DE8122699U1

DE8122699U1 - Coupling for coaxial shafts

Info

Publication number: DE8122699U1
Application number: DE8122699U
Authority: DE
Original assignee: Voith Transmit GmbH
Current assignee: Voith Transmit GmbH
Priority date: 1981-08-01
Publication date: 1982-10-21

Description

G 3859 Voith Transmit GmbH Keyword: "Clamping Ring Coupling" Heidenheim Coupling for coaxial shafts

Die Erfindung betrifft eine lösbare Wellenkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Kupplungen mit angeschmiedeten Flanschen und zusätzlicher Stirnverzahnung zur übertragung besonders großer Drehmomente werden insbesondere verwendet für Antriebe im Schwermaschinenbau, z. B. zum Antrieb von Walzwerken. Das Drehmoment wird dabei von einer relativ feinzahnigen Stirnverzahnung übertragen, die z. B. auch unter dem Begriff Hirth-Verzahnung bekannt ist. Diese Verzahnung übernimmt auch die Funktion der Zentrierung der Wellenenden zueinander. Die Flanken solcher Stirnverzahnungen verjüngen sich im allgemeinen zum Zahnkopf hin, sodaß sie beiden Hälften einer damit ausgerüsteten Kupplung unter der Einwirkung eines Drehmomentes eine axial gerichtete Kraft ausüben. Die Wellenflansche müssen daher axial zusammengespannt werden, damit die Stirnverzahnung nicht durch axiale Verschiebung außer Eingriff kommt.The invention relates to a releasable shaft coupling according to the preamble of claim 1. Couplings with forged flanges and additional spur teeth for the transmission of particularly large ones Torques are used in particular for drives in heavy engineering, z. B. to drive rolling mills. The torque is transmitted by a relatively fine-toothed spur gear, the z. B. is also known under the term Hirth coupling. This toothing also takes on the function of centering of the shaft ends to each other. The flanks of such spur gears generally taper towards the top of the tooth, so that they both halves of a coupling equipped therewith under the action of a torque exert an axially directed force. The shaft flanges must therefore be clamped together axially so that the The spur gear does not disengage due to axial displacement.

Diese Axialverspannung zwischen den Wellenflanschen erfolgt üblicherweise durch eine Schraubenverbindung. Die Schrauben sind entweder außerhalb der Stirnverzahnung am Umfang des Wellenflansches verteilt, oder sie durchdringen den Bereich der Stirnverzahnung, oder aber die Axialverspannung erfolgt durch eine in Achsrichtung verlaufende zentral angeordnete Verschraubung. Bekannt sind solche Lösungen aus der DE-PS 23 61 367, Fig 1, und aus der DE-PS 440 816, Fig I und 2.This axial tension between the shaft flanges usually takes place by a screw connection. The screws are either distributed outside the spur teeth on the circumference of the shaft flange, or they penetrate the area of the spur toothing, or else the axial bracing takes place through a centrally arranged screw connection running in the axial direction. Such solutions are known from DE-PS 23 61 367, Fig 1, and from DE-PS 440 816, Fig I and 2.

Ferner ist aus der DE-PS 23 61 367 Fig 2 eine Lösung bekannt, bei der eine axiale Verspannung auf zwei mit Stirnverzahnung ausgerüstete Flanschen dadurch herbeigeführt wird, daß die Flanschen an den der Stirnverzahnung abgekehrten Seiten schräg ausgeführt sind, d. h. sich radial nach außen verjüngen. Die Flansche werden umschlossen von Klemmstück en mit korrespondierenden Innenflächer,, wobei durch mehrere tangential angeordnete Schrauben eine Spannkraft erzeugt wird.Furthermore, from DE-PS 23 61 367 Fig 2 a solution is known in which axial bracing on two flanges equipped with spur gearing is brought about by the fact that the flanges are attached to the Front teeth facing away from the sides are inclined, d. H. taper radially outwards. The flanges are enclosed by a clamping piece en with corresponding inner surfaces, being through several tangentially arranged screws a clamping force is generated.

Für sehr große Wellen, mit denen große Drehmomente übertragen werden, sind bei Anwendung der genannten Ausführungsformen eine größere Anzahl großer Schrauben erforderlich. Dies hat den Nachteil, daß deren Montag zeitraubend und nur mit großen unhandlichen Werkzeugen erfolgen kann. Das Aufbringen der erforderlichen gleichmäßigen Vorspannung auf die meist als Paß- oder Dehnschrauben ausgeführten Verschraubungen mit genau definiertem Drehmoment ist nicht möglich. Es sind Montagehilfen für große Schrauben bekannt, z. B. sogenannte Hydraulikschrauben, die mit hydraulisch aufgebrachtem Innendruck gelängt und vorgespannt werden; außerdem gibt es Dehnschrauben, die mit elektrischen Heizelementen gedehnt werden können. Diese Mittel erleichtern zwar die Handhabung jeder einzelnen Schraube, erfordern aber aufwendige Spezialwerkzeuge und sind insgesamt einem raschen und sicheren Montageablauf der Kupplung hinderlich.For very large shafts with which large torques are transmitted, a larger number of large screws are required when using the embodiments mentioned. This has the disadvantage that their Monday can be time consuming and only with large unwieldy tools. Applying the required uniform preload It is not possible to use the screw connections, which are usually designed as fitting or expansion screws, with a precisely defined torque. It assembly aids for large screws are known, e.g. B. so-called hydraulic screws, which with hydraulically applied internal pressure be elongated and prestressed; there are also expansion screws that can be stretched with electrical heating elements. This means make the handling of each individual screw easier, but require complex special tools and are quick overall and safe assembly process of the coupling is a hindrance.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kupplung für die Verbindung von großen Wellen zu schaffen, die mit einfachen Mitteln und üblichen Werkzeugen in jeder Lage schnell lösbar ist, die sowohl axiale Schub- und Zugkräfte als auch auch wechselnde Drehmomente und Drehschwingungen aufnehmen kann, in beiden Drehrichtungen spielfrei arbeitetThe object of the invention is to provide a coupling for the connection of to create large shafts, which can be quickly released in any position with simple means and common tools, which both axial thrust and can absorb tensile forces as well as changing torques and torsional vibrations, works without play in both directions of rotation

und einen Außendurchmesser aufweist, der nicht größer ist als der Rotationsdruckmesser einer Gelenkwelle mit gleicher Übertragungsfähigkeit. and has an outer diameter no larger than the rotary pressure gauge a cardan shaft with the same transmission capacity.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Danach werden die beiden Wellenflansehe von einem zwei- oder mehrgliedrigen Ring umschlossen, dessen Elemente auf der Innenseite konische Flächen aufweisen, die den konischen Außenflächen der Wellenflansehe entsprechen. Die beiden freien Enden der jeweils ersten und letzten Elemente des mehrgliedrigen Klemmringes werden durch eine Spannvorrichtung zusammengezogen, sodaß der ganze Klemmring eine Umfangskraft ausübt, die sich über die schrägen Flächen an den WeΠenflansehen in eine die Flansche zusammenpressende Axialkraft umsetzt. Diese ist die für die Drehmomentübertragung über die*Stirnverzahnung erforderliche axiale Vorspannkraft. Der Klemmring besteht aus im wesentlichen bogenförmigen Klemmbacken. Zwei benachbarte Klemmbacken sind über eine gelenkige Verbindung, vorzugsweise durch in Achsrichtung angeordnete Bolzen miteinander verbunden. Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, daß der'-Klemmring zwar ein mehrgliedriges, aber zusammenhängendes Bauteil ist, das auf einfache Weise, auch bei großen Abmessungen, zu handhaben und zu montieren ist.This object is achieved by the features of claim 1. Thereafter the two shaft flanges are made up of two or more members Ring enclosed, the elements of which have conical surfaces on the inside which correspond to the conical outer surfaces of the shaft flange. The two free ends of the first and last elements of the multi-part clamping ring are pulled together by a clamping device, so that the entire clamping ring exerts a circumferential force, which extends over the inclined surfaces on the WeΠenflansehen into one of the flanges compressive axial force converts. This is the one for torque transmission Axial preload force required via the * spur gearing. The clamping ring consists of essentially arcuate Jaws. Two adjacent clamping jaws are connected via an articulated connection, preferably by means of bolts arranged in the axial direction connected with each other. The advantage of this design is that the 'clamping ring is a multi-part, but cohesive one Component is that in a simple way, even with large dimensions handle and assemble.

Anspruch 2 beschreibt eine vorteilhafte Ausführung der Kupplung als dreiteiligen Ring, bei dem das Mittelteil vergleichsweise sehr kurz ist gegenüber den benachbarten Klemmbacken. An diesem Mittelteil kann der Klemmring zur Montage aufgehängt werden» sodaß die benachbarten Klemmbacken in einfacher Weise um die Wellenflansche gelegt und verspannt werden können.Claim 2 describes an advantageous embodiment of the clutch as three-part ring in which the middle part is comparatively very short compared to the adjacent clamping jaws. On this middle part the clamping ring can be hung up for assembly »so that the neighboring Clamping jaws can be placed around the shaft flanges and clamped in a simple manner.

Gemäß Anspruch 3 besteht die Spannvorrichtung vorzugsweise aus einer oder mehreren Schraubenspindeln, die die Klemmbacken tangential zusammenspannen. Stattdessen ist auch die Verwendung einer Exzenteroder KniehebeIspannvorrichtung möglich. Die Schraubenspindeln haben jedoch den Vorteil, daß sie unempfindlich und sicher sind gegenAccording to claim 3, the clamping device preferably consists of one or several screw spindles that clamp the clamping jaws together tangentially. Instead, it is also possible to use an eccentric or knee lifter clamping device. Have the screw spindles however, the advantage that they are insensitive and safe against

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unbeabsichtiges öffnen unter Fliehkraftbeanspruchung im Betrieb. Um Zwangskräfte auf die Schraubenspindel infolge elastischer Verformung der Klemmbacken zu vermeiden, sind nachgiebige anpassungsfähige Beilagscheiben unter Schraubenkopf und Mutter vorgesehen.unintentional opening under centrifugal force during operation. Around Resilient, adaptable washers are used to avoid constraining forces on the screw spindle as a result of elastic deformation of the clamping jaws provided under the screw head and nut.

Eine weitergehende Ausgestaltung der Erfindung besteht gemäB Anspruch darin, daß die konischen Innenflächen des Klemmringes nicht den gesamten Umfang des Wellenflansches umfassen. Es hat sich nämlich gezeigt, daß durch eine geeignete Ausbildung und Anordnung der Kontaktflächen das^TragbildA further embodiment of the invention exists according to the claim in that the conical inner surfaces of the clamping ring do not encompass the entire circumference of the shaft flange. It has been shown that through a suitable design and arrangement of the contact surfaces the contact pattern

zwischen den Klemmbacken undbetween the jaws and

den Wellenflanschen verbessert werden kann. Man erreiclt dies durch Aussparungen an den Innenflächen der Klemmbacken, so daß nur Berührung in bestimmten Winkelbereichen eintritt. Die Axialkraft, mit der die Wellenflansche mit der Stirnverzahnung aneiηandergepreßt werden, läßt sich dadurch auf einfache Weise gezielt am Umfang verteilen. Dies erhöht die Genauigkeit der Zentrierung und des Rundlaufes der Wellenenden zueinander ohne zeitraubende Ausrichtarbeiten. Die Aussparungen sind so an den Klerrmbecken angebracht, daß ungefähr zwei Drittel des Umfanges an den Wellenflansehen zangenförmig umschlossen sind. Vorteilhaft ist die Anordnung der Aussparungen so, daß die Anpreßflächen symmetrisch am Umfang der Wellenflansche verteilt sind. Dadurch ergibt sich in Kombination mit einer Schräge der Wellenflansche von ca. 15 Grad ein optimales Tragbild. Der Schrägungswinkel von ca. 15 Grad an den We11enflansehen kommt dem Winkelbereich sehr nahe, bei dem Selbsthemmung eintritt. Dies besagt im vorliegenden Fall, daß selbst durch eine kleine von der Spannvorrichtung aufgebrachten Umfangskraft der Klemmring fest aa den Wellenflansehen anliegt und durch Reibung festgehalten wird. Die sich verjüngendeftWellenflansehe wirken dabei wie Keile innerhalb des Klemmringes. Der Vorteil liegt darin, daß die Schraubenspindel vergleichsweise klein dimensioniert werden kann, was die Verwendung handlicher Werkzeuge erlaubt und wenig Montagezeit erfordert. Kupplungen dieser Bauart eignen sich dadurch besonders für sehr große Wellen, vorzugsweise Gelenkwellen zum Antrieb von Walzwerksgerüsten, bei denen näufiger Wechsel zwischen Gelenkwelle und Walze mit einfach zu handhabenden Werkzeugen rasch erfolgen muß. Besonderen Vorteil bietet die leichte Zugänglichkeit zu nur einer einzigen MontagesteHe an der Kupplung.the shaft flanges can be improved. This is achieved through Recesses on the inner surfaces of the clamping jaws, so that only contact occurs in certain angular areas. The axial force with which the Shaft flanges are pressed against one another with the spur teeth can be easily distributed around the circumference in a simple manner. This increases the accuracy of the centering and the concentricity of the shaft ends to each other without time-consuming alignment work. The recesses are attached to the basin so that about two thirds of the Circumference at the shaft flanges are enclosed in a pincer-like manner. Advantageous the arrangement of the recesses is such that the contact surfaces are distributed symmetrically on the circumference of the shaft flanges. This results in In combination with a bevel of the shaft flange of approx. 15 degrees, an optimal contact pattern. The helix angle of about 15 degrees the curve face comes very close to the angle range, with the self-locking entry. In the present case, this means that even with a small circumferential force applied by the clamping device Clamping ring firmly aa the shaft flansehen and held by friction will. The tapered wave flanges act like Wedges inside the clamping ring. The advantage is that the screw spindle can be made comparatively small, what allows the use of handy tools and requires little assembly time. Couplings of this type are particularly suitable for very large shafts, preferably cardan shafts for driving rolling mill stands, where frequent changes between cardan shaft and Roll must be done quickly with easy-to-use tools. A particular advantage is the easy accessibility to just one Assembly stand on the coupling.

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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in der folgenden Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigtThe invention is illustrated in the following on the basis of an exemplary embodiment Drawing described in more detail. In it shows

Fig 1 eine Ansicht auf die Kupplung in Achsrichtung im montierten Zustand (ausgezogene Linien) und geöffneten Zustand (gestrichelte Linien), und1 shows a view of the coupling in the axial direction in the assembled state (solid lines) and open state (dashed lines), and

2 shows a cross section through the coupling along the section line II-III

Dargestellt ist eine Klemmringkupplung 1 in dreigliedriger Ausführung, welche ein rohrförmiges Wellenstück, z. B. den Treffer eines Walzwerks, mit dem Flanschmitnehmer einer Gelenkwelle verbindet. In Fig.l sind die Klemmbacken mit 2 und 3 bezeichnet, dazwischen ist ein weiteres Mittelteil 4 angeordnet; die gelenkige Verbindung erfolgt durch axiale Bolzen 5. Die nicht mit dem Mittelteil 4 verbundenen Enden der Klemmbacken 2 und 3 werden durch die Schraubenspindel 6 zusammengespannt. Um zu gewährleisten, daß die Klemmbacken 2,3 durch die aufgebrachte Spannkraft satt an den Wellenflansehen 12, 13 anliegen, und daß andererseits keine Biegekräfte auf die Schraubenspindel 6 wirken, sind unter dem Schraubenkopf 7 und der Mutter 8 ballig ausgeführte Beilagen 9 angeordnet, wodurch eine Anpassung an die jeweilige elastische Verformung der Klemmbacken erfolgen kann.A clamping ring coupling 1 is shown in a three-part design, which is a tubular shaft piece, e.g. B. the hit of a rolling mill, connects to the flange driver of a cardan shaft. In Fig.l are the clamping jaws are designated with 2 and 3, a further middle part 4 is arranged between them; the articulated connection is made by axial Bolts 5. The ends of the clamping jaws 2 and 3 not connected to the central part 4 are clamped together by the screw spindle 6. Around to ensure that the clamping jaws 2, 3 rest snugly against the shaft flanges 12, 13 due to the applied clamping force, and that on the other hand no bending forces act on the screw spindle 6, spherical shims 9 are arranged under the screw head 7 and the nut 8, whereby an adaptation to the respective elastic deformation of the clamping jaws can take place.

Fig 2 zeigt die Wellenenden 10, 11 mit den Wellenflanschen 12, 13 und der Stirnverzahnung 14. Im vorliegenden Beispiel ist ferner als Spannvorrichtung eine doppelte Schraubenspindel dargestellt. Mit 15 ist eine nur zur Montage dienende Schrauböse bezeichnet, die am Mittelteil 4 befestigt ist. Mittels dieser öse kann die Kupplung bei Montage auf die schon über die Stirnverzahnung zusammengesteckten Wellen aufgesetzt und vorzentriert werden. Zum Einschwenken der Klemmbacken hat die Kupplung also schon die endgültige Lage, die sich beim Anbringen der Spannvorrichtung nicht unbeabsichtigt verändert. Nach dem Spannen der Spannvorrichtung 6 ζ. B. in bequemer horizontaler Lage kann die öse 15 abgenommen werden. Die Montage der Kupplung verläuft also mit besonderer Sicherheit.Fig. 2 shows the shaft ends 10, 11 with the shaft flanges 12, 13 and the spur teeth 14. In the present example is also used as a clamping device a double screw spindle is shown. A screw eyelet, which is used only for assembly and which is attached to the central part 4 is attached. By means of this eyelet, the coupling can be opened during assembly the shafts, which have already been put together via the spur teeth, are put on and pre-centered. Has to swivel in the clamping jaws the coupling is already in its final position, which does not change unintentionally when the clamping device is attached. After tensioning the jig 6 ζ. B. in a convenient horizontal position, the eyelet 15 can be removed. The assembly of the coupling is also carried out special security.

In Fig. 1 ist mit a der Winkelbereich bezeichnet, Über den die Innenflächen der Klemmbacken 2, 3 an den "entsprechenden Flächen der Wellenflansche 12, 13 anliegen. Außerhalb dieses Winkelbereiches sind die Klemmbacken derart ausgebildet, daß keine Berührung stattfinden kann, d. h. durch radiale Aussparungen 16, 17 (Fig 1) oder axiale Vertiefungen 18 (Fig 2). Der Winkel a beträgt bei dieser dreiteiligen Klemmring-Ausflihrung etwa 120 Grad, wobei der Traganteil des Mittelteiles 4 vernachlässigt wird. Dadurch wird im wesentlichen eine Umschlingung von zwei Drittel des Umfanges der Wellenflansche erzeilt. Mit b (Fig 2) ist der Winkel bezeichnet, unter dem sich die Wellenflansche 12, 13 radial nach außen verjüngen. Der Winkel liegt in der Größenordnung von 15 Grad.In Fig. 1, a denotes the angular range over which the inner surfaces of the clamping jaws 2, 3 on the "corresponding surfaces of the shaft flanges 12, 13 are in contact. Outside of this angular range, the clamping jaws are designed in such a way that no contact can take place. d. H. by radial recesses 16, 17 (Fig 1) or axial depressions 18 (Fig 2). In this three-part clamping ring design, the angle a is about 120 degrees, the bearing portion of the middle part 4 being neglected. This essentially creates a loop from two thirds of the circumference of the shaft flange. The angle at which the shaft flanges 12, 13 taper radially outwards. The angle is on the order of 15 degrees.

Claims

Q 3859 Voith Transmit GmbH

Keyword: "Clamping Ring Coupling" Heidenheim

claims

1. Coupling for the releasable connection of the ends of two shafts with face sides facing each other and with the following features:

a) the shaft flanges (12, 13) each have a face toothing (14)

b) the sides of the shaft flanges (12, 13) facing away from the spur toothing taper radially outward;

c) a multi-part clamping ring surrounds the shaft flanges in such a way that they are braced against one another in the axial direction are,

characterized by the other features

d) the parts of the clamping ring designed as clamping jaws are connected to one another in an articulated manner, the hinge axis is parallel to the coupling axis

e) at only one point on the perimeter of the multi-part Clamping ring (2,3,4) a clamping device (6) is arranged for the releasable connection of two clamping jaws (2,3), under whose tangential clamping effect the mentioned clamping of the shaft flanges is effected:

2. Coupling according to claim 1, characterized in that the clamping ring is designed as a three-part component, consisting of two clamping jaws (2, 3) and a middle piece (4) which is short compared to the clamping jaws, the middle piece with inner surfaces to clamp the shaft flanges like the clamping jaws (2,3)

3. Coupling according to claim 1, characterized in that the clamping device is designed as a screw spindle which the two free ends of the clamping ring (2,3,4) connects with each other with the interposition of adaptable convex design Washers (9).

4. Coupling according to claim 1, characterized in that the inner surfaces which are in contact with the shaft flanges (12, 13) (16) of the clamping ring (2,3,4) are distributed over the circumference that essentially about two thirds of the circumference of the Shaft flanges (12, 13) are included and the contact surfaces (16) are arranged symmetrically to that plane "in the the coupling axis lies and which is perpendicular to the longitudinal axis of the clamping device.

07/30/1981
DK / ss