DE102024121802B3 - Coupling device - Google Patents
Coupling device Download PDFInfo
- Publication number
- DE102024121802B3 DE102024121802B3 DE102024121802.9A DE102024121802A DE102024121802B3 DE 102024121802 B3 DE102024121802 B3 DE 102024121802B3 DE 102024121802 A DE102024121802 A DE 102024121802A DE 102024121802 B3 DE102024121802 B3 DE 102024121802B3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- coupling
- coupling device
- connection
- shaft
- flange
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D1/00—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements
- F16D1/06—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end
- F16D1/064—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable
- F16D1/068—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end non-disconnectable involving gluing, welding or the like
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung zum Ausgleich radialer, axialer und/oder winkliger Lageabweichungen angeschlossener im Wesentlichen koaxialer Wellen, insbesondere zum Verbinden einer Turbinenwelle mit einer Generatorwelle, wobei die Kupplungsvorrichtung, jeweils an entgegengesetzten Enden Membranscheiben aufweist, die jeweils mit der Turbinenwelle und der Generatorwelle verbindbar sind, wobei die Kupplungsvorrichtung zumindest als wieder lösbare zweiteilige Wellenkupplung ausgebildet ist, und wobei zumindest eine Verbindung für ein erstes Kupplungselement und ein zweites Kupplungselement der Kupplungsvorrichtung mittels einer ersten Flanschverbindung und einer weiteren kraftschlüssigen Verbindung ausgebildet ist. Durch die vorliegende Erfindung werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden. Insbesondere wird durch die vorliegende Erfindung eine lösbare und reproduzierbar präzise Verbindung von Wellen zur Verfügung gestellt. Die einfache Montage, Demontage und Ausrichtung der Kupplungsvorrichtung sind hier ein großer Vorteil gegenüber den bekannten Kupplungsvorrichtungen. Außerdem kann durch die Aufteilung des Drehmoments auf eine Flanschverbindung und eine weitere kraftschlüssige Verbindung eine kleinere leichtere Bauweise der Kupplung erreicht werden als bei einer Kupplung mit lediglich einem Flansch. The present invention relates to a coupling device for compensating radial, axial, and/or angular positional deviations of connected, essentially coaxial shafts, in particular for connecting a turbine shaft to a generator shaft. The coupling device has diaphragm disks at opposite ends, each of which can be connected to the turbine shaft and the generator shaft. The coupling device is designed at least as a detachable, two-part shaft coupling, and at least one connection for a first coupling element and a second coupling element of the coupling device is formed by means of a first flange connection and a further non-positive connection. The present invention avoids the disadvantages of the prior art. In particular, the present invention provides a detachable and reproducibly precise connection of shafts. The simple assembly, disassembly, and alignment of the coupling device are a major advantage over known coupling devices. Furthermore, by distributing the torque between a flange connection and a further non-positive connection, a smaller, lighter design of the coupling can be achieved than with a coupling with only one flange.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung zum Ausgleich radialer, axialer und/oder winkliger Lageabweichungen angeschlossener im Wesentlichen koaxialer Wellen.The present invention relates to a coupling device for compensating radial, axial and/or angular positional deviations of connected substantially coaxial shafts.
Kupplungsvorrichtungen der oben genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt.Coupling devices of the above-mentioned type are already known from the prior art.
Die
Die
Die
Die
Mit den aus dem Stand der Technik bekannten Kupplungsvorrichtungen sind insbesondere häufig keine sehr hohen Drehzahlen (>90000 UPM) übertragbar. Auch gestaltet sich das Auswuchten von langen Kupplungsvorrichtungen schwierig und die Montage und Demontage ist nicht in einfacher Weise und reproduzierbar möglich.In particular, the coupling devices known from the state of the art often cannot transmit very high speeds (>90,000 rpm). Balancing long coupling devices is also difficult, and assembly and disassembly are not possible in a simple and reproducible manner.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche die Nachteile des vorgenannten Standes der Technik vermeidet. Insbesondere soll die vorliegende Erfindung eine lösbare und reproduzierbar präzise Verbindung von Wellen, eine Übertragung von Drehmomenten bei sehr hohen Drehzahl (>90000 UPM), eine schwingungstechnische Entkopplung von Rotoren, eine einfache Auswuchtung der Vorrichtung (Auswuchtgüte min. G 2,5) und eine rotordynamische Trennung der Wellen ermöglichen.It is therefore an object of the present invention to provide a coupling device that avoids the disadvantages of the aforementioned prior art. In particular, the present invention is intended to enable a detachable and reproducibly precise connection of shafts, torque transmission at very high speeds (>90,000 rpm), vibration-related decoupling of rotors, easy balancing of the device (balance quality min. G 2.5), and rotor-dynamic separation of the shafts.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Kupplungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a coupling device according to the preamble of claim 1 in conjunction with the characterizing features. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
Durch die vorliegende Erfindung werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden. Insbesondere wird durch die vorliegende Erfindung eine lösbare und reproduzierbar präzise Verbindung von Wellen zur Verfügung gestellt. Die einfache Montage, Demontage, Wiedermontage und Ausrichtung der Kupplungsvorrichtung sind hier ein großer Vorteil gegenüber den bekannten Kupplungsvorrichtungen.The present invention avoids the disadvantages of the prior art. In particular, the present invention provides a detachable and reproducibly precise connection of shafts. The simple assembly, disassembly, reassembly, and alignment of the coupling device are a major advantage over known coupling devices.
Außerdem kann durch die Aufteilung des Drehmoments auf eine Flanschverbindung und eine Kegel-/Kegelsitzverbindung eine kleinere leichtere Bauweise der Kupplung erreicht werden als bei einer Kupplungsvorrichtung mit lediglich einem Flansch.In addition, by dividing the torque between a flange connection and a cone/cone seat connection, a smaller and lighter design of the coupling can be achieved than with a coupling device with only one flange.
Da die teilbare Wellenkupplung sowohl flanschseitig mit anderen Kupplungselementen verbindbar ist, als auch die Membranascheiben wieder von den jeweiligen Wellenenden abziehbar sind, ist die Wiederverwertbarkeit im Gegensatz zum Stand der Technik gegeben, was eine erhöhte Nachhaltigkeit bedeutet. Dabei kann zum Abziehen der jeweiligen Kupplungselemente im geteilten Zustand der Kupplungsvorrichtung der jeweilige Kupplungsflansch zum Ansetzen eines Abziehers verwendet werden. Hierdurch lässt sich die aufgeschrumpfte Membranscheibe zerstörungsfrei und wiederverwendbar vom Wellenende beispielsweise einer Turbinenwelle oder einer Generatorwelle entfernen.Since the separable shaft coupling can be connected to other coupling elements on the flange side, and the membrane discs can be removed from the respective shaft ends, it is recyclable in contrast to the state of the art, which means increased sustainability. To remove the respective coupling elements in the split state of the coupling device, the respective coupling flange can be used to attach a puller. This allows the shrunk-on diaphragm disc to be removed non-destructively and reusably from the shaft end of, for example, a turbine shaft or a generator shaft.
Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung zum Ausgleich radialer, axialer und/oder winkliger Lageabweichungen angeschlossener im Wesentlichen koaxialer Wellen, insbesondere zum Verbinden einer Turbinenwelle mit einer Generatorwelle, sieht vor, dass die Kupplungsvorrichtung, jeweils an distalen Enden Membranscheiben aufweist, die jeweils mit der Turbinenwelle und der Generatorwelle verbindbar sind, wobei die Kupplungsvorrichtung wieder lösbar mehrteilig, vorzugsweise zweiteilig ausgebildet ist, und wobei zumindest eine Verbindung für ein erstes Kupplungselement und ein zweites Kupplungselement der mehrteiligen Kupplungsvorrichtung mittels einer ersten Flanschverbindung und einer weiteren kraftschlüssigen Verbindung ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung wird verwendet, um z. B. eine Turbine, insbesondere eine mit hoher Drehzahl drehende Gasturbine, und einen Generator zu verbinden. Die Membranscheiben an den gegenüberliegenden Enden der Kupplungsvorrichtung können zerstörungsfrei abnehmbar mit der Turbinen- und Generatorwelle verbunden werden. Die Kupplungsvorrichtung besteht aus zumindest zwei Kupplungselementen, die mit einer ersten Flanschverbindung und einer weiteren kraftschlüssigen Verbindung starr gekoppelt sind.The coupling device according to the invention for compensating radial, axial, and/or angular positional deviations of connected, essentially coaxial shafts, in particular for connecting a turbine shaft to a generator shaft, provides that the coupling device has diaphragm disks at each distal end, which can each be connected to the turbine shaft and the generator shaft. The coupling device is detachably constructed in several parts, preferably two parts, and at least one connection for a first coupling element and a second coupling element of the multi-part coupling device is formed by means of a first flange connection and a further non-positive connection. The coupling device according to the invention is used, for example, to connect a turbine, in particular a gas turbine rotating at high speed, and a generator. The diaphragm disks at the opposite ends of the coupling device can be removably connected to the turbine and generator shafts in a non-destructive manner. The coupling device consists of at least two coupling elements that are rigidly coupled by means of a first flange connection and a further non-positive connection.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die weitere kraftschlüssige Verbindung als Kegel-Kegelsitzverbindung ausgebildet ist. Eine Kegel-Kegelsitzverbindung ist eine kraftschlüssige Verbindung. Bei dieser Art der Verbindung wird die Bewegung der Bauteile durch Haftreibung verhindert. Die Nabe rutscht nicht, solange die Belastungsgrenze nicht überschritten wird. Kegelsitzverbindungen eignen sich zur Übertragung großer, wechselnder und stoßartiger Drehmomente, Gemäß dieser Weiterbildung stellt die Kupplung eine Kombination aus Kegel-Kegelsitz, Flanschkupplung und Doppelmembran dar. Dabei trägt der Kegel-Kegelsitz zusätzlich zur Selbsthemmung des aus den beiden Kupplungselementen erzeugten Kupplungsverbunds bei und wirkt mit der Flanschverbindung zusammen. Diese Kombination ermöglicht die schlupffreie Drehmomentübertragung.An advantageous development of the invention provides that the additional force-locking connection is designed as a cone-cone seat connection. A cone-cone seat connection is a force-locking connection. With this type of connection, the movement of the components is prevented by static friction. The hub does not slip as long as the load limit is not exceeded. Cone seat connections are suitable for transmitting large, alternating and shock-like torques. According to this development, the coupling represents a combination of cone-cone seat, flange coupling and double diaphragm. The cone-cone seat additionally contributes to the self-locking of the coupling assembly created from the two coupling elements and interacts with the flange connection. This combination enables slip-free torque transmission.
Ferner ist es möglich, die Kupplungsvorrichtung unabhängig von den zu verbindenden Wellen auszuwuchten. Dabei werden die verbundenen Kupplungselemente im Verbund ausgewuchtet. Da die Kupplungsvorrichtung nach Auseinanderbau, Aufschrumpfen der Membranscheiben auf die jeweils zu verbindenden Wellenenden präzise erneut zusammengebaut werden kann, ist kein erneutes Auswuchten erforderlich. Der präzise Wiederzusammenbau wird dabei durch die Kegel-/Kegelsitzverbindung ermöglicht.Furthermore, it is possible to balance the coupling device independently of the shafts to be connected. The connected coupling elements are balanced together. Since the coupling device can be precisely reassembled after disassembly and shrink-fitting the diaphragm discs onto the respective shaft ends to be connected, no rebalancing is required. The cone/cone seat connection enables precise reassembly.
Noch eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zumindest eines der beiden Kupplungselemente aus Vollmaterial, beispielsweise einer Stahllegierung, hergestellt ist. Dabei kann das der Membrankupplung abgewandte Ende des Kupplungselements aus einem Vollzylinder spanabhebend bearbeitet werden, um einen Kegel-/Kegelstumpf und/oder einen Kegelsitz zu erzeugen.Another advantageous embodiment of the invention provides that at least one of the two coupling elements is made of solid material, for example, a steel alloy. The end of the coupling element facing away from the diaphragm coupling can be machined from a solid cylinder to create a conical/truncated cone and/or a conical seat.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zumindest eines der beiden Kupplungselemente als Hohlwelle ausgebildet ist. Dabei kann die Hohlwelle als zylindrisches Rohr aus einer Metalllegierung hergestellt sein, deren Kegel- bzw. Kegelstumpfende sowie das Kegelsitzende mittels SLM (Selective Laser Melting) Verfahren hergestellt wird. Zum erstellen der erforderlichen Oberflächenbeschaffenheit kann der Kegel bzw. der Kegelsitz anschließend beispielsweise spanabhebend bearbeitet werden.A further advantageous embodiment of the invention provides that at least one of the two coupling elements is designed as a hollow shaft. The hollow shaft can be manufactured as a cylindrical tube made of a metal alloy, the conical or truncated cone end and the conical seat end of which are manufactured using SLM (Selective Laser Melting) technology. To create the required surface finish, the cone or conical seat can subsequently be machined, for example, by cutting.
Auch ist eine Kombination aus einem Hohlwellen-Kupplungselement und einem aus Vollmaterial hergestellten Kupplungselement denkbar.A combination of a hollow shaft coupling element and a coupling element made of solid material is also conceivable.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die jeweils an gegenüberliegenden Enden der Kupplungsvorrichtung angeordneten Membranscheiben unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Die Membranscheiben in der Kupplungsvorrichtung können unterschiedliche Durchmesser haben, um Wellen mit unterschiedliche Durchmessern und/oder Materialien zu verbinden.A further advantageous development of the invention provides that the diaphragm discs arranged at opposite ends of the coupling device have different diameters. The diaphragm discs in the coupling device can have different diameters in order to connect shafts with different diameters and/or materials.
Auch sind Kombinationen unterschiedlich langer Kupplungselement vorsehbar. Dadurch können unterschiedliche Gehäuseüberstände von beispielsweise Turbinengehäuse oder Generatorgehäuse ausgeglichen werden. Außerdem können hierdurch individuell die Schwerpunktlagen und Eigenfrequenzen der Kupplungselemente angepasst werden. Eine Kombination unterschiedlich langer Kupplungselemente ist dabei grundsätzlich möglich.Combinations of coupling elements of different lengths are also possible. This allows for compensation of different housing projections, for example, in turbine housings or generator housings. Furthermore, the center of gravity positions and natural frequencies of the coupling elements can be individually adjusted. A combination of coupling elements of different lengths is generally possible.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jedes Kupplungsende eine vertikale Membranscheibe und am Außenumfang der Membranscheibe einen von der Kupplungsvorrichtung horizontal hervorstehenden Presssitz aufweist. Der jeweilige Presssitz dient zum Anschluss an einen komplementären Wellenanschluss einer Turbine bzw. eines Generators, auf den der Presssitz aufgeschrumpft wird. Die vertikale Membranscheibe ist elastisch ausgebildet, so dass hierüber eine Drehmomentübertragung auch bei Winkelversatz möglich ist.An advantageous development of the invention provides that each coupling end has a vertical diaphragm disk and, on the outer circumference of the diaphragm disk, a press fit that projects horizontally from the coupling device. The respective press fit serves for connection to a complementary shaft connection of a turbine or generator, onto which the press fit is shrunk. The vertical diaphragm disk is designed to be elastic, so that a rotational torque transmission is possible even with angular misalignment.
Noch eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kupplungsvorrichtung durch Masseabtrag oder Masseauftrag an der Flanschverbindung auswuchtbar ist. Dies kann beispielsweise durch Aufbringen von Madenschrauben auf den Flansch oder durch Materialabtrag von den Flanschschrauben erfolgen.Another advantageous development of the invention provides that the coupling device can be balanced by removing or applying mass to the flange connection. This can be achieved, for example, by applying grub screws to the flange or by removing material from the flange screws.
Durch die Kupplungsvorrichtung, beispielsweise zwischen einer Turbinenwelle und einer Generatorwelle, wird die Beweglichkeit senkrecht zur Längsachse ermöglicht und die Kräfte werden entkoppelt. Dadurch wird beispielsweise die Schwingungsbeanspruchung eines Generators reduziert und die Stützstruktur im Generatorbereich entlastet. Außerdem eignet sich die Kupplungsvorrichtung dadurch zur Verbindung von luftgelagerten Wellen.The coupling device, for example, between a turbine shaft and a generator shaft, enables mobility perpendicular to the longitudinal axis and decouples the forces. This reduces, for example, the vibration stress on a generator and relieves the load on the support structure in the generator area. Furthermore, the coupling device is suitable for connecting air-bearing shafts.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention are described in more detail below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to the figures.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung; -
2 eine schematische Ansicht des ersten Kupplungselements aus1 ; -
3 eine schematische Ansicht des zweiten Kupplungselements aus1 .
-
1 a schematic view of a coupling device according to the invention; -
2 a schematic view of the first coupling element from1 ; -
3 a schematic view of the second coupling element from1 .
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels zusammen mit den beigefügten Zeichnungen weiter erläutert.
Die Kupplungsvorrichtung 1 gemäß der bevorzugten Ausführungsform, wie sie in
Dabei weisen die sich gegenseitig zugewandten Enden 17, 18 des ersten Kupplungselements 2 und des zweiten Kupplungselements 3 jeweils einen Flansch 6, 7 auf. Das erste Kupplungselement 2 weist einen Flansch 6 mit Gewindebohrungen 11 auf. Das zweite Kupplungselement 3 weist einen Flansch 7 mit Durchgangsbohrungen 12 auf.The mutually facing ends 17, 18 of the
Dabei sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils zwei Bohrungen über den Flanschumfang verteilt. Die Verschraubung wird durch zwei Flanschschrauben 8 gebildet. Je nach Anforderung können jeweils aber auch drei, vier oder fünf Gewindebohrungen 11, Durchgangsbohrungen 12 und Flanschschrauben 8 vorgesehen werden.In the present embodiment, two holes are distributed around the flange circumference. The screw connection is formed by two flange screws 8. Depending on the requirements, three, four, or five threaded
Durch axialen Anschlag zwischen den Flanschen 6, 7 kann aufgrund der erzeugten Reibung die Schraubverbindung entlastet und/oder das übertragene Drehmoment erhöht werden.By axially stopping between the
Ferner weist in diesem Ausführungsbeispiel das erste Kupplungselement 2 einen kegelförmigen, hier einen kegelstumpfförmigen Vorsprung auf, der konzentrisch zur Mittelachse des ersten Kupplungselements 2 axial über die Flanschfläche hervorsteht. Das zweite Kupplungselement 3 weist eine konzentrisch zur Mittelachse des zweiten Kupplungselements 3 ausgebildete Kegelbohrung 10 auf, die an der Flanschfläche beginnt und sich axial in das zweite Kupplungselement 3 hinein erstreckt.Furthermore, in this exemplary embodiment, the
Dabei weist der Kegelstumpf eine Schräge bzw. Steigung von 3° bis 15°, vorliegende 5° auf. Der Kegelsitz ist kongruent, d.h. passend zum Kegelstumpf ausgeführt, wobei der Kegelstumpf 9 gegenüber der Kegelbohrung 10 des Kegelsitz ein leichtes Übermaß aufweist. Durch die Kegel/Kegelsitz-Verbindung wird eine reproduzierbare Zentrierung der beiden Kupplungshälften erreicht. Dadurch lassen sich die beiden Kupplungselemente 2, 3 wieder präzise in der selben Position zusammenbauen, wodurch ein erneutes Auswuchten vermieden werden kann.The truncated cone has a slope or pitch of 3° to 15°, with the present one being 5°. The conical seat is congruent, i.e., designed to fit the truncated cone, with the
Steigung und Übermaß des Kegelstumpfs 9 definieren das über die Kegel/Kegelstumpfverbindung übertragbare Drehmoment. Die Steigung des Kegelstumpfs 9 erzeugt im montierten Zustand außerdem eine Selbsthemmung.The pitch and oversize of the
Durch die Kombination von Flansch- und Kegel-Kegelsitzverbindung wird eine optimale Verbindung zur Übertragung von Drehmomenten bei hohen Drehzahlen > 90000 UPM mit minimalem Schlupf erreicht, sodass sich die geteilte Kupplungsvorrichtung 1 nahezu wie eine einstückige Kupplungsvorrichtung verhält, jedoch mit dem Vorteil, einen zerstörungsfreien Auseinanderbau der Kupplungsvorrichtung 1 zu ermöglichen, einschließlich des zerstörungsfreien Abziehens der wiederverwendbaren Membranscheiben 4, 5 von den jeweiligen (nicht gezeigten) Wellenenden.The combination of flange and cone-cone seat connection achieves an optimal connection for transmitting torques at high speeds > 90,000 rpm with minimal slip, so that the split coupling device 1 behaves almost like a one-piece coupling device, but with the advantage of enabling non-destructive disassembly of the coupling device 1, including non-destructive removal of the
Außerdem kann durch die Kombination des Flansches 6, 7 mit der Kegel-/Kegelsitzverbindung ein geringeres (Teil-)Drehmoment am Flansch 6, 7 übertragen werden, wodurch weniger Flanschschrauben 8 erforderlich sind. Durch weniger Flanschschrauben 8 kann Zusatzgewicht am Flansch 6, 7 eingespart und negativer Einfluss auf die Unwucht vermieden werden. Durch eine geringere Anzahl von Flanschschrauben 8 besteht mehr Platz am Flansch für (nicht gezeigte) Madenschrauben zum Auswuchten. Ferner können die Madenschrauben bei der Demontage der Kupplungsvorrichtung 1 zum Abdrücken der Flanschpaare genutzt werden, indem die Madenschrauben weiter eingeschraubt werden und so auf der inneren Flanschseite austreten und gegen die Innenseite des gegenüberliegenden Flanschs drücken.In addition, the combination of the
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird beispielsweise ein übertragbares Drehmoment von 3,7 Nm bei 35 kW elektrischer Leistung und einer Drehfrequenz von 1500 Hz erreicht.In the present embodiment, for example, a transmittable torque of 3.7 Nm is achieved at 35 kW electrical power and a rotational frequency of 1500 Hz.
Die im verbundenen Zustand durch den Kegelstumpf 9 und die Kegelbohrung 10 gebildete Kegel-Kegelsitzverbindung und die Flanschverbindung ergänzen sich als kraftschlüssige Verbindungen und stellen eine reproduzierbar lösbare und wiederverbindbare starre Verbindung der zweiteiligen Kupplungsvorrichtung 1 her. Dadurch können Drehmomente bei sehr hohen Drehzahlen problemlos übertragen werden.The cone-cone seat connection formed by the
Im verbundenen Zustand weist die zweiteilige Kupplungsvorrichtung 1 jeweils an ihren distalen Enden eine erste ringförmige Membranscheibe 4 und eine zweite ringförmige Membranscheibe 5 auf. Dabei weist die erste Membranscheibe 4 einen vertikalen Abschnitt 13 und einen am Außendurchmesser des vertikalen Abschnitts 13 horizontal, das heißt achsparallel nach außen hervorstehenden Presssitz 14 auf. Ferner weist die zweite ringförmige Membranscheibe 5 einen vertikalen Abschnitt 15 und einen horizontal, das heißt achsparallel nach außen hervorstehenden Presssitz 16 auf.In the connected state, the two-part coupling device 1 has a first annular diaphragm disc 4 and a second
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Membranscheibe 4 über den Presssitz 14 mit einer (nicht gezeigten) Turbinenwelle, beispielsweise mittels thermischen Schrumpfens, verbindbar. Die zweite Membranscheibe 5 wiederum ist über den Presssitz 16 mit einer (nicht gezeigten) Generatorwelle, beispielsweise mittels thermischen Schrumpfens, verbindbar. Durch die in den Membranscheiben 4, 5 vorhandene Elastizität an beiden Enden der Kupplungsvorrichtung 1, lassen sich radiale, axiale oder winklige Lageabweichungen ausgleichen.In the present embodiment, the diaphragm disk 4 can be connected to a turbine shaft (not shown) via the
Dabei kann durch die Steifigkeit der Membranscheiben 4, 5 die Nachgiebigkeit der Kupplung eingestellt werden. Dadurch können die Generatorwelle und die Turbinenwelle unabhängig voneinander verformt bzw. bewegt werden. Auch können dadurch die Turbinenwelle und die Generatorwelle kürzer werden, was die Eigenfrequenz der einzelnen Wellen im Vergleich zu langen starren Wellen erhöht.The stiffness of the
Zudem sind die Turbinenwelle und die Generatorwelle durch die Kupplungsvorrichtung 1 schwingungstechnisch entkoppelt, wodurch nahezu keine rotordynamische Wechselwirkung vorhanden ist.In addition, the turbine shaft and the generator shaft are vibrationally decoupled by the coupling device 1, whereby there is almost no rotordynamic interaction.
Die Kupplungsvorrichtung 1 kann darüber hinaus durch entsprechenden Materialabtragen an den überstehenden Gewindestiften der Flanschschrauben 8 bzw. der Schraubenköpfe der Flanschschrauben 8 einfach ausgewuchtet werden. Alternativ oder zusätzlich könnte ein Masseabtrag an den Flanschplatten erfolgen oder ein Hinzufügen von Masse durch zusätzliche Gewindebohrungen und Madenschrauben an Flanschplatten. Dadurch lässt sich eine Auswuchtgüte von größer gleich G 2,5 mm/s erreichen. Die Auswuchtgüte G in mm/s ist ein Qualitätsmerkmal, das den auswuchttechnischen Vergleich von Rotoren ermöglicht. Im Allgemeinen darf die zulässige Unwucht umso größer sein, je schwerer der Rotor ist. Die Auswuchtgüte G kann berechnet werden als:
Ferner muss die einmal im unmontierten Zustand ausgewuchtete Kupplungsvorrichtung 1 nicht erneut im Rotorverbund ausgewuchtet werden. Das heißt, das erste Kupplungselement 2 und das zweite Kupplungselement 3 werden in miteinander verbundenem Zustand ausgewuchtet. Anschließende wird die Kupplungsvorrichtung 1 geteilt und die Membranscheiben 4, 5 werden auf die jeweiligen Wellenenden aufgeschrumpft. Schließlich erfolgt der präzise Wiederzusammenbau der Kupplungsvorrichtung 1, ohne dass ein erneutes Auswuchten der Kupplungsvorrichtung 1 erforderlich ist.Furthermore, the coupling device 1, once balanced in the unassembled state, does not need to be rebalanced in the rotor assembly. This means that the
Nach dem Verbinden des ersten Kupplungselements 2 mit dem zweiten Kupplungselement 3 bleiben die Turbinenwelle und die Generatorwelle maschinendynamisch entkoppelt. Das heißt, die Einzelwuchtgüten der zu verbindenden Komponenten reichen hier aus. Hierdurch werden insbesondere auch längere Einzelrotoren möglich, da im Gegensatz zu einer starren Kupplung ohne Membran keine Probleme aufgrund von Eigenfrequenzen auftreten.After connecting the
Die permanent wirksame Kupplungsvorrichtung 1 lässt eine Lageabweichung in axialer und radialer Richtung zwischen Turbinenwelle und Generatorwelle sowie einen Winkelversatz zu. Die Größe dieser Lageabweichung wird durch das radiale Spiel in Führungslagern bestimmt, die der Kupplungsvorrichtung 1 benachbart sind und zur Führung der Turbinenwelle und der Generatorwelle dienen. Die Lageabweichung kann etwa in der Größenordnung von einigen Mikrometern bis zu wenigen zehntel Millimetern liegen und ist für die Verwendung von Luftlagern geeignet.The permanently active coupling device 1 allows for axial and radial positional deviations between the turbine shaft and the generator shaft, as well as for angular misalignment. The magnitude of this positional deviation is determined by the radial play in guide bearings adjacent to the coupling device 1 and serving to guide the turbine shaft and the generator shaft. The positional deviation can be in the range of a few micrometers to a few tenths of a millimeter and is suitable for the use of air bearings.
Durch die Membranscheiben 4, 5 werden Ausschläge der Turbinenwelle in radialer Richtung nicht unmittelbar auf die Generatorwelle übertragen, wie es bei steifen Zwischenwelle zwangsläufig der Fall ist. Bei der vorliegenden Erfindung werden die in radialer Richtung wirkenden Kräfte nicht oder nur minimal auf die Generatorwelle übertragen, so dass deren Beanspruchung im Vergleich zu einer steifen Zwischenwelle deutlich reduziert ist. Dies trägt zu einer Entlastung des Generators sowie einer Tragstruktur im Generatorbereich bei. Insbesondere wird ein oberes radiales Führungslager entlastet. Die grundlegende Idee der Anordnung der Kupplung ist darin zu sehen, dass die Generatorwelle von der Turbinenwelle im Hinblick auf Schwingungen und Lageabweichungen entkoppelt ist. Die Mehrteiligkeit erlaubt eine einfache Montage, Demontage und Ausrichtung der Kupplungsvorrichtung.Thanks to the
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. So könnte auch eine dreiteilige Kupplung zur Verfügung gestellt werden, bei der beispielsweise durch ein zusätzliches Zwischenstücke die Montage und Demontage erleichtert werden könnte, wenn ein Versetzen der zu verbindenden Wellenenden nur schwer möglich ist.The invention is not limited in its implementation to the preferred embodiment described above. Rather, a number of variants are conceivable, which utilize the presented solution even in fundamentally different designs. For example, a three-part coupling could be provided in which, for example, an additional spacer could facilitate assembly and disassembly if offsetting the shaft ends to be connected is difficult.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- KupplungsvorrichtungCoupling device
- 22
- erstes Kupplungselementfirst coupling element
- 33
- zweites Kupplungselementsecond coupling element
- 44
- erste Membranscheibefirst membrane disc
- 55
- zweite Membranscheibesecond membrane disc
- 66
- Flansch mit GewindebohrungFlange with threaded hole
- 77
- Flansch mit DurchgangsbohrungFlange with through hole
- 88
- Flanschschraubeflange screw
- 99
- Kegelstumpftruncated cone
- 1010
- Kegelbohrungtapered bore
- 1111
- Gewindebohrungthreaded hole
- 1212
- Durchgangsbohrungthrough hole
- 1313
- vertikaler Abschnittvertical section
- 1414
- horizontaler Presssitzhorizontal press fit
- 1515
- vertikaler Abschnittvertical section
- 1616
- horizontaler Presssitzhorizontal press fit
- 1717
- Ende erstes KupplungselementEnd of first coupling element
- 1818
- Ende zweites KupplungselementEnd of second coupling element
- 1919
- distales Endedistal end
- 2020
- distales Endedistal end
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102024121802.9A DE102024121802B3 (en) | 2024-07-31 | 2024-07-31 | Coupling device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102024121802.9A DE102024121802B3 (en) | 2024-07-31 | 2024-07-31 | Coupling device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102024121802B3 true DE102024121802B3 (en) | 2025-05-28 |
Family
ID=95655432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102024121802.9A Active DE102024121802B3 (en) | 2024-07-31 | 2024-07-31 | Coupling device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102024121802B3 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0211090A1 (en) * | 1985-07-26 | 1987-02-25 | BHS-Bayerische Berg-, Hütten- und Salzwerke Aktiengesellschaft | Manufacturing process for a flexible coupling means for the transmission of torque |
| DE4304611A1 (en) * | 1993-02-16 | 1994-08-18 | Kirschey Centa Antriebe | Shaft coupling |
| WO2001046563A1 (en) * | 1999-12-14 | 2001-06-28 | Voith Siemens Hydro Power Generation Gmbh & Co. Kg | Machine set |
| DE69824801T2 (en) * | 1997-09-19 | 2005-07-21 | Capstone Turbine Corp., Tarzana | Composite shaft with double diaphragm |
| DE102013219247A1 (en) * | 2013-09-25 | 2015-03-26 | Zf Friedrichshafen Ag | Assembly with an electric machine |
| DE102020111442B3 (en) * | 2020-04-27 | 2021-04-22 | Kwd Kupplungswerk Dresden Gmbh | Coupling system for drives |
-
2024
- 2024-07-31 DE DE102024121802.9A patent/DE102024121802B3/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0211090A1 (en) * | 1985-07-26 | 1987-02-25 | BHS-Bayerische Berg-, Hütten- und Salzwerke Aktiengesellschaft | Manufacturing process for a flexible coupling means for the transmission of torque |
| DE4304611A1 (en) * | 1993-02-16 | 1994-08-18 | Kirschey Centa Antriebe | Shaft coupling |
| DE69824801T2 (en) * | 1997-09-19 | 2005-07-21 | Capstone Turbine Corp., Tarzana | Composite shaft with double diaphragm |
| WO2001046563A1 (en) * | 1999-12-14 | 2001-06-28 | Voith Siemens Hydro Power Generation Gmbh & Co. Kg | Machine set |
| DE102013219247A1 (en) * | 2013-09-25 | 2015-03-26 | Zf Friedrichshafen Ag | Assembly with an electric machine |
| DE102020111442B3 (en) * | 2020-04-27 | 2021-04-22 | Kwd Kupplungswerk Dresden Gmbh | Coupling system for drives |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE3007460C2 (en) | ||
| EP2099577B1 (en) | Tool holder and method of balancing a tool holder | |
| EP0349672B1 (en) | Flexible coupling with flanges for mounting additional coupling parts | |
| DE102010060630A1 (en) | Stator core suspension and associated spring rod | |
| DE3907855A1 (en) | BENDING ELASTIC CLUTCH ELEMENT AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME | |
| WO2022223246A1 (en) | Electrical drive unit | |
| EP2205863A2 (en) | Bearing arrangement of a rotor hub for a wind power plant, and method for mounting the same | |
| CH702544A2 (en) | Rotor and method for producing a rotor. | |
| EP0509119A1 (en) | Rotor of an asynchronous machine | |
| DE102024121802B3 (en) | Coupling device | |
| EP3391510B1 (en) | Fixing a pole wheel on the shaft of a rotary electric machine | |
| DE102004046440B4 (en) | Rotor with clamping device | |
| DE3532929C2 (en) | ||
| AT516036B1 (en) | Mass balance unit | |
| DE19728345A1 (en) | Non-positive and positive connection of rotating components | |
| EP4526563B1 (en) | Spring-mounted gearbox housing ii | |
| DE68912319T2 (en) | Motor vehicle drive with electric braking devices. | |
| DE102021104468B4 (en) | Method for assembling an axial flux machine in a housing and axial flux machine and robot | |
| WO2020048808A1 (en) | Spindle head for a machine tool and method for mounting such a spindle head | |
| EP3301316A1 (en) | Rotary connection, bushing for rotary connection and method for producing a rotary connection | |
| DE2810353A1 (en) | Laminated rotor assembly for electric motor - is constructed with only one end of spider solidly coupled to shaft | |
| DE2636167C3 (en) | Arrangement for balancing rotors with superconducting excitation windings | |
| EP4411164B1 (en) | Damper assemblies for transmissions and generators | |
| DE2741652A1 (en) | Diaphragm coupling for high torque and speed - has flexible pierced diaphragms and secondary friction coupling elements | |
| DE102021213284B3 (en) | Propulsion module for a powertrain test bench, powertrain test bench and method of manufacturing the powertrain module |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division |