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Die Erfindung bezieht sich auf eine hoch-drehelastische Wellenkupplung zur Verbindung eines antreibenden Aggregats wie Dieselmotorschwungrad an der einen Kupplungshälfte mit einem angetriebenen Aggregat wie Getriebe oder Generator an der anderen Kupplungshälfte, wobei die im wesentlichen ringförmige Kupplung aus mittels radialer Spalte voneinander beabstandeten Segmenten zusammengesetzt ist und wobei jedes Segment jeweils mindestens einen Kupplungskörper aus gummielastischem Material und an dessen beiden axialen Flächen mittels Vulkanisation befestigte Segmentplatten aufweist,
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Segmentierte Kupplungen dieser Art sind in zahlreichen Ausführungen bekannt, wozu beispielhaft auf
DE 36 16 232 A1 – dortige Ringanordnung 3 – verwiesen wird. Andere Beispiele für eine segmentierte Kupplung zeigen
DE 34 34 722 A1 und
DE 198 08 035 A1 .
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Die Segmentierung von Kupplungen hat außer bei solchen Baugrößen, die sich einteilig nicht mehr wirtschaftlich herstellen lassen, vor allem den Vorteil einer einfachen Montage der Kupplung. Man kann beispielsweise die Nabe in die Kupplung hinein verlagern, aber dennoch Gummielemente ausbauen bzw. wechseln, ohne die Maschinenteile (z. B. Motor und Generator) zuvor voneinander entfernen zu müssen. Als Nachteil wird empfunden, dass die metallischen Segmentplatten relativ aufwendig gestaltete Flanschelemente aus hochwertigem Stahlguss sind. Zum anderen ist es erforderlich, einen Seitenring der Kupplung über ein Drehlager auf der Nabe abzustützen (
DE 36 16 232 A1 ), um die Segmente im Betrieb der Kupplung gegen auftretende Fliehkräfte zu stabilisieren. Dabei handelt sich um eine recht aufwendige Lösung. In
DE 198 08 035 A1 wird vorgeschlagen, Kupplungsteile aus mehreren Plattensegmenten zusammenzusetzen, die einander in Umfangsrichtung teilweise überdeckend angeordnet und in diesen Überdeckungsbereichen miteinander verbunden sind. Auch diese Lösung ist aufwendig und im übrigen wohl nur sinnvoll möglich bei einer Kupplung, die zwei axial beabstandete Kupplungsteile aufweist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt zunächst die Aufgabe zugrunde, eine segmentierte drehelastische Kupplung der vorausgesetzten Art in einer baulich besonders einfachen Weise und besonders preisgünstig auszugestalten.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des ersten unabhängigen Anspruchs 1 und ist dem entsprechend insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentplatten aus dünnem Blech wie Stahlblech bestehen, dass zumindest die Hauptflächen des Blechs, welche die Axialflächen der Segmentplatten ausbilden, nicht spangebend bearbeitet sind und dass die Segmentplatten durch wenigstens ein Blockierelement untereinander derart gekuppelt sind, dass sich die Segmentplatten über das Blockierelement gegenseitig gegen axiale Verformungen abstützen.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Kupplung sehr preiswert hergestellt werden kann, da ihre Metallteile aus dünnem Blech geschnitten werden können. In diesem Zusammenhang bedeutet „dünnes Blech” eine Wandstärke von bis zu 50% der Wandstärke herkömmlicher Stahlguss-Flansche bzw. -Segmentplatten. Dadurch, dass die Hauptflächen des Blechs, welche die Axialflächen der Segmentplatten ausbilden, nicht spangebend bearbeitet sind, verringert sich einerseits der Herstellungsaufwand weiter, zum anderen wird völlige Verzugsfreiheit der Segmentplatten gewährleistet, was infolge Hitzeeinwirkung und durch das Freisetzen von inneren Spannungen bei spangebender Formung nicht auszuschließen ist. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausgestaltung der Kupplung mittels dünner Blech-Segmentplatten ist also nicht nur besonders preiswert, sondern führt auch zu einer technisch einwandfreien Kupplung ohne das Erfordernis kostspieliger Nacharbeiten.
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Was die Blockierelementanordnung betrifft, kann vorzugsweise vorgesehen sein, die einzelnen Segmentplatten jeweils durch Blockierelemente untereinander zu kuppeln, die jeweils (in Umfangsrichtung betrachtet) randnah eines Segments angebracht sind und spaltübergreifend an der benachbarten Segmentplatte angreifen. Durch die Blockierelemente, die ihrerseits selbst sehr einfach und preiswert gestaltet sein können, entfallen die oben beschriebenen, bisher bekannten aufwendigen Maßnahmen zur Stabilisierung der Segmentplatten.
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Kupplungsflansche aus Stahlblech sind bei ringförmigen elastischen Kupplungen an sich bekannt. Ein Beispiel hierfür ist die seit Jahrzehnten in großen Stückzahlen gelieferte CENTAX®-Kupplung der Anmelderin. Diese elastische Kupplung besteht im wesentlichen aus zwei konzentrisch angeordneten, ringförmigen Flanschen mit einem dazwischen einvulkanisierten Gummiring als elastischem Kupplungselement. Die Übertragung des Drehmoments zwischen den Kupplungsteilen erfolgt durch Schraubverbindungen, wobei der eine Flansch am Außendurchmesser und der andere Flansch am Innendurchmesser mit dem An- und Abtriebsaggregat – meist Schwungscheibe und Nabe – verschraubt wird. Die Flansche in Form einstückiger Stahlringe ermöglichen deren einfache und preiswerte Herstellbarkeit und garantieren andererseits hohe Präzision und Wuchtgüte bei geringem Gewicht und Massenträgheitsmoment.
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Des weiteren löst die Erfindung die eingangs gestellte Aufgabe mit den Merkmalen des zweiten unabhängigen Anspruchs 3 und ist dem entsprechend insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Segmentplatten durch Blockierelemente untereinander gekuppelt sind, die jeweils randnah eines Segments angebracht sind, spaltübergreifend an der benachbarten Segmentplatte angreifen und dass sich die Segmentplatten über die Blockierelemente gegenseitig gegen axiale Verformungen abstützen. Gemäß weiterer Ausgestaltung können die Segmentplatten aus dünnem Blech wie Stahlblech bestehen und zumindest die Hauptflächen des Blechs, welche die Axialflächen der Segmentplatten ausbilden, sind nicht spangebend bearbeitet.
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Im Unterschied zu dem Seitenring der Kupplung entsprechend
DE 36 16 232 A1 , der sich über ein Drehlager auf der Nabe abzustützen hat, um die Segmente im Betrieb der Kupplung gegen auftretende Fliehkräfte zu stabilisieren, sieht die Erfindung Blockierelemente vor, die – in Umfangsrichtung der Kupplung betrachtet – aufeinander folgende Segmentplatten jeweils gewissermaßen aneinander fesseln, so dass sie nicht verbiegen oder sonst wie unzulässig ausweichen können. Solche Blockierelemente können sehr einfach ausgestaltete Bauteile sein, wie dies nachfolgend noch beschrieben wird.
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Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass sämtliche für eine Kupplung bestimmten Segmentplatten mit den zugehörigen gummielastischen Kupplungskörpern gemeinsam vulkanisiert sind.
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Bei herkömmliche Segmentkupplungen werden die einzelnen Segmente – also zwei Segmentplatten und das zugehörige gummielastische Glied dazwischen – jeweils für sich vulkanisiert. Bezüglich des Vulkanisationswerkzeugs ist dies auch die einfachste Methode. Mit dem erfindungsgemäßen Merkmal wird nun aber erstmals erreicht, dass sämtliche Segmente einer Kupplung, insbesondere hinsichtlich der Vulkanisation, den selben Fertigungsbedingungen unterworfen sind. Jedes gummielastische Element weist daher die selbe Güte auf, insbesondere also die selbe Elastizität. Das bedeutet eine bislang nicht erreichte Homogenität der Kupplung und damit ihres elastischen sowie dynamischen Verhaltens.
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Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sehen im übrigen vor, dass das Blockierelement eine wenigstens zwei Laschen aufweisende Laschenanordnung umfasst, wobei jede Lasche an einer Segmentplatte befestigt ist und die in Umfangsrichtung benachbarte Segmentplatte randlich teilübergreift. Solche ,Blockierlaschen' können einfache Bleche sein und stellen somit keine nennenswerten Anforderungen hinsichtlich des konstruktiven Aufwands.
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Eine erste besondere Ausführung sieht vor, dass das Blockierelement zwei Laschen umfasst, die beide an einer Segmentplatte befestigt sind und die in Umfangsrichtung benachbarte Segmentplatte randlich beidseitig axial teilübergreifen. In diesem Fall fassen die an einer Segmentplatte befestigten Laschen den Randbereich der in Umfangsrichtung benachbarten Segmentplatte zwischen sich, liegen also randnah an den beiden in Axialrichtung weisenden Stirnfläche der Segmentplatten an.
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Während bei den bisher beschriebenen Ausführungen in erster Linie daran gedacht ist, dass zu jeder in Axialrichtung weisenden Seite der Segmentplatten sich eine Lasche befindet, und beide Laschen an der einen Segmentplatte befestigt sind, während ihre davon abstehenden Überstände durch Anlage an der benachbarten Segmentplatte angreifen, kann auch eine Lösung vorgesehen sein, bei der je eine Lasche an jeweils einer von zwei benachbarten Segmentplatten befestigt sind und beide Laschen wechselweise die in Umfangsrichtung benachbarte Segmentplatte randlich einseitig axial teilübergreifen. Dies gestattet die Befestigung aller Laschen an ein- und derselben Axialseite aller Segmentplatten. Insbesondere können jeweils beide Laschen vollständig auf der jeweils gleichen Axialseite der Segmentplatten angeordnet sein.
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Alle angesprochenen Laschen der Blockiervorrichtung können auf einfache Art und Weise außer mittels Verschweißen, Vernieten od. dgl. Befestigungen auch mittels lösbarer Verschraubungen und ggf. zusätzlichen Verdrehsicherungsmitteln wie z. B. Passstiften, am jeweiligen Randbereich einer Segmentplatte befestigt sein.
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Zur besonders platzsparenden Anordnung der Laschen kann vorgesehen sein, dass sie umfangsrandnah an den Segmentplatten angeordnet sind, und dass Randabschnitte der Laschen der Form eines Kreisbogenabschnitts folgen und im wesentlichen deckungsgleich zum Umfangsrand der Segmentplatten verlaufen. Ob die Laschen dieser Lehren entsprechend nahe dem Außen- oder dem Innenumfang der Kupplung angeordnet werden, richtet sich in erster Linie nach dem jeweils zur Verfügung stehenden Raumangebot und auch danach, ob der betreffende Segmentflansch der Kupplung plan oder z. B. in Axialrichtung der Kupplung eingezogen ist. In der Regel werden die Blockierelemente an der der Krafteinleitung in radialer Richtung abgewandten Seite der betreffenden Kupplungshälfte angeordnet sein.
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Im übrigen hat sich in Versuchen eine Kupplung entsprechend der Erfindung als sehr vorteilhaft erwiesen, die aus lediglich zwei Segmenten zusammengesetzt ist. Gleichwohl ist die Erfindung selbstverständlich auf diese geringstmögliche Anzahl von Segmenten nicht beschränkt. Im übrigen wird die technisch sinnvolle Anzahl von Segmenten u. a. von der zu übertragenden Nennlast und Baugröße der Kupplung bestimmt.
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Im übrigen versteht sich die Erfindung am besten anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Darin zeigen:
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1 eine elastische Wellenkupplung in einer axial gerichteten Stirnansicht,
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2 einen Schnitt durch die Kupplung nach 1 entsprechend dortiger Schnittangabe A-A,
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3 einen Radialschnitt durch die Kupplung entsprechend der Schnittangabe B-B der 2,
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4 eine gegenüber den 1 bis 3 vergrößerte Detailansicht eines ersten Blockierelements zur Fixierung der Segmente der Kupplung,
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5 einen Schnitt entsprechend der Schnittangabe V-V der 4,
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6 eine 4 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Blockierelements und
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7 einen Schnitt entsprechend der Schnittangabe VII-VII in 6.
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Wie zunächst am besten aus 2 zu ersehen ist, umfasst eine insgesamt mit 10 bezeichnete elastische Wellenkupplung einen ersten planen Kupplungsflansch 11 und einen zweiten, in Axialrichtung der Kupplung davon beabstandeten Kupplungsflansch 12, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel teilweise kegelförmig ausgebildet ist, was in der Praxis am einfachsten durch einen Druckvorgang entsteht.
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Zwischen den beiden Kupplungsflanschen 11 und 12 befinden sich, an den zueinander weisenden Innenseiten anvulkanisiert, gummielastische Kupplungskörper 13.
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Bei der Wellenkupplung 10 handelt es sich um eine segmentierte Kupplung. Die Kupplungsflansche 11 und 12 liegen daher nicht in Kreisringform, sondern in Form von Kreisring-Segmenten 11a, 11b sowie 12a, 12b vor. Die dargestellte Kupplung besitzt lediglich zwei jeweils etwa halbkreisförmige Segmente; allerdings ist auch eine größere Segmentanzahl pro Kupplung möglich.
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Die in den 1 bis 3 dargestellte Kupplung weist also insgesamt vier metallische Flanschelemente auf, die jeweils im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit „Segmentplatten” bezeichnet werden, die die Bezugsziffer 14 tragen. Jede der Segmentplatten 14 besteht aus dünnem Blech aus Qualitätsstahl. Im Rahmen der Erfindung bedeutet „dünn” im wesentlichen eine Wandstärke, die im Vergleich zu bisherigen segmentierten Kupplungen vergleichbarer Leistung, bei denen die Segmentplatten aus Stahlgusselementen bestehen, erheblich dünner sind. Im Einzelfall kann eine Segmentplatte um bis zu 50% oder darüber hinaus dünner sein. Die Stahlblechelemente sind auf ihrem bezüglich der Kupplung (2) in Axialrichtung weisenden Flächen nicht, insbesondere nicht spangebend bearbeitet. Bearbeitet sind lediglich die umlaufenden Ränder.
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Da die in den 1 bis 3 dargestellte Kupplung keine umlaufenden kreisringförmigen Flansche aufweist, und die Segmentplatten 14 relativ dünn sind, sieht die Erfindung eine Blockierung der jeweils beiden Segmentplatten 14 auf jeder Kupplungsseite vor. Dazu sind sogenannte Blockierelemente 15 bzw. 16 vorgesehen.
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Wie die 1 bis 3 zeigen, handelt es sich bei den Blockierelementen 15 und 16 um unterschiedliche Ausführungen, wobei das Blockierelement 15 in Axialrichtung der Kupplung mehr Platz beansprucht und deshalb an der den konisch eingezogenen Kupplungsflansch 12 aufweisenden Kupplungsseite angeordnet ist, wohingegen die zweite Blockiereinrichtung 16 in Axialrichtung der Kupplung flacher baut und auf der Innenseite des planen Flanschelementes 11 angebracht ist. Hier ist es deshalb möglich, die Flanschelemente 11 mit ihren äußeren planen Axialflächen unmittelbar z. B. an ein Motorschwungrad anzuflanschen.
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Zu Einzelheiten der beiden Blockiervorrichtungen 15 und 16 wird auf die 4 und 5 sowie 6 und 7 Bezug genommen.
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Die in den 4 und 5 dargestellte Blockiervorrichtung 15 umfasst zwei spiegelsymmetrisch identische, flache Laschen 17 aus Blech, insbesondere Stahlblech. Die beiden Laschen 17 liegen deckungsgleich übereinander und sind mittels zweier Verschraubungen 18 an einer Segmentplatte 14 befestigt. Wie aus den 4 und 5 weiterhin ersichtlich ist, übergreifen über die Verschraubungen 18 vorstehende Abschnitte 17a der Laschen 17 die benachbarte Segmentplatte 14 in einem Randbereich 14a. Dieser Randbereich ist derjenige Randbereich, der dem entsprechenden Randbereich 14b der Segmentplatte 14, an der die Laschen 17 befestigt sind, von einem notwendigen Segmentspalt 19 getrennt, gegenüberliegt. Die Laschen 17 sind also spaltübergreifend und fassen den Randbereich 14a der „Gegen-Segmentplatte” zwischen sich. Dadurch ist gewährleistet, dass im Betrieb der Kupplung die in Umfangsrichtung der Kupplung aufeinanderfolgenden Segmentplatten 14 sich an den Laschen 17 fest abstützen.
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Im übrigen ist die Anordnung so getroffen, dass die Laschen 17 nahe dem kreisförmigen Innenumfang 20 der Segmentplatten 14 angeordnet sind und dass ein innerer Randabschnitt 21 diesem Kurven- bzw. Kreisverlauf folgt.
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Da die als Ausführungsbeispiel dargestellte Kupplung zwei Segmente aufweist, befinden sich entsprechend auch zwei solcher Blockierelemente 15 an der betreffenden Kupplungsseite.
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Wie schon erwähnt, sind an der anderen Kupplungsseite, an der die entsprechenden Segmentplatten 14 ebenfalls gegeneinander zu stabilisieren sind, Blockiervorrichtungen 16 vorgesehen, die sich baulich von der Blockiervorrichtung unterscheiden, die anhand der 5 beschrieben worden ist.
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Dazu wird Bezug genommen auf die 6 und 7. Wie daraus ersichtlich ist, umfasst eine Blockiervorrichtung 16 zwar wiederum zwei Laschen 22. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel sind diese Laschen 22 jedoch nicht jeweils an derselben Segmentplatte 14 befestigt, sondern jeweils nur an einer der beiden Platten und – bevorzugt – auf derselben Plattenseite in Axialrichtung der Kupplung betrachtet. Über den jeweiligen Befestigungsabschnitt der Laschen 22 ragen Abschnitte 22a vor, die sich jeweils über den Spalt 19 zwischen den beiden Segmentplatten 14 hinwegerstrecken und wobei jede Lasche den Randbereich 14a bzw. 14b der gegenüberliegenden Segmentplatte 14 teilübergreift. Dies im Gegensatz zu der Ausführungsform nach den 4 und 5, wobei diese Abschnitte 17a der Laschen 17 den Randbereich 14a der benachbarten Segmentplatte 14 teilumgreifen.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach 6 und 7 sind die Laschen 22 nicht mit Durchgangsverschraubungen (wie 18 in 4 und 5), sondern mit Senkschrauben 23 befestigt und mit einem zusätzlichen, von der Verschraubung 23 beabstandeten Spannstift 24 gegen Verdrehen gesichert.
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Wie in den 6 und 7 nach erkennbar ist, sind die Randzonen der gummielastischen Körper 13 mit geringem Abstand um die Blockiereinrichtungen 16 herum geführt
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Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel kannte insbesondere die der antreibenden Kupplungshälfte zugeordneten Blockierelemente statt dem Innenumfang der Segmente auch deren Außenumfang benachbart angeordnet werden, sofern dies die Einbausituation der Kupplung im gegebenen Fall zulässt. In aller Regel werden die Blockierelemente an dem der Drehmomenteinleitung bzw. Drehmomentabnahme radial gegenüberliegenden Innen- oder Außen-Umfang der betreffenden Kupplungshälfte angeordnet, zumal die Maschinenteile, an denen die Kupplung angebracht ist, die Segmente hier ohnehin stabilisieren.
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Zu erwähnen ist noch, dass die einzelnen Segmente, und zwar beim Ausführungsbeispiel je zwei Segmentplatten 14 und das dazwischen befindliche gummielastische Kupplungsglied 13, einer Kupplung gleichzeitig vulkanisiert werden, d. h. mit dem selben Gummimaterial und in der selben Form, um so eine optimale Gleichmäßigkeit der gummielastischen Elemente einer Kupplung zu gewährleisten.
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Anzumerken ist ferner noch, dass es nicht zwingend erforderlich ist, dass sich die Laschen 22, wie sie in den 6 und 7 dargestellt sind, nur auf ein und der selben Axialrichtungen weisenden Seite der Segmentplatten 14 erstrecken müssen, doch ist dies eine besonders platzsparende Anordnung, die sich – wie 2 zeigt – insbesondere im Zusammenhang mit planen Flanschelementen 11 optimal anwenden lässt.
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Es ist nicht erforderlich, entsprechend dem gezeigten Ausführungsbeispiel für die beiden Kupplungsseiten unterschiedliche Ausführungen von Blockiereinrichtungen zu verwenden. Bei der dargestellten Kupplung könnten z. B. ausschließlich Blockierelemente des Typs 16 benutzt werden. Wesentlich ist, dass sich beide erörterten Bauformen auch dadurch auszeichnen, dass sie in Radialrichtung der Kupplungssegmente keinen zusätzlichen, den Raumbedarf der Segmente selbst übersteigenden eigenen Platzbedarf erfordern, da sie weder den Außenumfang noch den Innenumfang der Kupplung überragen