. Weiterhin wird eine größere Verformungsweichheit in axia­ ler Richtung erzielt, was insbesondere bei großen Wärme­ dehungen von Bedeutung ist.

Die Ausführungsform nach Fig. 3 ist in ihrer rechten Hälfte identisch mit der rechten Hälfte der Ausführungs­ form nach Fig. 1. Die linke Hälfte gemäß Fig. 3, d.h. die Membrankupplungsbaugruppe 222 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch, daß auch die Kupplungsscheibe 22 a als Membranscheibe ausgebildet ist. Auf diese Weise wird eine größere Verformungsweich­ heit in axialer Richtung erzielt, was insbesondere bei großen Wärmedehnungen von Bedeutung ist.

Allen drei Ausführungsformen nach den Fig. 1, 2 und 3 ist gemeinsam, daß in der Zahnkupplungsbaugruppe 24 bzw. 124 bzw. 224 keine besonderen Maßnahmen notwendig sind, um ein axiales Auswandern der miteinander in Eingriff stehenden Verzahnung zu begrenzen. Diese Funktion wird vielmehr von der Membrankupplungsbau­ gruppe 22 bzw. 122 bzw. 222 übernommen.

In der Ausführungsform nach Fig. 4 sind analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1 jeweils vermehrt um die Zahl 300.

Bei dieser Ausführungsform sitzt auf der Eingangswelle 312 eine Kupplungsscheibe 322 a, die durch eine zylindri­ sche Nabe 322 b mit der Eingangswelle 312 durch eine Paßfeder 322 e verbunden ist. Die Kupplungsscheibe 322 ist wieder mit der Membranscheibe 322 c der Membran­ kupplungsbaugruppe 322 verschraubt. Das rechte Ende der Hohlwelle 326 ist mit einer Innenverzahnung 330 versehen, welche mit einer Außenverzahnung 332 der Getriebeausgangswelle 318 in Eingriff steht. Die Ver­ zahnungen 330 und 332 bilden zusammen die Zahnkupplungs­ baugruppe 324. Bei dieser Ausführungsform hat man dank der Verwendung einer Zahnkupplungsbaugruppe einerseits die Möglichkeit eines steckkupplungsartigen Anschlusses an die Teileinheit 314, die in radialer Richtung minima­ len Raumbedarf hat und leicht ist. Andererseits hat man dank der Verwendung der Membrankupplungsbaugruppe 322 auf der linken Seite die Möglichkeit eines konven­ tionellen Nabenanschlusses an die Teileinheit 310. Es sei erwähnt, daß die Kupplungsscheibe 322 a auch als an die Welle 312 angeschmiedeter Flansch oder alternativ als zweite Membranscheibe ausgebildet sein kann.

Claims (2)

1. Drehmomentübertragende Kupplungsanordnung zwischen Wellen (12, 18) von miteinander verbundenen Teileinheiten (10, 14) einer Maschinenanlage mit mindestens zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten, axiales Spiel und/oder Winkelspiel gewährenden Kupplungsbaugruppen unter Ver­ wendung mindestens einer Membrankupplungsbaugruppe und mindestens einer Zahnkupplungsbaugruppe, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Membrankupplungsbaugruppe (22) und eine Zahnkupplungsbaugruppe (24) in Reihe geschaltet sind.

2. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die an der Membrankupplungsbaugruppe (22) auftre­ tenden axialen Rückstellkräfte klein sind gegenüber den an der Zahnkupplungsbaugruppe (24) unter Last zu erwar­ tenden axialen Reibwiderständen.