DE8210013U1 - Wellenverbindung - Google Patents

Description

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Wellenverbindung

Die Erfindung betrifft eine Wellenverbindung entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Zum Verbinden zweier im wesentlichen miteinander fluchtenden Wellen, wie sie u.a. bei elektrischen Antrieben für Schienenfahrzeuge vorkommen, werden teils starre, teils elastische Kupplungen verwendet. Bei hochtourig laufenden Wellen (seit einiger Zeit werden Motoren mit 6000 bis 8OOO Umdrehungen pro min. verwendet) befriedigen die bekannten Bauarten nicht mehr, insbesondere dann,

wenn die Kupplung noch eine Zentrierfunktion haben soll. Dieser Fall ist z.B. dann gegeben, wenn die Ankerwelle des Elektromotors nur an dem der Kupplung abgewendeten Ende in einem eigenen Lager aufgenommen ist und sich über die Kupplung auf einer Getriebewelle abstützt. Eine star re Buchse zwischen den beiden Wellen (DE-AS 25 14 265) vermag keine Achswinkelfehler auszugleichen. Bei einer elastischen Kupplung neigen die Gummielemente zu raschem Verschleiß, außerdem besteht immer die Gefahr, daß eine Restunwucht vorhanden ist. Gleiches gilt übrigens auch bei Zahnkupplungen.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zu schaffen, mit der zwei hochtourig laufende Wellen biegeelastisch, aber drehsteif miteinander verbunden werden können, mit der Qauerkräfte ohne weeentlichen Achsversatz übertragen werden können und die mög lichst einfach herzustellen und zu montieren ist.

Als Lösung wird eine Wellenverbindung vorgeschlagen, die die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

a Dabei soll "im wesentlichen als Rotationsteil ausgebil- |

det" so verstanden werden, daß die Muffe abgesehen von |

einem Vielkeil-, Evolventen- oder Polygonprofil in der Bohrung an jeder Stelle einen kreisringförmigen Querschnitt aufweist. Um eine Unwucht möglichst auszuschliessen, sollten die Nabenabschnitte aber zylinderische oder kegelige Bohrungen aufweisen, mit denen sie auf die entsprechenden We11enenden aufgepreßt oder aufgeschrumpft werden. Die Anordnung wenigstens eines scheibenförmigen Abschnittes zwischen den beiden Nabenabschnitten ermöglicht eine drehsteife, aber biegeelastische Wellenverbindung, die Achswinkelfehler ohne große Rückstellkräfte zuläßt. Dazu ist die Scheibe, ausgehend vou ihrem inneren Bereich, auf der einen Seite mit dem einen Nabenabschnitt und, ausgehend von ihrem äußeren Bereich, auf der anderen Seite mit dem anderen Nabenabschnitt verbunden. Mit anderen Worten: Die beiden Nabenabschnitte sind über ein etwa Z-förmiges Zwischenstück miteinander verbunden. Zwischen den Verbindungs- oder "£inspann"-Stellen ist die Scheibe axial so gut wie nicht verformbar. Die Muffe ist also in axialer Richtung verhältnismäßig hart und ermöglicht so das Übertragen von Axialkräften. Die Scheibe ist auch in radialer Richtung hart und ermöglicht so das Übertragen des Motordrehmoments auf das Getriebe. Da die Motorwelle nur auf der getriebefernen Seite gelagert und auf der anderen Seite über die Muffe auf der Getriebewelle abgestützt ist, können keine Achsversetzungen, sondern nur Winkelabweichungen zwischen den beiden Wellen auftreten. Diese auch bei sorgfältiger Fertigung nicht lOOJiig auszuschließenden, geringen Winkelabweichungen können jedoch von der Scheibe überbrückt werden, da ihr, wie jedem plattenförmigen Körper, eine gewisse Biegeelastizität eigen ist. Zur Erhöhung der Elastizität der Wellenverbindung ist es zweckmäßig, zwei Scheiben ent-

sprechend dem Merkmal des Anspruchs 2 anzuordnen. Wenn infolge größerer Winkelabweichungen zwischen den beiden Wellen die Scheiben hoch beansprucht werden, empfiehlt sich eine Ausgestaltung nach Anspruch 3« Insbesondere dann, wenn größere radiale Kräfte vorhanden sind und der Biegewinkel klein ist, kann eine Ausgestaltung nach Anspruch k vorteilhaft sein.

Zum Vermeiden von Unwuchten wird die Wellenverbindung zweckmäßigerweise einstückig ausgeführt (Anspruch 5) oder aus wenigstens -zwei unlösbar miteinander verbundenen Teilen (Anspruch 6). Die letztgenannte Ausführung bringt insbesondere bei der Anordnung mit zwei Scheiben Vorteile im Hinblick auf die Fertigung. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Wellenverbindung ist in weiten Bereichen der Technik möglich. Von besonderer Bedeutung ist aber ihre Anwendung in Antrieben für elektrische Schienenfahrzeuge.

Zusammengefaßt lassen sich für die Wellenverbindung nach der Erfindung folgende Vorteile nennen:

a) Für hohe Drehzahlen geeignet, d.h, hohe Zentriergenauigkeit, kein Achsversatz, praktisch keine Unwucht;

b) Weniger Einzelteile als bei bekannten Ausführungen, im Extremfalle nur 1 Teil;

c) Achswinkelfehler werden ohne große Rückstellkräfte überbrückt;

d) Kein Verschleiß innerhalb der Wellenverbindung;

e) Axialkräfte können übertragen werden, was bei Zahn- und elastischen Kupplungen nicht möglich ist;

f) Die Zentriergenauigkeit ist größer als bei einer Zapfenlagerung, die bei Spielfreiheit keine Winkelabweichung zuläßt und bei Spiel nicht exakt zentriert;

g) Die Ausführung als rotationssymmetrischer Körper ermöglicht eine problemlose, genaue und doch billige Fertigung;

h) Einfache Montage, z.B. mittels Ölpreßverband, der in allen Bereichen der Technik als einfaches, problemloses Fügeverfahren bekannt und bewährt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand mehrerer in den Figuren 1 bis k dargestellter Ausführurjgsbeispiele beschrieben.

Figur 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform für die erfindungsgemäße Wellenverbindung zwischen der Welle eines Elektromotors und einer Getriebewelle im Schnitt, und die

Figuren 2 bis k zeigen andere mögliche Formen der Muffe·

Die Welle 1 des Antriebsmotors 2 eines nicht gezeichneten Schienenfahrzeugs ist an einem Ende mit einem Wälzlager im Motorgehäuse k gelagert, aber in axialer Richtung nicht festgelegt. Auf das andere Ende 1' das frei aus dem Motorgehäuse k herausragt, ist ein erster Nabenabschnitt 6 einer Kupplungsmuffe 5 drehfest und axial nicht verschiebbar aufgebracht, z.B. aufgeschrumpft. In Verlängerung der Welle 1 ist eine Ritzelwelle 8 eines Stirnradgetriebes 9 angeordnet, dessen Gehäuse iO mit dem Motorgehäuse k verschraubt ist. Die Ritzelwelle 8 ist mit zwei Wälzlagern 11,12 im Getriebegehäuse 10 gelagert und mit einem weiteren Wälzlager 13 in axialer Richtung festgelegt. Ali ihrem dem Antriebsmotor 2 zugewendeten Ende 8· ist ein zweiter Nabenabschnitt 7 der Kupplungsmuffe 5 drehfest und axial nicht verschiebbar aufgebracht, z.B.

über einen Kegelpreßverband l4, der mit einer Scheibe und Schraube l6 gesichert ist. Zum Demontieren der Muffe 5 von den beiden Wellenenden sind in den Nabenabschnitten

6,7 Anschlüße zum Zuführen von Drucköl vorhanden, mit dem die Naben in bekannter Weise aufgeweitet werden können.

Zwischen den beiden Nabenabschnitten 6 und 7 weist die Kupplungsmuffe 5 einen mittleren Abschnitt 17 auf. Dieser mittlere Abschnitt 17 ist im wesentlichen von einer Scheibe 20 gebildet, die über ringförmige Abschnitte l8, 19 mit den beiden Nabenabschnitten 6,7 verbunden ist. Dabei schließt der eine ringförmige Abschnitt l8 an der einen Seite der Scheibe 20 in ihrem äußeren Bereich an und der andere ringförmige Abschnitt 19 an ihrer anderen Seite in ihrem inneren Bereich.

Auf Grund ihrer Form ist die Scheibe 20 in radialer Richtung 21 und auch in axialer Richtung 22 als steif anzusehen. Sie ist damit in der Lage, nicht nur die Motorwel- Ie 1 an ihrem freien Ende abzustützen, sondern auch das Drehmoment vom Motor 2 auf das Getriebe 9 zu übertragen. Andererseits kann die Scheibe 20 dank der ihr eigenen Biegeelastizität eine Winkelabweichung 23 zwischen der Ritzelwelle 8 und der Motorwelle 1 aufnehmen.

Die Kupplungsmuffe 5 ist in Figur 1 als aus einem Stück gefertigt dargestellt. Zur Erleichterung der Fertigung (leichtere Bearbeitung der innenliegenden Bereiche der Scheibe mit guter Oberflächenqualität) kann die Muffe aber auch aus zwei oder mehr Teilen hergestellt werden, die durch Elektronenstrahlschweißen oder in anderer geeigneter Weise unlösbar miteinander verbunden sind. Ein Beispiel hierfür ist in Figur 2 gezeigt. Hier geht jeder Nabenabschnitt 6,7 in eine flanschartige Scheibe 27«28 über, die über einen ringförmigen Abschnitt 29 miteinan der verbunden sind. Mit der Anordnung der zwei Scheiben 27»28 wird eine größere Biegeeiastizität der Kupplungsmuffe gegenüber der Ausführung nach Figur 1 erzielt. Der ringförmige Abschnitt 29 gehört je zur Hälfte zu den beiden Muffenhälften 25,26, die bei 30 miteinander ver-

schweißt sind. Die ringförmigen Aussparungen Zk bewirken eine größere radiale Erstreckung der Scheiben ohne deren Außendurchmesser 31 mehr als zwingend erforderlich gegenüber den Nabenabschnitten zu vergrößern. Wenn insbesondere bei hoher Beanspruchung der Scheiben 27,28 infolge des Biegewinkels eine gleichmäßige Spannungsverteilung angestrebt wird, können die Scheiben 20,27t28 anstatt mit gleichbleibender Dicke 32 mit sich in radialer Richtung ändernder Dicke 33 ausgeführt werden. Ein Beispiel hierfür ist in Figur 3 dargestellt. In einer weiteren Varian te (Figur 4) kann die eine Scheibe mit gleichmäßiger Dicke und die andere mit sich ändernder Dicke ausgeführt werden, z.B. dann, wenn nur ein kleiner Biegewinkel vorliegt.

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Begriffsliste

1 Welle

2 Antriebsmotor

3 Wälzlager

k Motorgehäuse

5 Kupplungsmuffe

6 erster Nabenabschnitt

7 zweiter Nabenabschnitt

8 Ritzelwelle

9 Stirnradgetriebe 10 Gehäuse von 9

12) Wälzlager

Ik Kegelpreßverband

15 Scheibe

16 Schraube

17 mittlerer Abschnitt

_iq) ringförmiger Abschnitt ,

20 Scheibe

21 radiale Richtung

22 axiale Richtung

23 Winkelabweichung

2k ringförmige Aussparung

25 Muffenhälfte

26 Muffenhälfte

₂g) Scheibe

29 ringförmiger Abschnitt

30 Schweißstelle

31 Außendurchmesser

) Dicke

Claims (6)

1. ANSPRÜCHE

   l) Wellenverbindung für zwei im wesentlichen miteinander fluchtenden Wellen mit einer die einander zugewendeten Enden der beiden Wellen umgreifenden Muffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (5) im wesentlichen als Rotationsteil ausgebildet ist mit zwei die einander zugewendeten Wellenenden (l',8*) spielfrei umgreifenden Nabenabschnitt en (6,7) und einem dazwischen befindlichen mittleren Abschnitt (17) in der Form wenigstens einer Scheibe (20), die seitlich angrenzend an ihren Innendurchmesser mit dem einen Nabenabschnitt (7) und seitlich angrenzend an ihren Außendur chinese er mit dem anderen Nabenabschnitt (6) verbunden ist.
2. 2) Wellenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem mittleren Abschnitt (17) zugewendeten Enden der Nabenabschnitte (6,7) in Form von scheibenförmigen Flanschen (27,28) ausgebildet sind, die im Bereich ihrer gegenüber den Nabenabschnitten (6,7) wesentlich größeren Außendurchmesser (3I) miteinander verbunden sind, im übrigen aber axialen Abstand zuei nander aufweisen.
3. 3) Wellenverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Scheibe (20) oder wenigstens eine der beiden Scheiben (27,2S) in radialer Richtung zu- und/oder abnehmende Dicke (33) aufweist.
4. 4) Wellenverbindung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Scheiben (27»28) unterschiedliche Dicke (32,33) aufweisen.
5. 5) Wellenverbindung nach einem dar Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (5) einstückig hergestellt ist.
6. 6) Wellenverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, .5 dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (5) »^us zwei oder mehr unlösbar, z.B. durch Elektronenstrahlschweißen, miteinander verbundenen Teilen (25,26) hergestellt ist.