DE8136100U1

DE8136100U1 - "kupplung zur reibschluessigen drehverbindung von maschinenteilen, wie z.b. nabe und welle"

Info

Publication number: DE8136100U1
Application number: DE19818136100
Authority: DE
Original assignee: Durand Francois Dipl-Ing 06600 Antibes Fr
Current assignee: Durand Francois Dipl-Ing 06600 Antibes Fr
Priority date: 1981-10-06
Filing date: 1981-12-11
Publication date: 1982-04-22
Also published as: FR2514089A2; FR2514089B2

Description

Francois Durand

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur reibschlüssigen Drehverbindung von Maschinenteilen, wie z.B. einer Nabe und einer Welle, mit mindestens einem eine Außenkonusflache aufweisenden, zur koaxial umgreifenden Aufnahme des zugeordneten Maschinenteils bestimmten Druckring, dessen Außenkonusflache von einer Innenkonusflache eines Außenringes satt überlagert ist, welcher mit einer Zylindermantel-Innenfläche einer Ringschulter einen Ringkolben und einen über eine Zuleitung mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbaren ringförmigen Druckraum umschließt, welcher am Ringkolben axial hydraulisch abstützbar sowie gegen die ansteigende Außenkonusflache des Druckringes axial verschiebbar ist.

Die vorbeschriebene bekannte Kupplung (US-PS 38 65 497, Fig. 4) verbindet zwei Wellenstümpfe fluchtend miteinander. Hierbei übergreift ein die Außenkonusfläche aufweisender Druckring die beiden welienstümpfe und trägt einenends auf einem Außengewinde einen nach Art einer Überwurfmutter raumfest gehaltenen Ringkolben. Der Ringkolben ist von einer Zylindermantel-Innenfläche einer Ringschulter umgriffen, die Bestandteil eines Außenringes bildet, dessen Innenkonusflache die Außenkonusfläche des Druckringes satt überlagert. Ringkolben, Druckring und Außenring bilden hierbei einen kreisringförmigen Druckraum etwa quadratischen Querschnitts, der über ein Entlüftungsventil zur Atmosphäre geöffnet werden kann. Im axialen Abstand vom ringförmigen Druckraum ist im Bereich der satt aneinanderliegenden Konusflächen eine mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbare radiale Zuleitungsbohrung vorgesehen, welche in einer in der Innenkonusflache des Außenringes vorgesehenen Ringnut mündet.

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! Die bekannte starre Kupplung (US-PS 38 65 497, Fig. 4)

funktioniert wie folgt:

Die Zuleitung wird mit Hydraulikflüssigkeit druckbeaufschlagt, welche zugleich den Spalt zwischen beiden Konusflächen schmiert und durch diesen konischen Ringspalt in den ringförmigen Druckraum hineingelangt, dessen Entlüftungsventil geschlossen ist. Der Zuleitungsdrucks bewirkt im ringförmigen Druckraum einen Druckaufbau, der eine Axialverschiebung des Außenringes gegen die ansteigende Außenkonusflache des Druckringes zur Folge hat. Sobald der Zuleitungsdruck entfällt, ist

die axial verspannte Lage zwischen dem Druckring und dem S

Außenring durch Selbsthemmung gesichert. Durch Verengung des Druckring-Innendurchmessers wird hierbei eine reibschlüssige Verbindung zwischen den beiden Wellenstümpfen hergestellt.

Zur Demontage der bekannten Anordnung wird wiederum Hydraulikflüssigkeit in den Bereich zwischen den beiden Konusflächen eingepreßt, jedoch das Entlüftungsventil geöffnet, so daß sich im ringförmigen Druckraum kein Druck aufbauen kann. Es soll sich vielmehr ein Druck zwischen den beiden Konusflächen aufbauen, der gewissermaßen nach dem Gesetz der schiefen Ebene den Außenring aus seiner verspannten Lage mit dem Druckring in Richtung auf den Ringkolben verschieben, d.h. entspannen soll.

Die bekannte starre Kupplung (US-PS 38 65 497, Fig. 4) wird aus mehreren Gründen als nachteilig empfunden:

Da die bekannte Kupplung nach dem Prinzip des doppeltwirkenden hydraulischen Zylinders arbeitet, ist deren Bauweise von Haus aus recht aufwendig. Außerdem ist es nicht ohne weiteres oder aber nur schwer möglich, im Bedarfsfalle beide

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Wellenstümpfe mit einer betragsmäßig etwa gleichen Ringspannung zu beaufschlagen, da der Druckring im Bereich des einen Wellenstumpfes dünn und im Bereich des anderen Wellenstumpfes relativ dick ist. Schließlich ist die Demontierbarkeit von Druck- und Außenring, deren Konusflächen im verspannten Zustand mit Selbsthemmung aufeinanderliegen, nach längerer Standzeit der Anordnung, bei welcher ein Fressen an den Kupplungsflächen nie auszuschließen ist, äußerst nachteilig. Der zur Demontage zwischen den Konusflächen aufzubringende Flüssigkeitsdruck vermag es regelmäßig nicht, den Außenring aus seiner verspannten Lage abzuheben und vom Druckring wegzudrücken. Vielmehr ist man nahezu immer darauf angewiesen, zusätzliche Demontagehilfsmittel, z.B. in Form von hydraulischen Abziehern, zu benutzen. Überhaupt ist bei der vorbekannten Kupplung eine Demontierbarkeit nur dann gegeben, wenn beide Konusflächen verhältnismäßig präzise bearbeitet sind, was nur durch aufwendiges Schleifen möglich ist.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Kupplung dieser Gattung (US-PS 38 65 497, Fig. 4), liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere für die Übertragung sehr großer Drehmomente geeignete Kupplung zu schaffen, welche bei einfacher Bauweise eine zuverlässige - insbesondere symmetrische - Verspannung und zugleich eine unproblematische Demontierbarkeit gestattet. Entsprechend der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst worden, daß mit dem Druckring ein mit diesem koaxialer, jedoch eine entgegengesetzt ansteigende Außenkonusflache aufweisender, zusätzlicher Druckring axial fest verbunden ist, auf dessen Außenkonusfläche ein den Kolben bildender zusätzlicher Außenring axial verschiebbar mit seiner Innenkonusflache satt anliegt, daß beide Druckringe im Bereich ihrer kleinen Konusdurchmesser aneinanderstoßen, daß die Zuleitung für die Hydraulikflüssigkeit unmittelbar im Druckraum mündet, daß der Neigungswinkel

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jeder Konusfläche geringfügig größer ist als der Reibungswinkel zwischen den jeweils aneinanderliegenden Konusflächen und daß die axial verspannte Lage der Außenringe mittels mehrerer von einem Außenring umfangsverteilt an diesem gehaltenen, axial verstellbaren Anschlägen sicherbar ist.

Durch die erfindungsgemäße paarweise Anordnung, bei welcher beide Außenringe relativ zu den beiden axial fest miteinander verbundenen Druckringen axial verschiebbar und damit verspannbar sind, ist stets ein gleicnmäßiger, symmetrischer Spannungsaufbau über den gesamten beaufschlagten Verbindungsbereich erzielbar. Ein besonders einfacher Aufbau ist erfindungsgemäß dann gegeben, wenn in besonderer Ausgestaltung der Erfindung beide Druckringe im Bereich ihrer kleinen Konusdurchmesser aneinanderstoßen. Bei einer solchen Ausführungsform gestattet der zwischen den beiden Außenringen axial begrenzte Druckraum eine hydraulische Verspreizung der beiden Außenringe, indem sich diese mit ihren Innenkonusflächen gegen die korrespondierenden ansteigenden Außenkonusflachen der Druckringe verschieben.

Bei der erfindungsgemäßen Kupplung mündet die Zuleitung für die Hydraulikflüssigkeit ohne Zwischenschaltung eines Spaltweges zwischen zwei Konusflächen (s. im Vergleich hierzu US-PS 38 65 497, Fig. 4) unmittelbar im Druckraum. Diese unmittelbare hydraulische Druckbeaufschlagung nach Art eines lediglich einfach wirkenden hydraulischen Zylinders ist deswegen möglich, weil die Neigungswinkel der aneinanderliegender Konusflächen entsprechend der Erfindung außerhalb der Selbsthemmung liegen. Wenn demnach der hydraulische Druck nachläßt, bewirkt die jeweils zwischen Außenring und zugehörigem Innenring aufgebaute Spannung sofort und ohne jegliche Hilfsmittel - selbst bei aneinandergefressenen Konusflächen eine Axialverschiebung in Demontagerichtung. Wenn hingegen die Verspannung hydraulisch aufgebaut worden ist und aufrecht·

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erhalten verden soll, genügt es, auf einfache Weise mittels der axial verstellbaren Anschläge, z.B. mittels mehrerer Anschlagschrauben, die Verspannungslage zu sichern. Sobald nach Sicherung der verspannten Lage durch - z.B. durch die Anschlagverschraubung - der Druckraum druckentlastet wird, ist die erfindungsgemäße Kupplung vom hydraulischen Druck völlig unabhängig: Die verspannte Lage wird nämlich unter Ausschaltung jeglicher Selbsthemmungswirkung zwischen den kooperierenden Konusflächen allein von der Anschlagverschraubung bzw. von mit diesen äquivalenten Mitteln übernommen.

Da die korrespondierenden Konusflächen ohne jegliche Selbsthemmung aneinanderliegen, d.h. üblicher Weise einen halben Konusspitzen-V/inkel von mehr als 8° aufweisen, ist die Oberflächenbearbeitung der Konusflächen weniger kritisch als bei solchen Konusflächen, die im Selbsthemmungsbereich angesiedelt sind und deshalb eine aufwendige geschliffene Oberfläche aufweisen müssen. Im Gegensatz hierzu brauchen die Konusflächen entsprechend der Erfindung nur auf einer Drehmaschine bearbeitet zu werden.

Im übrigen lassen sich mehrere umfangsverteilte Einzelanschlage leichtgängiger verstellen als ein einziger ungeteilter Schraubanschlag, z.B. in Form einer Überwurfmutter. Die erfindungsgemäße Kupplung ist daher besonders für schwere Bauformen zur Übertragung sehr großer Drehmomente geeignet. Im übrigen gestatten die relativ großen Konusspitzenwinkel kurze Verspannwege und damit eine vorteilhafte in axialer Richtung gedrungene, materialsparende und leichte Bauweise.

Insbesondere wirken die Erfindungsmerkmale funktionseinheitlich zur Lösung der weiter oben formulierten Aufgabe im Rahmen einer besonderen Kombination zusammen.

Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den Zeichnungen im Zusammenhang mit der Zeichnungsbeschreibung.

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In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher dargestellt, es zeigen:

Fig. 1-3 jeweils in halber Axialschnitt-Darstellung verschiedene Ausführungsformen einer Kupplung zur Verbindung von Welle und Nabe.

In den Zeichnungen sind die Wellen i^weils mit der Bezugsziffer 10 und die Wellen-Drehac/ise ^it ■· ns·_··>ichnet. Naben, welche jeweils eine Welle 10 umspannen, _: : -,'. mit der Bezugsziffer 11 versehen.

Entsprechend den Fig. 1-3 umspannt je ein Druckring 13a eine Nabe 11. Ein zusätzlicher Druckring ist jeweils mit 14a bezeichnet. Zwischen beiden inneren Stirnflächen der Druckringe 13a, 14a, welche im Bereich ihrer kleineren Außendurchmesser aneinanderstoßen, ist ein Dichtungsring 15 vorgesehen. Der mit dem Druckring 13a korrespondierende Außenring ist mit

16 und der mit dem zusätzlichen Druckring 14a korrespondierende zusätzliche Außenring ist mit 17 bezeichnet.

Jede konische Außenfläche eines Druckringes ist mit A und jede konische Innenfläche eines Außenringes ist mit I bezeichnet.

Die Neigung der Mantellinien der aneinanderliegenden Konusflächen ist derart bemessen, daß der halbe Spitzenwinkel <^ des jeweiligen Konus ein wenig größer ist als der Reibungswinkel von zwei aufeinandergleitenden gut bearbeiteten und geschmierten Metallflächen.

Beide Druckringe 13a, 14a sind axial fest dadurch miteinander verbunden, daß man sie ineinander verschraubt (s. Fig. 1-3; Gewinde 18).

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Jeder Außenring 16 besitzt eine einseitig axial vorstehende ringfö'5-mige Schulter 19, welche mit ihrer zylindrischen Innenfläche 20 eine Zylindermantel-Innenfläche bildet, die mit einer eine Kolbenfläche bildenden Zylindermantel-Außenfläche 21 des zusätzlichen Außenringes 17 zusammenwirkt.

Zwischen einer radialen Druckfläche 25 des zusätzlichen Außenringes 17 und der radialen Druckfläche 26 des Außenringes 16 befindet sich ein Druckraum 27, welcher über eine Anschlußbohrung 28 und zwei Kanäle 29, 30 unmittelbar mit Hydraulikflüssigkeit druckbeaufschlagbar ist.

Die Ausführungsformen gemäß den Fig. 1-3 unterscheiden sich untereinander im wesentlichen durch die Ausbildung ihrer einfachen, kleinen und billigen Anschlagverschraubungen, die besonders im Zusammenhang mit großen Wellen- und Nabendurchmessern vorteilhaft sind.

Gemäß Fig. 1 verfügt der Außenring 17 über eine ringförmige Stützschulter 40. Zwischen der Stützschulter 40 und der Ringschulter 19 wird ein mehrteiliges Zwischen- bzv/. Füllstück 41, etwa in der Form einer mehrteiligen Beilagscheibe, eingelegt, sobald im Zuge der Montage einem Druckraum 27 der erforderliche Druck erreicht ist. Sobald der hydraulische Druck entfällt, v/ird das mehrteilige Zwischenstück 41 zwischen den beiden Schultern 19, 40 eingeklemmt. Sobald im Zuge der Demontage wieder Druckflüssigkeit in den Druckraum 27 eingeleitet wird, kann man bei einer bestimmten Druckhöhe das mehrteilige Zwischenstück 41 ohne weiteres herausnehmen.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 sind axiale Anschlagschrauben 42, 43, regelmäßig über den Umfang verteilt, vorgesehen. Die Schrauben 42, 43 sind jeweils über einen Innensechskant 44 betätigbar.

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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist jede Axialbohrung 45 zur Aufnahme der Anschlagschraube 42 im inneren Axialbereich mit einem Innengewinde und im äußeren Axialbereich mit einer glatten Innenwandung versehen. Dem glatten Innenwandbereich gegenüberliegend trägt der in diesem Bereich ebenfalls glatte Schaft 46 der Anschlagschraube 42 einen O-Ring 47. Auf diese Weise ist jede einzelne Schraube 42 hydraulisch dicht in die zugehörige Axialbohrung 45 eingesetzt. Die Einzelabdichtung der Schrauben kann entfallen, wenn der Außenring 17 gemäß Fig. 3 in seinem Kolbenbereich einen ringbundförmigen Ansatz 48 aufweist, welcher mit Ringdichtungen 31a, 31b eine hydraulische Abdichtung des Druckraums 27 bewirkt. Der den ringbundförmigen Ansatz aufnehmende Zylinderraum 50 ist demgemäß als Kreisringnut ausgebildet. Die Anschlagschrauben 43 mit ihren zugehörigen Bohrungen 49 sind, im Vergleich zur Ausführungsform gemäß Fig. 2 mehr radial nach innen gerückt, außerhalb der hydraulischen Kolbendichtungszone - bei 31a, 31b - angeordnet und können daher auf ihrer gesamten axialen Länge mit tragenden Gewinde versehen sein. Es ist selbstverständlich, daß die Anschlagschrauben 44 auch radial außerhalb der Kolbendichtungszone 31a, 31b angeordnet sein können, wenn man für die Bohrungen 49 entsprechende Bereiche, z.B. ähnlich den Schultern 19 und 40 gemäß Fig. 1, vorsieht.

Zwischen einer radialen Druckfläche 25 des zusätzlichen Außenringes 17 und der radialen Druckfläche 26 des Außenringes 16 befindet sich ein Druckraum 27, welcher über eine Anschlußbohrung 28 und zwei Kanäle 29, 30 unmittelbar mit Hydraulikflüssigkeit druckbeaufschlagbar ist. Die hydraulisch wirksame Ringdichtung zwischen der Zylindermantel-Innenfläche 20 und der Zylindermantel-Außenfläche 21 sind mit den Bezugsziffern 31 bzw. 31a, 31b versehen.

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Der Montagevorgang geschieht entsprechend den Fig. 1-3 in im wesentlichen analoger Weise wie folgt: Die Nabe 11 wird zunächst auf die Welle 10 geschoben, sodann werden die Druckringe 13a, 14a mitsamt ihren zugehörigen Außenringen 16, 17 auf die Nabe 3 geschoben. Hierbei ist die Verbindung zwischen den Druckringen 13a, 14a mittels je eines Dichtungsringes 15 abgedichtet.

Die Druckringe 13a, 14a sind mittels der Verschraubung (bei 18) axial fest miteinander verbunden.

Sodann werden die Anschläge auf ihren Gegenflächen derart abgestützt, z.B. die Anschlagschrauben 42, 43 so zu Grunde gedreht, daß sich die Flächen A und I satt aneinanderlegen. Zur Erzielung z.B. einer festen Verschraubung kann sich der Monteur ohne weiteres grober Werkzeuge, wie z.B. eines Hammers ound eines Meißels, bedienen. Schließlich wird eine Hydropumpe über eine nicht dargestellte Druckleitung an die Anschlußbohrung 28 angeschlossen und Hydrauliköl oder Hydraulikfett in den Druckraum 27 eingepreßt. Sobald ein vorbestimmter Druck erreicht ist, werden die Einzelanschläge, z.B. 42, 43, weiter angezogen, nachdem sich die Außenringe 16, 17 relativ zu ihren korrespondierenden Druckringen axial voneinander entfernt haben. Nach Abschaltung des Hydraulikdrucks wird die Anschlußbohrung 28 mit einem nicht dargestellten Staubstopfen verschlossen. Zur Demontage wird wiederum Druckflüssigkeit in den Druckraum 27 eingeführt und dort der Druck derart erhöht, daß die Anschläge 41, 42, 43 von ihren Gegenflächen entfernt werden können.

Claims

Patentanwälte;..;;, * ·..· ,:, Dipi.-Ing. Harald Ostriga Dipi.-ing. Bernd Sonnet Wuppertal-B armen Stresemannstraße 6-8 Zugelassen beim Europäischen Patentamt Patentanwälte Ostnga & Sonnet. Por.tl.-Kh 2Ul.'2"". I) 5MM) Wuppertal 2 Anmelder: Dipl.-Ing. Francois Durand 11 rue du Bateau Oö 6 00 AIJTI Γ· '.■:.: ·' Γ rank re i ch Bezeichnung der Erfindung: Kupplung zur reibschlüssigen Drehverbindung von Maschinenteilen. z.B. Nabe und Welle Schutzansprüche:

1. Kupplung zur reibschlüssigen Drehverbindung von Maschinenteilen, wie z.B. einer Nabe und einer Welle, mit mindestens einem eine Außenkonusflache aufweisenden, zur koaxial umgreifenden Aufnahme des zugeordneten Maschinenteils bestimmten Druckring, dessen Außenkonusflache von einer Innenkonusflache eines Außenringes satt überlagert ist, welcher mit einer Zylinder-mantel-Innenfläche einer Ringschulter einen Ringkolben und einen über eine Zuleitung mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbaren ringförmigen Druckraum umschließt, welcher am Ringkolben axial hydraulisch abstützbar sowie gegen die ansteigende Außenkonusflache des Druckringes axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Druckring (13a) ein mit diesem koaxialer, jedoch eine entgegengesetzt ansteigende Außenkonusflache (A) aufweisender, zusätzlicher Druckring (14a) axial fest verbunden ist, auf dessen Außenkonusfläche (A) ein den Kolben bildender zusätzlicher Außenring (17) axial verschiebbar mit seiner Innenkonusflache

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(J) satt anliegt, daß beide Druckringe (13a, 14a) im Bereich ihrer kleinen Konusdruchmesser aneinanderstoßen, daß die Zuleitung (30) für die Hydraulikflüssigkeit unmittelbar im Druckraum (27) mündet, daß der Neigungswinkel (dl ) jeder Konusfläche geringfügig größer ist als der Reibungswinkel zwischen den jeweils aneinanderliegenden Konusflächen (A,J) und daß die axial verspannte Lage der Außenringe (16, 17) mittels mehrerer von einem Außenring (17) umfangsverteilt an diesem gehaltenen, axial verstellbaren Anschlägen (41, 42, 43) sicherbar ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Kolben bildende Außenring (17) in Verlängerung seines Kolbenbereichs außenumfangsseitig eine ringförmige Stützschulter (40) bildet und daß zwischen dieser und der Stirnfläche der Ringschulter (19) eine die Anschläge bildende, aus mindestens zwei Teilen bestehende Beilagscheibe (41) eingeschaltet ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Außenringe (17) von über seinen Umfang verteilten Axialbohrungen (45) durchsetzt ist, von denen jede einen glatten Innenwandabschnitt und einen Innengewindeabschnitt bildet, wobei jede Axialbohrung (45) von einer einen Außengewindebereich und einen glatten Umfangsbereich (46) mit Ringdichtung (47) aufweisenden Schraube

(42) als Anschlag durchsetzt ist, deren eines Ende sich auf der Stirnfläche des benachbarten Außenringes (16) abstützt.

4. Kupplung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Außenringe (17) von über seinen Umfang verteilten axialen Innengewindebohrungen (49) durchsetzt ist, von denen jede eine Schraube (43) als Anschlag aufnimmt, deren eines Ende sich auf der Stirnfläche des be-

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nachbarten Gegenringes (16) abstützt und wobei jede Axialbohrung (49) zwischen den Druckringen (13a, 14a) und dem den Ringkolben bildenden Bereich des zusätzlichen Außenringes (17) angeordnet ist,

5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß der zusätzliche Außenring (17) als Kolben einen ringbundförmigen Ansatz (48) aufweist, welcher in einen vom anderen Außenring (16) nach Art einer Kreisringnut (50) ausgebildeter Zylinderraum eingreift.