SE515062C2 - Vridmomentbegränsande kopplingsanordning - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 35 515 2062 till ett hydrostatiskt lager för vilket vridmomentet reduceras till nära noll-nivå.

Efter utlösning måste drivningen helt stoppas. Därefter slutar kopplingsanordningens pumpar att pumpa in vätska (olja) mellan samverkansytorna. Vätskan ges då möjlighet att dräneras via ka- naler varpå friktionsgreppet mellan samverkansytorna återupp- rättas inom ca l minut. Vridmomentgränsen kan väljas inom ett brett område, och kan inställas med en hög noggranhet, exempel- vis i 10% från önskat värde. Kopplingsanordningen har vidare kompakta dimensioner.

Ett problem vid den kända anordningen är att den innehàllna vätskan/oljan helt eller delvis kan läcka bort innan anordning- en utlöses, att oljans egenskaper ändras med tiden, att oljan kan förorenas av partiklar som exempelvis kan bildas i samband med en utlösning och som sätter igen ventiler, silar och stör anordningens funktion, osv.

Det finns därför en viss risk för att den kända anordningen felfungerar vid utlösning. En sådan felfunktion skulle då inne- bära att samverkansytorna inte separeras tillräckligt och att otillräcklig oljemängd pressas in i mellan samverkansytorna.

Felfunktionen kan då medföra att mycket höga moment trots allt överföres via anordningen så att exempelvis motorn och driven utrustning skadas, och även så att själva kopplingsanordningen skadas allvarligt. Speciellt med hänsyn till konsekvensen av en sådan felfunktion (jämför stillestàndskostnaden) har den aktu- ella typen av anordningen inte fått särskilt stor användning i praktiken, trots egenskapen att den vid normal utlösning medger snabb och automatisk àterställning och därigenom snabb återupp- tagning av anläggningens drift efter undanröjande av orsaken till utlösningen.

Uppfinningen har till ändamål att anvisa en vidareutveckling av anordningen, för att begränsa effekten av en felfunktion hos anordningen, och sålunda begränsa erforderlig avställningstid 10 15 20 25 30 35 515 (1362 för anläggningen för áterställning av anordningen efter fel- funktion vid utlösning på grund av exempelvis otillräcklig ol- jeinpumpning mellan anordningens samverkansytor. Ändamålet uppnås med en anordning enligt patentkravet 1.

Utföringsformer av anordningen anges i de bilagda osjälvständi- ga patentkraven.

Medan den konventionella anordningens samverkansytor består av lättlegerat kolstàl som är nitrerhärdat till ett djup av ca 0,3 mm och har en hårdhet av ca 700 Vickers, anvisas nu enligt upp- finningen att den ena av delarna bär ett ytskikt som definierar den ena av samverkansytorna och som består av ett material med väsentligt lägre plasticeringsgräns än den andra delens samver- kansyta. Ytskiktet kan ha en tjocklek av några millimeter, exem- pelvis 5 mm och kan såsom ett exempel bestå av en tenn-koppar- legering av typen tombak, dvs exempelvis 90% Cu, 10% Sn, 1% Pb.

En sådan legering har en sträckgräns av ca 100 N/m2. Ytskiktet kan vidare ha kaviteter i formen av spår på sin fria yta. Dessa spår kan då bilda vätskefördelningskanaler för lagerfunktionen.

Som ett annat alternativ kan ytskiktets kaviteter innehålla andra urtagningar eller håligheter. Syftet med dessa kaviteter i ytskiktet är att säkerställa att ytskiktets material, exem- pelvis vid smältning ha en volym som är mindre än det utrymme mellan hylsan och skaftet som ytskiktet ursprungligen upptog.

På grund av att plasticeringen syftar till att eliminera kraft- överföringen mellan hylsan och skaftet, bör kaviteterna i yt- skiktet dimensioneras för att ta hänsyn till att hylsans inner- diameter minskar då den avlastas och att skaftets ytterdiameter ökar då skaftet avlastas, så att det tillgängliga utrymmet för ytskiktet minskar. Skiktets material skall alltså företrädesvis ha en nettovolym som är mindre än volymen för utrymmet mellan hylsan och skaftet efter eliminering av den radiella förspän- ningen dem emellan, och även med hänsyn till temperaturförhål- landena vid ytskiktets plasticering eller smältning (dvs mot- svarande volymavvikelser för ytskiktet, hylsan och skaftet) så att hylsan i princip skulle kunna rotera fri från kontakt med 10 15 20 25 30 35 515 962 det plasticerade ytskiktet efter en relativ rotation mellan hylsan och skaftet. Härigenom minskas risken för att ytskiktets material tillförs sådan energimängd att det övergår i smält fas vid en relativ rotation mellan kopplingsanordningens båda hu- vuddelar.

Plasticeringen av ytskiktet medför en successiv sänkning av ytskiktsmaterialets flytgräns. Tack vare det nämnda ytskiktet kan det överförda vridmomentet begränsas i fallet att den hyd- rostatiska lagringsfunktionen inte kan upprätthållas. Kraft- överföringen mellan kopplingsanordningens ingående axel och utaxel kan övervakas och brytas med hjälp av yttre medel, exem- pelvis genom detektering av eventuell hastighetsskillnad mellan kopplingens in- och utgående del, för begränsning av den rela- tiva rotationen mellan delarna.

Tack vare uppfinningen förhindras skador både i driven utrust- ning och i drivande utrustning, och begränsas även skador i den vridmomentbegränsande anordningen.

Kopplingen kan enkelt renoveras efter en plasticering/smältning av ytskiktet, genom en uppvärmning av ytskiktet och den del (skaftet) på vilken ytskiktet är buren. Genom att ytskiktets material (tombak) har högre värmeutvidgningskoefficient, kommer skiktet att släppa från delens (skaftets) bas och enkelt dras av från skaftet. Ett ersättningsytskikt i formen av en tombak- hylsa kan enkelt skjutas in i/över den ifrågavarande delen (10, 20) och fästas vid denna genom exempelvis ett limförband som destrueras vid renoveringsuppvärmningen eller i samband med ytskiktets plasticering.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrives i exempelform med hänvisning till den bilagda ritningen.

Fig 1 visar schematiskt en axialsektion som en vridmoment- begränsande kopplingsanordning. 10 15 20 25 30 35 5155062 Anordningen enligt fig 1 är i grunden baserad på anordningen enligt WO 90/00231, vars lärdomar härmed inkorporeras häri.

Kopplingen innefattar i grunden en cylindrisk axeltapp 10 och en tappen/skaftet 10 omslutande hylsa 20, varvid skaftet 10 och hylsan 20 har flänsanslutningar 11 resp. 21 för inkoppling i ett drivningssystem, exempelvis en stor elmotor och en vals tillhörande ett stålvalsverk. Hylsan 20 har en inneryta 22 som samverkar med en ytteryta 12 på skaftet 10. I hylsans vägg finns en oljekammare A som kan trycksättas genom inpumpning av olja med ett tryck, exempelvis i området O-50 mPa, för fram- bringning av ett friktionsgrepp i gränsen B mellan samverkan- sytorna 12, 22. Friktionsgreppet och det maximalt överförbara vridmomentet bestämmes av oljetrycket i kammaren A. Efter in- pumpning av olja till kammaren A via en fyllningskanal stängs en (icke visad) ventil i kanalen (ej visad).

I den cylindriska delen 20 finns ett nav 30 som är rotations- lagrat koaxiellt till delen 20. Navet 30 bär på sin utsida ett lager 5 excentriskt till navets 30 axel. Ett antal oljepumpar 3 arbetar radiellt mellan lagret 5 och en inneryta av delen 5.

Pumparna har tillhörande kanaler 4 för pumpning av olja till gränsytan B, exempelvis till dess längdmittområde. Oljan spri- der sig längs gränsytan och kan exempelvis samlas upp via en kanal 41 vid gränsytans B ena ände för återföring till pumput- rymmet. En oljemängd kan finnas innestängd i pumputrymmet för att direkt sugas av respektive pump och tryckas ut till gränsy- tan B vid en relativ rotation mellan delarna 10, 20. Vid sådan relativ rotation kommer pumparna 5 att sättas i arbete tack va- re excentriciteten för navets 30 ytteryta (lagrets 5 excentris- ka läge relativt delarna 10, 20). Tappens 10 med hylsan 20 sam- verkande del har ett ytskikt 50 av tombak (90% Cu, 10% Sn, 1% Pb). Skiktet 50 har spår 51 på sin fria huvudyta. Spåren 51 kan även utnyttjas som oljefördelningsspår för olja från pumparna 3. Oljan från pumpen 3 pumpas via kanalen 40 till gränsytans B längdmittområde och strömmar därifrån axiellt till gränsytans B båda ändar, såsom visas med pilarna. Ett oljeflöde överföres 10 15 20 25 30 35 515 0662 direkt till pumpkammaren, utan att oljedelflöde uppsamlas via ledningen 41, som sträcker sig tillbaka till oljepumpkammaren.

Mellan skaftet 10 och hylsan 20 finns ett utrymme som är helt fyllt av skiktet 50, med undantag för skiktets 50 spår 51. Spå- ren 51 tjänar även till att emotta delar av skiktet 50 som plasticeras vid relativ rotation mellan delarna 10, 20. Delens 20 yta 22 består av stål och samverkar med skiktets 50 tombak- yta. Tombakskiktet 50 förmår vid normala vridmoment överföra vridmomentet. Men då vridmomentlasten överstiger det förin- ställda värdet kommer stålytan 22 att börja glida relativt tom- bakskiktet 50. Friktionsvärmet och/eller relativrörelsen medför att skiktet 50 snabbt deformeras genom plasticering eller smältning. Tack vare spåren 51 kan skiktets 50 materialyta för- skjutas radiellt i riktning bort från ytan 22. Skiktets netto- volym bör lämpligen få plats i utrymmet mellan hylsan och skaf- tet efter det att dessa har avlastats radiellt, och med hänsyn till det deformerade ytskiktets tillstånd och temperatur. Häri- genom minskas risken för att materialet 50 tillförs sådan ener- gimängd att det övergår i smält fas. Plasticeringen medför en successiv sänkning av materialets flytgräns. Materialet 50 går vanligen inte över i smält fas.Tack vare plasticeringen av ma- terialet 50 och dess deplacering begränsas effektöverföringen mellan delarna 10, 20 om pumparna 3 inte förmår pumpa in olja i gränsytan B.

Friktionsingreppet mellan skaftet och hylsan kan givetvis etab- leras med andra medel än den i fig 1 illustrerade trycksätt- ningen av hydraulkammaren A. Exempelvis kan hylsan och skaftet vara koniska och kan de axiellt drivas samman för uppnående av ett valt friktionsgrepp, dvs en vald övre momentöverförings- gräns. Om hylsan och skaftet har i förväg valda dimensioner för ett visst friktionsingrepp, kan ingreppet åstadkommas genom s.k. värmekrympning eller genom att hylsan påpressas på skaf- tet. När friktionsingreppet elimineras, dvs då den radiella förspänningen mellan skaftet och hylsan undanröjes, kommer skaftets ytterdiameter att öka och hylsans innerdiameter att lO 15 20 515 7062 minska. Ytskiktet bör därför vara dimensionerat så att dess nettovolym helst med viss marginal får plats i utrymmet mellan hylsan och skaftet när friktionsförbandet har eliminerats, dvs när hylsan och skaftet har radiellt avlastats. Genom att för ytskiktet 50 välja ett material med en relativt låg plastice- ringsgräns, kan man sålunda uppnå att en begynnande rotation mellan delarna 10, 20 i frånvaro av en oljehinna mellan dem kan utlösas vid en relativt låg vridmomentgräns, som dock ligger över den vridmomentgräns vilken etableras av friktionsingreppet mellan delarna 10, 20, tack vare den begynnande plasticeringen av ytskiktets material. Materialet 50 kan på sätt och vis sägas bilda ett glidmedel i gränsytan mellan skaftet och hylsan. Ge- nom att säkerställa att ytskiktet får plats i den resulterande spalten mellan hylsan och skaftet efter deras radiella avlast- ning, minimeras överföringen av energi till skiktets 50 materi- al och minskas energiöverföringen mellan skaftet och hylsan.

För att ytskiktet å ena sidan initialt skall kunna överföra energi mellan de båda delarna och å andra sidan kollapsa och inta ett tillstånd med avsevärt mindre radiell tjocklek, kan ytskiktet förutom de funktionella spåren på sin fria yta även innehålla andra urtagningar eller håligheter, exempelvis porer eller dylikt, i sitt initiala tillstånd.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 5158 062 P a t e n t k r a v

1. Vridmomentbegränsande kopplingsanordning, innefattande två koaxiella väsentligen cylindriska samverkansytor (12,22) på två samverkande delar (10, 20) i formen av en cylindrisk hylsa (20) respektive ett cylindriskt skaft (10), varvid hylsan står i ett friktionsingrepp med skaftet för överföring av vridmoment upp till en mot friktionsingreppet motsvarande gräns, vid vil- ken hylsan börjar rotera relativt skaftet, och åtminstone en pumpanordning (3) som är anordnad att vid relativ rotation mel- lan hylsan och skaftet drivas för pumpning av en vätska från ett förråd till en spalt (B) mellan samverkansytorna (l2,22), varvid medel (41) är tillhandahållna för att bortleda vätskan från spalten (B) för återställning av friktionsingreppet efter ett överskridande av vridmomentgränsen, kânnetecknad av att den ena delen (10) innefattar en bas med ett ytskikt (50) vilket definierar den ena (12) av samverkansytorna och vilket består av ett material med väsentligt lägre plasticeringsgräns än ma- terialet i den andra delens (20) samverkansyta (22).

2. Anordning enligt krav 1,kännetecknad av att ytskiktet (50) har kaviteter (51) för att vid plasticering kunna fjärmas från den andra delens samverkansyta (22).

3. Anordning enligt krav 2, kännetecknad av att kaviteter- na består av spår (50) som är riktade runt omkretsen och som är belägna på ytskiktets samverkansyta.

4. Anordning enligt något av kraven l-3,kännetecknad av att ytskiktet (50) består av tombak och att den andra delens samverkansyta består av stål.

5. Anordning enligt något av kraven 1-4,kännetecknad av att delarna (10, 20) är inbördes radiellt förspända för etable- ring av det nämnda friktionsingreppet. 10 5159 062

6. Anordning enligt något av kraven l-5,kännatecknad av att ytskiktet (50) har kaviteter för att medge ytskiktet att inta en radiell tjocklek som är mindre än det radiella avstån- det mellan basens yta och den andra delens (20) samverkansyta (22) efter en plasticering och/eller smältning av ytskiktet (50) och en radiell avlastning av delarna (10, 20).

7. Anordning enligt något av kraven l-6,kännetecknad av att ytskiktet består av ett material med högre värmeutvidg- ningskoefficient än basens värmeutvidgningskoefficient.