DE4040702A1

DE4040702A1 - Koppelvorrichtung

Info

Publication number: DE4040702A1
Application number: DE19904040702
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Opitz; Hans-Joachim Dipl Ing Ziem
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1990-12-19
Filing date: 1990-12-19
Publication date: 1992-06-25

Description

Die Erfindung betrifft eine Koppelvorrichtung, durch die eine Antriebswelle mit einer Abtriebswelle verbindbar ist.

Es gibt in der Antriebstechnik sehr viele Fälle, in denen eine ruhende Masse schlagartig mit einer bereits in Bewegung befind lichen Masse z. B. einer rotierenden Masse gekoppelt werden muß. Bei solchen Koppelvorgängen treten sehr hohe Kraftspitzen auf, die die miteinander zu koppelnden Wellen hoch beanspruchen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Koppelvorrich tung zu schaffen, bei der die kräftemäßige Beanspruchung der zu koppelnden Teile wesentlich vermindert ist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß zwei Koppelelemente vorgesehen sind, von denen das erste Koppelelement verdreh- und axialfest mit einer der Wellen und das zweite Koppelelement verdrehfest und axial beweglich mit der anderen Welle verbunden und durch ein elastisches Stützglied in Axialrichtung abgestützt ist, daß ferner die beiden Koppelelemente an ihren einander zugewandten Stirnseiten mit nach Art einer Klauenkupplung ineinander greifenden Vorsprüngen versehen sind, deren in Umfangsrichtung aneinanderliegenden Seitenflächen in Achsrichtung schräg ver laufend angeordnet sind. Im Kopplungsfall wird durch die an den ineinandergreifenden Vorsprüngen der beiden Koppelelemente wirksame Kraft eine axiale Verschiebung des zweiten Koppel elementes gegen das elastische Stützglied bewirkt und somit die ansonsten an der zu koppelnden Welle auftretende Kraftspitze reduziert. Bei dieser Koppelvorrichtung kann durch entsprechende Bemessung des Stützgliedes ein stark gedämpfter Stoßverlauf vom Beginn bis zum Ende des Ankoppelvorganges, das bei Erreichen der gleichen Geschwindigkeit beider Wellen gegeben ist, erzielt werden.

Ein separater bzw. nachträglicher Einbau der Koppelvorrichtung wird dadurch ermöglicht, daß die beiden Koppelelemente auf einer verdreh- und axialfest mit einer der Wellen verbindbaren Zwischenhülse angeordnet sind, wobei das erste Koppelelement verdrehfest mit der entsprechenden anderen Welle gekoppelt jedoch verdrehbar und axialfest auf der Zwischenhülse gelagert ist.

Ein einfaches Ankoppeln der Abtriebswelle an das erste Koppel element wird durch die im Anspruch 3 beschriebene Ausführungs form erreicht. Als besonders geeignet erweist sich hierbei eine Ausbildung der Schaltkupplung als Klauenkupplung.

Zu hohe Preßkräfte lassen sich an den Seitenflächen der Vor sprünge dadurch vermeiden, daß die Seitenflächen nach Art von Schraubenflächen ausgebildet sind. Hierdurch wird unabhängig von der Größe der axialen Verschiebung der Vorsprünge eine flächenhafte Anlage der Seitenflächen erzielt, so daß die zwischen den Seitenflächen auftretenden Preßkräfte auf ein zulässiges Maß beschränkt bleiben.

Am zweckmäßigsten erfolgt die Abstützung des zweiten Koppel elementes mittels einer Federanordnung. Hohe Abstützkräfte bei geringem Raumbedarf lassen sich mittels Tellerfedern erreichen. Es können mehrere Tellerfederpakete axial hintereinander ange ordnet werden. Durch unterschiedliche Federkonstanten der Tellerfedern der einzelnen Federpakete kann ein gewünschter Kraftverlauf für den Koppelvorgang vorgegeben werden. So kann beispielsweise durch die Wahl einer kleineren Federkonstanten für die Federn eines der Pakete eine relativ flach ansteigende Kraftkennlinie zu Beginn eines Koppelvorganges vorgegeben werden. Nachdem die Federn dieses Paketes vollständig zusammen gedrückt sind, wird das Federpaket mit der nächsthöheren Feder konstanten wirksam. Das letzte Federpaket ist so ausgelegt, daß die Federn dieses Paketes durch die maximal auftretenden Kräfte nicht vollständig zusammengedrückt werden. Auf diese Weise wird eine Kopplung der beiden Wellen erreicht, wobei der Stoß im Vergleich zu herkömmlich starr gekoppelten Wellen wesentlich vermindert wird.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spieles wird der Anmeldungsgegenstand nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Koppelvorrichtung, bei der die Koppelelemente auf einer Zwischenhülse angeordnet sind und das erste Koppelelement direkt mit einer Abtriebswelle verbunden ist;

Fig. 2 eine Koppelvorrichtung, bei der die Koppelelemente auf einer Zwischenhülse angeordnet sind und das erste Koppel element mit einem der Ankoppelung einer Abtriebswelle dienenden Wellenstummel versehen ist;

Fig. 3 eine Koppelvorrichtung, bei der die Koppelelemente auf einer Zwischenhülse angeordnet sind und das erste Koppelelement mittels einer Schaltkupplung mit einer Abtriebswelle verbindbar ist;

Fig. 4 ineinandergreifende Vorsprünge der beiden Koppelelemente in abgewickelter Teildarstellung.

Mit 1 ist die als Antriebswelle wirkende Welle eines Motors 2 bezeichnet. Auf dem Ende 3 dieser Antriebswelle 1 ist eine Zwischenhülse 4 verdreh- und axialfest angebracht. Auf dieser Zwischenhülse 4 ist ein erstes Koppelelement 5 mittels eines Sicherungsringes 6, der sich an einem Bund 7 der Zwischenhülse 4 abstützt, axial unverschiebbar angeordnet. Dagegen ist das erste Koppelelement 5 gegenüber der Zwischenhülse 4 verdrehbar. Das Koppelelement 5 ist direkt mit einer Abtriebswelle 8 ver bunden.

Dem ersten Koppelelement 5 ist axial gegenüberliegend ein zweites Koppelelement 9 zugeordnet. An beiden Koppelelementen 5 und 9 sind an deren axial gegenüberliegenden Stirnseiten inein andergreifende Vorsprünge 10 und 11 ausgebildet. Die in Umfangsrichtung aneinanderliegenden Seitenflächen 12 der Vor sprünge 10 und 11 sind gegenüber der Achsrichtung der Wellen 1 und 8 schräg verlaufend ausgebildet.

Das zweite Koppelelement 9 ist mittels einer Zahnwellen-Ver bindung 13 verdrehfest mit der Zwischenhülse 4 verbunden, die ihrerseits durch eine Paßfeder 14 verdrehfest auf der Antriebs welle 1 sitzt. Die Zahnwellen-Verbindung 13 ermöglicht eine axiale Verschiebung des zweiten Koppelelementes 9 gegenüber der Zwischenhülse 4. Gegen diese Verschiebung ist das zweite Koppel element 9 durch Tellerfederpakete 15 elastisch abgestützt. Die Tellerfederpakete 15 selbst sind auf der dem zweiten Koppel element 9 gegenüberliegenden Seite durch einen in eine Nut 16 der Zwischenhülse 4 eingesetzten Ring 17 gegen axiales Ver schieben gesichert.

Die Koppelvorrichtung nach Fig. 2 eignet sich insbesondere zu einem nachträglichen Einbau, da die Ankoppelung einer Abtriebs welle besonders einfach gestaltet ist. An dem ersten Koppel element 5 ist ein Wellenstummel 23 angeformt, auf den die anzu koppelnde Abtriebswelle aufgesteckt werden kann.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsvariante ist statt der direkten Kopplung des ersten Koppelelementes 5 mit der Abtriebswelle 8 eine Ankopplung mittels einer als Klauenkupp lung ausgebildeten Schaltkupplung 18 vorgesehen. Dementspre chend sind auf der der Abtriebswelle 8 zugewandten Seite des ersten Koppelelementes 5 Klauen 19 angeformt, die mit an der durch einen Schalthebel 20 betätigbaren Schaltscheibe 21 der Klauenkupplung 18 vorgesehenen Gegenklauen 22 zusammenwirken.

Mit Hilfe der Koppelvorrichtung läßt sich die Schaltkupplung 18 unter Last bei drehender Antriebswelle 1 schalten, wobei die an den Klauen 19 und Gegenklauen 22 wirksam werdenden Kräfte durch die Koppelvorrichtung gedämpft werden.

Die Koppelvorrichtung wirkt wie folgt: Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Koppelvor richtung muß der Motor 2 gegen eine ruhende Last anlaufen, wohingegen bei der Ausführungsform nach Fig. 4 eine ruhende, mit der Abtriebswelle 8 gekoppelte Last durch Betätigung der Schaltkupplung 18 auf einen bereits laufenden Motor aufge schaltet wird. In beiden Fällen müssen über die Koppelvorrich tung hohe Kräfte von der Antriebswelle 1 auf die Abtriebswelle 8 übertragen werden. Diese Kräfte werden an den schräg verlau fenden Seitenflächen 12 der Vorsprünge 10 und 11 des ersten und zweiten Koppelelementes 5 und 9 wirksam. Infolge der Schrägung der Seitenfläche 12 entsteht eine axial gerichtete Kraftkompo nente, durch die das zweite Koppelelement 9 gegen die Kraft der Tellerfederpakte 15 soweit axial verschoben wird, bis das Gleichgewicht zwischen dieser Kraftkomponenten und der Gegen kraft durch die Federpakete 15 besteht. Hierdurch werden die beim Beschleunigen der jeweils ruhenden Masse auftretenden hohen Beschleunigungskräfte entsprechend gedämpft.

Die Seitenflächen 12 sind nach Art von Schraubenflächen ausge bildet, so daß bei dem Verdrehen der beiden Koppelelemente 5 und 9 und dem dabei Aneinander-Entlang-Gleiten der Seiten flächen 12 stets eine Flächenberührung besteht, so daß die wirksamen Flächenpressungen auf ein vorbestimmtes Maß beschränkt bleiben.

Sind mehrere Tellerfederpakte 15 vorgesehen, so können von Paket zu Paket die Federn mit unterschiedlichen Federkonstanten gewählt werden. Hierdurch kann die Charakteristik der Koppel vorrichtung entsprechend vorgegeben werden. Der maximale axiale Federweg der Tellerfederpakete 15 ist kleiner als die axiale Überlappung der Seitenflächen 12 der Vorsprünge 10 und 11, so daß die Seitenflächen 12 auch bei einer Axialverschiebung des zweiten Koppelelementes 9 in Umfangsrichtung immer ausreichend in Eingriff bleiben.

Claims

1. Koppelvorrichtung, durch die eine Antriebswelle (1) mit einer Abtriebswelle (8) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Koppelelemente (5 und 9) vorgesehen sind, von denen das erste Koppelelement (5) verdreh- und axialfest mit einer der Wellen (1 bzw. 8) und das zweite Koppelelement (9) verdreh fest und axial beweglich mit der anderen Welle (8 bzw. 1) ver bunden und durch ein elastisches Stützglied (15) in axialer Richtung abgestützt ist, daß ferner die beiden Koppelelemente (5 und 9) an ihren einander zugewandten Stirnseiten mit nach Art einer Klauenkupplung ineinandergreifenden Vorsprüngen (10 und 11) versehen sind, deren in Umfangsrichtung aneinander liegenden Seitenflächen (12) in Achsrichtung schräg verlaufend angeordnet sind.

2. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Koppelelemente (5 und 9) auf einer verdreh- und axialfest mit einer der Wellen (1 bzw. 8) verbindbaren Zwischen hülse (4) angeordnet sind, wobei das erste Koppelelement (5) verdrehfest mit der entsprechenden anderen Welle (8) gekoppelt jedoch verdrehbar und axialfest auf der Zwischenhülse (4) gelagert ist.

3. Koppelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenhülse (4) auf der Antriebswelle (1) angeordnet und die Abtriebswelle (8) mittels einer Schaltkupplung (18) an das erste Koppelelement (5) ankoppelbar ist.

4. Koppelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplung (18) als Klauenkupplung ausgebildet ist.

5. Koppelvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinander anliegenden Seitenflächen (12) der Vorsprünge (10 und 11) nach Art von Schraubenflächen aus gebildet sind.

6. Koppelvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Koppelelement (9) mittels einer Federanordnung (15) abgestützt ist.

7. Koppelvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung aus mehreren Tellerfederpaketen (15) besteht.

8. Koppelvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn der einzelnen Tellerfederpakete (15) unter schiedliche Federkonstanten aufweisen.