DE4125252A1 - Vorrichtung zum verbinden von wellen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum Verbinden von Wellen, insbesondere auf eine Vorrichtung zum an­ triebsmäßigen Verbinden von Wellen. Die Erfindung findet insbe­ sondere beim Verbinden von Wellen aus zerbrechlichem oder sprö­ dem Material, beispielsweise keramischen Materialien, Anwen­ dung. Solche Wellen werden beispielsweise in Förderanlagen von Sinteröfen und in korrosiven Medien, beispielsweise starken Säuren und Alkalien, ausgesetzten Förderanlagen verwendet.

Bei herkömmlichen Vorrichtungen zum endweisen, koaxialen und antriebsmäßigen Verbinden zweier Wellen weist jede Welle an ih­ rem Ende einen Flansch auf, der an der jeweiligen Welle mittels eines Keils drehfest angeordnet ist. Der Keil greift in eine in die Welle und in eine mittige Öffnung des Flansches eingearbei­ tete Keilnut. Die Flansche der Wellen werden dann miteinander verschraubt. Das Anpassen der Flansche an die Wellen und die Ausbildung der Keilnuten erfordert eine präzise Bearbeitung. Diese Art der in Rede stehenden Vorrichtung ist jedoch für Wel­ len aus zerbrechlichem oder sprödem Material, beispielsweise aus Keramik, ungeeignet. Zum Verbinden zerbrechlicher oder spröder Wellen hat man bislang Keilringe ohne Keil verwendet. Solche Keilringe eignen sich jedoch nicht zum Einsatz bei hohen Temperaturen in Sinteröfen oder in korrosiven Atmosphären.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verbinden von Wellen so auszugestalten und weiterzubilden, daß Wellen aus zerbrechlichen oder spröden Ma­ terialien koaxial, endweise und antriebsmäßig miteinander ver­ bunden werden können. Die mit dem Einsatz von Keilnuten, Keil­ ringen und dergleichen verbundenen Probleme sollen vermieden werden. Die in Rede stehende Verbindung soll hohen Temperaturen und korrosiven Atmosphären bzw. Umgebungen standhalten können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verbinden von Wellen löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspru­ ches 1. Danach sind zwei endweise und koaxial zueinander ange­ ordnete Wellen zur Bildung einer kontinuierlichen Wellenstruk­ tur mittels einer entsprechenden Vorrichtung antriebsmäßig mit­ einander verbunden, wobei jede der Wellen mindestens ein axial von der Welle abstehendes und im Querschnitt teilkreisförmiges Element aufweist. Jede Welle weist desweiteren eine sich axial erstreckende, teilkreisförmige Ausnehmung zur gepaarten Auf­ nahme des axial abstehenden, teilkreisförmigen Elements der an­ deren Welle auf. Eine eine zylindrische Öffnung aufweisende Hülse umgibt denjenigen Bereich der Wellenstruktur, in dem sich die vorstehenden bzw. abstehenden Elemente und Ausnehmungen er­ strecken. Dieser Bereich der Wellenstruktur paßt in die zylin­ drische Öffnung der Hülse mit Spiel.

Die Wellen sind von den gegenüberliegenden Enden her in die zylindrische Öffnung der Hülse eingesteckt, so daß die vorste­ henden, teilkreisförmigen Elemente in die teilkreisförmigen Ausnehmungen hineingleiten. Die vorstehenden Elemente werden durch die Hülse in einer gepaarten Beziehung gehalten, so daß die Übertragung eines Drehmoments von der einen Welle auf die andere möglich ist.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vor­ liegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf den dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentanspruch 2, andererseits auf die nach­ folgende Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläu­ terung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung an­ hand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausge­ staltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einer perspektivischen Sprengdarstellung ein er­ stes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung, wobei jede Welle ein teilkreisförmiges 180^o-Element und eine einzige teilkreisförmige 180°- Ausnehmung aufweist;

Fig. 1a in einer perspektivischen Darstellung die Wellen aus Fig. 1 im gegenseitigen Eingriff, wobei die Hülse zur Sichtbarmachung der gegenseitigen Anordnung der Wel­ lenenden entfernt ist;

Fig. 2 in einer perspektivischen Sprengdarstellung ein zwei­ tes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vor­ richtung, wobei die Hülse in Form eines Lagerbocks ausgeführt ist;

Fig. 3 in einer Seitenansicht eine erfindungsgemäße, als Zwischenstück dienende Welle;

Fig. 4 in einer Seitenansicht eine Anordnung einer als Zwi­ schenstück dienenden Welle mit einer Riemenscheibe;

Fig. 5 in einer teilweise diagrammartigen Seitenansicht einen Mechanismus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verbinden von Wellen;

Fig. 6a in einer perspektivischen Darstellung ein Wellenende, bei dem die Winkel des teilkreisförmigen Elements und der Ausnehmung 90° betragen;

Fig. 6b in einer perspektivischen Darstellung ein Wellenende, bei dem das teilkreisförmige Element und die Ausneh­ mung jeweils einen Winkel von 60^o aufweisen und

Fig. 7 in einer Sprengdarstellung, teilweise, eine herkömm­ liche Vorrichtung zum Verbinden von Wellen.

Die in Fig. 7 dargestellte herkömmliche Anordnung zum Verbinden von Wellen weist zwei Wellen 20a, 20b auf, die endweise und ko­ axial zueinander angeordnet sind. Flansche 21a, 21b werden an den Enden der jeweiligen Wellen 20a, 20b mittels Keilen 22 dreh­ fest gehalten. Die Keile 22 passen in entsprechende Keilnuten hinein, die in den Wellen 20a, 20b und in den mittigen Öffnun­ gen der Flansche 21a, 21b ausgebildet sind. Die Flansche 21a, 21b werden durch Schrauben und Muttern, beispielhaft darge­ stellt durch Schraube 23 und Mutter 24, miteinander verbunden. Wie bereits zuvor erwähnt, erfordert das Anpassen der Flansche an die Wellen und die Ausbildung der Keilnuten eine präzise Be­ arbeitung, die an zerbrechlichem oder sprödem Material wie bei­ spielsweise Keramik nicht so einfach durchführbar ist. Dar­ überhinaus sind Keil- und Schlitzverbindungen bei Wellen aus sprödem oder zerbrechlichem Material, beispielsweise aus ke­ ramischen Materialien, nicht geeignet.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die aufeinanderzugerichteten Enden der Wellen 1a, 1b verjüngte Endbereiche 2a, 2b auf. Diese Endbereiche 2a, 2b sind zur Aus­ bildung von Fortsätzen 3a, 3b jeweils in einer axial verlau­ fenden Ebene geschnitten. Die Fortsätze 3a, 3b weisen einen halbkreisförmigen Querschnitt auf. Mit anderen Worten weist je­ der Fortsatz 3a, 3b im Querschnitt die Form eines 180^o-Teil­ kreises auf. Die weggeschnittenen Teile der Endbereiche 2a, 2b bilden im Querschnitt halbkreisförmige 180^o-Ausnehmungen 4a, 4b, deren Querschnittsflächen im wesentlichen den Quer­ schnittsflächen der Fortsätze 3a, 3b entsprechen. Am Ansatz je­ des Fortsatzes 3a, 3b ist ein abgerundeter Bereich R ausgebil­ det, und die Enden der Fortsätze 3a, 3b sind ebenfalls dort abgerundet, wo die Endflächen der Fortsätze auf die jeweils diametral gegenüberliegenden Oberflächen 7a, 7b treffen, so daß die abgerundeten Enden zu den abgerundeten Bereichen R passen.

Eine zylindrische Hülse 5 weist eine kreisrunde, zylindrische Durchgangsöffnung 6 auf. Diese Durchgangsöffnung 6 dient zur Aufnahme der verjüngten Endbereiche 2a, 2b der Wellen an je­ weils einander gegenüberliegenden Enden. Die verjüngten Endbe­ reiche 2a, 2b passen in die Durchgangsöffnung 6 mit Spiel. Wenn sich die verjüngten Endbereiche 2a, 2b in gegenüberliegende En­ den der Durchgangsöffnung 6 hineinerstrecken, überlappen sich die Fortsätze 3a, 3b gegenseitig, d. h. der Fortsatz 3a paßt in die Ausnehmung 4b, und der Fortsatz 3b paßt in die Ausnehmung 4a. Die Oberflächen 7a, 7b stehen in Eingriff zueinander und verhindern, daß die Wellen relativ zueinander drehen können. Wenn somit eine Welle dreht, dreht die andere Welle zwangsweise mit, so daß von einer Welle auf die andere Drehmomente übertra­ gen werden. Die Hülse 5 verhindert ein Lösen der Fortsätze 3a, 3b voneinander als Ergebnis der zwischen den in Eingriff befindlichen, diametral gegenüberliegenden Oberflächen 7a, 7b bei drehenden Wellen auftretenden Abstoßungskräfte. Somit ver­ hindert die Hülse 5 eine Zerstörung der Fortsätze 3a, 3b.

Fig. 1 zeigt desweiteren, daß die Hülse 5 von den Fortsätzen 3a, 3b getragen wird und daß eine axiale Bewegung der Hülse 5 durch an den Ansätzen der verjüngten Endbereiche 2a, 2b ausge­ bildete Schultern 8 verhindert ist. Da die Hülse 5 von den Wel­ len getragen wird, kann die Hülse eine laterale Bewegung der Wellen aufnehmen bzw. mitmachen.

Die Fortsätze 3a, 3b weisen keine Punkte auf, an denen Span­ nungskonzentrationen auftreten. Folglich können sie aus zer­ brechlichem oder sprödem Material, beispielsweise aus kerami­ schem Material, hergestellt werden.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1a kann zwischen den Spitzen der Fortsätze und den gegenüberliegenden Enden der dazu passenden Ausnehmungen der jeweils gegenüberliegenden Welle ein axialer Spalt t vorgesehen sein. Dieser Spalt t dient zur Anpassung bzw. Kompensation thermischer Ausdehnungen, was insbesondere bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter hohen Temperaturen, beispielsweise bei einer Fördereinrichtung in einem Sinterofen, der Fall ist.

Fig. 2 zeigt ein dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei­ spiel ähnliches weiteres Ausführungsbeispiel, wobei hier die Hülse in Form eines Lagerbocks 9 ausgeführt ist. Dieser Lager­ bock 9 läßt sich in einer festen Position mittels in der Figur nicht gezeigter Schrauben durch seine Flansche hindurch festle­ gen. Der Lagerbock 9 sorgt für ein zusätzliches Abstützen der Wellenanordnung und ist besonders dort geeignet, wo kein Bedarf an lateraler Bewegung der Wellen 1a, 1b vorliegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verbinden von Wellen kann zahlreiche Formen aufweisen. Fig. 3 zeigt beispielsweise eine als Zwischenstück ausgebildete Welle 10 mit verjüngten Endbe­ reichen 2c, 2d an den entgegengesetzten Enden. Diese Endberei­ che 2c, 2d weisen halbkreisförmige Fortsätze 3c, 3d auf. Somit sind an jedem Ende der als Zwischenstück ausgebildeten Welle 10 ein kreissegmentförmiger 180^o-Fortsatz und eine kreissegment­ förmige 180^o-Ausnehmung vorgesehen. Diese als Zwischenstück ausgebildete Welle 10 kann als zur Drehmomentübertragung die­ nende Verbindung zwischen zwei drehenden Elementen verwendet werden. Fig. 4 zeigt eine ähnliche als Zwischenstück ausgebil­ dete Welle 10 mit halbkreisförmigen Fortsätzen an beiden Enden. Diese Welle 10 weist desweiteren eine integral ausgebildete Riemenscheibe 11 auf. Diese Anordnung läßt sich zur Kraftüber­ tragung zwischen einem in der Fig. nicht gezeigten, die Rie­ menscheibe 11 kontaktierenden Riemen und an den Enden der Welle 10 angreifenden Elementen verwenden.

Fig. 5 zeigt eine typische Anordnung, bei der ein Motor eine Welle 1b über ein Reduktionsgetriebe antreibt. Welle 1b (sie entspricht der Welle 1b in Fig. 1) ist über eine Hülse 5 mit einer Welle 1a verbunden. Die Verbindung innerhalb der Hülse 5 ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Die Welle 1a ist wiederum mit Welle 10 innerhalb eines ersten Lagerbocks 9 auf eine ähnliche Art wie bei der Darstellung in Fig. 2 verbunden. Die Welle 10 entspricht der in Fig. 5 dargestellten Welle 10 und weist eine integral ausgebildete Riemenscheibe 11 auf. Das gegenüberlie­ gende Ende der Welle 10 ist in einem zweiten Lagerbock 9 gela­ gert.

Obwohl die Fortsätze und Ausnehmungen vorzugsweise in Form von 180^o-Kreissegmenten ausgebildet sind, ist es ebenfalls möglich, die Fortsätze und Ausnehmungen in Form anderer Konfigurationen, beispielsweise in Form der in den Fig. 6a und 6b gezeigten Kon­ figurationen, auszubilden.

Bei der in Fig. 6a gewählten Darstellung weist die Welle zwei einander gegenüberliegende 90^o-Fortsätze 3c und zwei einander gegenüberliegende 90^o-Ausnehmungen 4c auf. Die in der Figur nicht gezeigte, dazu passende Welle ist ähnlich ausgebildet, weist jedoch einen sich axial erstreckenden mittigen Schlitz auf, damit die mittigen Bereiche der Fortsätze der in Fig. 6a gezeigten Welle hineinpassen.

Bei der in Fig. 6b gewählten Darstellung weist die Welle 3 als 60^o-Kreissegmente 3d ausgebildete Fortsätze auf, die umfangs­ mäßig durch drei teilkreisförmige 60^o-Ausnehmungen 4d vonein­ ander beabstandet sind. Auch hier ist die in der Figur nicht ge­ zeigte, dazu passende Welle ähnlich ausgestaltet, ist jedoch mittig derart geschlitzt, daß die beiden Wellen ineinander ein­ greifen können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verbinden von Wellen eli­ miniert die Notwendigkeit einer präzisen Bearbeitung von Keil­ nuten und ist weitaus weniger bruchanfällig als Keilverbindun­ gen in zerbrechlichem oder sprödem Wellenmaterial. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung widersteht Fehlern aufgrund von Ermü­ dungen und kann einfach zur Aufnahme bzw. Kompensation thermi­ scher Ausdehnungen konstruiert werden, so daß sich die Vorrich­ tung in Hochtemperaturöfen einsetzen läßt. Mit der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung ist es des weiteren eine einfache Sache, miteinander verbundene Wellen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aneinander anzupassen bzw. die daraus fließenden Wirkungen zu kompensieren. Insbesondere dann, wenn die Fortsätze und Ausnehmungen in Form von 180^o-Kreissegmenten ausgebildet sind, lassen sich die erfindungsgemäßen Vorrichtun­ gen zum Verbinden von Wellen einfach fertigen, z. B. durch spa­ nende Bearbeitung, durch Schleifen, durch Gießen oder durch eine Kombination verschiedener Bearbeitungsarten. Des weiteren ist zur Herstellung einer funktionsfähigen Vorrichtung der erfindungsgemäßen Art keine hohe Genauigkeit in der Fertigung erforderlich.

Die zuvor beschriebenen Vorrichtungen zum Verbinden von Wellen lassen sich auf zahlreiche Arten modifizieren. Beispielsweise müssen die Oberflächen 7a, 7b gemäß der Darstellung in Fig. 1 nicht in axialen Ebenen liegen. Sie können auch in Ebenen schräg zur Hauptachse der Wellen liegen oder gar in Form kom­ plementärer Kurven ausgebildet sein. Obwohl die Enden der zu­ einander passenden Wellen vorzugsweise und zur Vereinfachung der Herstellung sowie zur Maximierung der Festigkeit identisch ausgebildet sind, ist dies nicht zwingend erforderlich. Bei­ spielsweise läßt sich bei einer gegebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung der Fortsatz der einen Welle in Form eines 180^o überschreitenden Kreissegments und der Fortsatz in der dazu passenden Welle in Form eines weniger als 180^o aufweisenden Kreissegments ausbilden. Obwohl die zueinander passenden Fort­ sätze vorzugsweise in Form eines der zylindrischen Innenwandung der Hülse entsprechenden vollständigen Zylinders ausgebildet sind, ist dies ebenfalls nicht zwingend erforderlich. Spalte im Umfang der Bereiche der zueinander passenden Elemente innerhalb der Hülse können in solchem Maße auftreten, wie eine sichere Antriebsverbindung zwischen den Wellen erreicht wird. Die Hülse kann mit den Wellen drehen oder ortsfest angeordnet sein, so daß die Fortsätze der Wellen innerhalb der Hülse drehen. Ähn­ lich den in den Fig. 6a und 6b gezeigten Kreiskonfigurationen lassen sich auch andere Kreiskonfigurationen realisieren. Ohne sich von der durch die nachfolgenden Patentansprüche gegebenen erfindungsgemäßen Lehre zu entfernen, lassen sich noch andere Modifikationen der Vorrichtungen zum Verbinden von Wellen re­ alisieren.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Verbinden von Wellen in einem Antriebsme­ chanismus mit zwei zur Bildung einer kontinuierlichen Wellen­ struktur endweise koaxial zueinander angeordneten Wellen (1a, 1b; 20a, 20b), dadurch gekennzeichnet, daß jede der Wellen (1a, 1b; 20a, 20b) zumindest ein axial von der Welle (1a, 1b; 20a, 20b) abstehendes Element (3a, 3b; 3c, 3d) aufweist, daß dieses Element (3a, 3b; 3c, 3d) einen teilkreis­ förmigen Querschnitt aufweist, daß jede Welle (1a oder 1b; 20a oder 20b) desweiteren eine sich axial erstreckende, im Quer­ schnitt teilkreisförmig ausgebildete Ausnehmung (4a, 4b; 4c, 4d) zur Aufnahme von und passend zu jedem sich axial er­ streckenden teilkreisförmigen Element (3a, 3b; 3c, 3d) der an­ deren Welle (1b oder 1a; 20b oder 20a) aufweist, daß sich die abstehenden Elemente (3a, 3b; 3c, 3d) und Ausnehmungen (4a, 4b; 4c, 4d) entlang eines Bereichs der Wellenstruktur erstrecken, daß Mittel zur Bildung einer Hülse (5) mit einer zylindrischen Öffnung (6) vorgesehen sind, daß die Hülse (5) den Bereich der Wellenstruktur umgibt und daß der Bereich der Wellenstruktur in die zylindrische Öffnung (6) der Hülse (5) mit Spiel hinein­ paßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Bereiche der Wellen (1a, 1b; 20a, 20b) innerhalb der Hülse (5) aus einem keramischen Material hergestellt sind.