DE3109388A1 - "hochelastische wellenkupplung" - Google Patents

Description

-A-

Di e Erfindung betrifft eine hochelastische Wellenkupplung, bei der das die beiden Kupplungsteile verbindende elastische Zwischenglied aus einer Kombination von konzentrischen Ringelementen aus elastischem Material wie Gummi oder dergleichen mit wenigstens zwei parallel geschalteten Ringelementen und wenigstens einem diesen nachgeschalteten Ringelement besteht, wobei an den Ringelementen zur Verbindung mit den starren Kupplungsteilen dienende Metallteile, vorzugsweise durch Vulkanisieren, befestigt sind.

Wellenkupplungen in der vorstehend beschriebenen Art, d.h. mit einer Kombination von mehreren konzentrischen Gummiringen, die in Parallel- und Hintereinanderschaltung das Drehmoment übertragen, sind bekannt. Zur Verbindung und Befestigung der geschlossenen Gummiringe sind an diesen Metallteile anvulkanisiert. Eine bekannte Wellenkupplung enthält zwei parallel geschaltete innere Gummiringe und zwei parallel geschaltete äußere Gummiringe, wobei die so gebildeten Paare hintereinander geschaltet sind. Die inneren Gummiringe übertragen das Drehmoment durch Drehschub, während die äußeren Gummiringe so angeordnet sind, daß sie auf Torsion beansprucht sind.

Die Anwendung einer Kombination von mehreren konzentrischen Gummiringen ergibt eine Wellenkupplung mit insgesamt guten elastischen Eigenschaften. Nachteilig ist aber, daß die äußeren Gummiringe und die zugehörigen Befestigungsteile frei mit den inneren Gummiringen in Verbindung stehen und in radialer Richtung nicht unbeweglich an einem der beiden Kupplungsteile abgestützt sind. Bei einer solchen Ausgestaltung können durch Herstellungstoleranzen und/oder statische Einfederungen der Gummikörper aufgrund der Gewichtsbelastung exzentrische Verlagerungen der nicht abgestützten Massen auftreten. Die damit ver-

bundene Unwucht kann bei laufender Kupplung unzulässig hohe Werte annehmen. In jedem Fall werden durch eine Unwucht Wellen und Lager zusätzlich belastet. Überdies hat eine Unwucht auch einen unruhigen Lauf der Anlage zur Folge.

Hinzu kommt, daß bei Wellenkupplungen mit mehreren konzentrischen Gummiringen für das Auswechseln schadhafter Gummiringe am Verwendungsort verhältnismäßig große Montageräume vorzusehen sind, damit ein senkrechtes Her-

IQ ausheben und Wiedereinsetzen der geschlossenen Gummiringe in dem Raum zwischen den beiden starren Kupplungsteilen möglich ist. Da andererseits bei Wellenkupplungen generell eine möglichst geringe axiale Baulänge gefordert wird, ist es nachteilig, allein für das Auswechseln der Gummiringe besondere Freiräume vorsehen zu müssen. Erschwert wird das Auswechseln von geschlossenen Gummiringen auch noch dadurch, daß die notwendigen Befestigungsmittel, wie Schrauben oder dergleichen, im Innern der Gummiringe im allgemeinen schwer zugänglich sind.

°i^e Erfindung will hier Abhilfe schaffen. Sie zielt darauf ab, eine Wellenkupplung mit einer Kombination von konzentrischen elastischen Ringelementen dahingehend auszubilden, daß auch bei den äußeren Ringelementen eine radiale Abstützung gegeben ist, ohne daß dadurch die allseitige Nachgiebigkeit der Kupplung beeinträchtigt wird, und darüber hinaus die Ringelemente leicht ausgewechselt werden können, ohne für das Auswechseln besondere Freiräume vorsehen zu müssen. Darüber hinaus soll bei der Wellenkupplung neber den drehelastischen Eigenschäften eine große Verlagerungsfähigkeit bei radialem, axialem und winkligem Versatz der verbundenen Wellen j gegeben sein. j

Die Erfindung geht aus von einer hochelastischen Wellenkupplung in der eingangs beschriebenen Art. Zur Vermeidung radial nicht abgestützter Massen ist erfindungsgemäß eine Ausgestaltung vorgesehen, bei der um eine Nabe eines ersten Kupplungsteils zwei Ringelemente axial nebeneinander angeordnet sind, die an den äußeren Stirnseiten an der Nabe und an den inneren Stirnseiten an einer radial auf der Nabe abgestützten Ringscheibe befestigt sind und bei der weiter ein äußeres Ringelement vorgesehen ist, das an einer Stirnseite an einem überstehenden Rand der Ringscheibe und an seiner anderen Stirnseite an dem zweiten Kupplungsteil befestigt ist. Die zwischen den beiden inneren Ringelementen angeordnete und auf der Nabe radial abgestützte Ringscheibe dient hierbei neben der Abstützung der inneren Ringelemente zugleich der Abstützung der Abtriebsseite des äußeren Ringelementes. Ebensogut können zwei äußere Ringelemente vorgesehen sein, die dann wie die inneren Ringelemente auf entgegengesetzten Seiten mit der mittigen Ringscheibe verbunden werden.

Nach der weiteren Erfindung sind die Ringelemente mit den daran befestigten Metallteilen aus wenigstens zwei selbständigen Ringsegmenten gebildet. In der Praxis ist es zweckmäßig, mehr als zwei selbständige Ringsegmente vorzusehen. Dies hängt im wesentlichen von der Größe der Wellenkupplung ab. Bei übergroßen Wellenkupplungen kann es zweckmäßig sein, die elastischen Ringelemente jeweils aus acht oder mehr selbständigen Ringsegmenten aufzubauen. Damit wird nicht nur der Zusammenbau einer solchen Wellenkupplung und das Auswechseln im Betrieb wesentlich erleichtert, sondern eine solche Unterteilung führt auch zu beachtlichen Kosteneinsparungen bei der Herstellung von elastischen Ringelementen für Kupplungen mit großen und extrem großen Abmessungen.

Wellenkupplungen für große Antriebsle¹stungen werden nur in Einzelfällen benötigt und können dementsprechend auch nur einzeln angefertigt werden. Die Herstellung von geschlossenen elastischen Ringelementen für übergroße Kupplungen ist mit entsprechenden Fertigungsrisiken verbunden, die dazu führen, daß die Kosten für die Herstellung solcher Kupplungen insgesamt schwer kalkulierbar sind. Bislang hat man versucht, für die Übertragung sehr großer Leistungen mehrere Einzelkupplungen parallel zu schalten.

Solchen Kupplungsanordnungen sind aber durch das Mißverhältnis vorhandener Platzverhältnisse zu benötigter axialer Baulänge Grenzen gesetzt. Die vorerwähnten Schwierigkeiten werden durch die Anwendung von Ringelementen, die aus mehreren selbständigen Ringsegmenten gebildet sind, auf einfache Weise vermieden.

Die zur Befestigung der Ringelemente dienenden Metallteile bestehen vorteilhafterweise aus Federstahl. Durch eine solche Ausgestaltung wird die durch die elastischen Ringelemente gegebene axiale Verlagerungsmöglichkeit zusätzlich erhöht.

Hinsichtlich der Ausgestaltung der Metallteile ist es zweckmäßig, daß diese an den Befestigungsstellen in radialer Richtung über die Ringelemente hinausragen und daß ihre überstehenden Ränder .in Ebenen liegen, die senkrecht zur Drehachse stehen. Für die lösbare Befestigung bzw. gegenseitige '· er bindung der Ringelemente werden im allgemeinen Schrauben benutzt. Es kann daher zweckmäßig sein, an den Anschlußrändern der Metallteile partielle, axial vorstehende Verstärkuryen an den Stellen vorzusehen, an denen Befestigungsschrauben zur Anwendung kommen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind bei dem äußeren Ringelement an dem der Verbindung mit dem inneren Ring-

elementen dienenden Metallteil an seinem inneren Rand in der Umfangsrichtung verlaufende, axial vorstehende integrale Verstärkungen ausgebildet, an denen die Anschlußränder der Metallteile der inneren Ringelemente und die die radiale Abstützung bewirkende Ringscheibe gemeinsam befestigt sind, zum Beispiel mittels Schraubenbolzen, die in achsparallele Gewindebohrungen in den Verstärkungen eingeschraubt sind.

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die Abstützung der Ringscheibe, die die radiale Abstützung der elastischen Ringelemente bewirkt, an der Nabe als Drehlager ausgebildet, welches axial in beiden Richtungen bewegbar ist. Durch diese Ausgestaltung wird die Nachgiebigkeit der elastischen Ringelemente in der Achsrichtung und in der Drehrichtung nicht beeinträchtigt.

Die erfindungsgemäße Wellenkupplung eignet sich auch gut für die Bildung einer Doppelkupplung. Bei einer solchen Doppelkupplung sind zwei Einzelkupplungen spiegelbildlich axial hintereinander angeordnet, deren äußere Ringelemente einander zugewandt und an einem Flanschring starr befestigt sind, der an der Nabe einer der Einzelkupplungen radial abgestützt, aber axial bewegbar ist. Auch bei dieser Anordnung ist für die äußeren elastischen Ringelemente an beiden Einzelkupplungen eine radi-ale Abstützung gegeben. Da aber diese radiale Abstützung nur auf eine der beiden Einzelkupplungen einwirkt, wird erreicht, daß die Einzelkupplungen gegeneinander radial verlagerungsfähig sind. Bei einer solchen Doppelkupplung wird bei Erhaltung der guten Verlagerungseigenschäften in radialer, axialer und winkliger Hinsicht eine Verdoppelung der Drehelastizität erreicht.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher

erläutert. Es zeigt:

Figur 1 einen Axialschnitt einer Wellenkupplung mit drei konzentrischen mehrteiligen elastischen Ringelementen,

Figur 2 eine Stirnansicht in Richtung auf den äußeren Kupplungsteil mit einer inneren Durchbrechung und

Figur 3 die Anordnung einer Doppelkupplung in einem halben Axialschnitt in bezug auf die gemeinsame Drehachse.

Die in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel dargestellte Wellenkupplung enthält zur elastischen Verbindung der beiden Kupplungsteile 1, 2 zwei innere parallel geschaltete elastische Ringelemente 3, 4 und ein in bezug auf die Ringelemente 3, 4 hintereinander geschaltetes äußeres elastisches Ringelement 5. Jedes einzelne elastische Ringelement 3, 4 und 5 ist in acht selbständige Ringsegmente unterteilt, wie Fig. 2 zeigt. Hinsichtlich der Winkelgröße stimmen die Ringsegmente 3a bzw. 4a der inneren Ringelemente 3 bzw. 4 mit den Ringsegmenten 5a des äußeren Ringelementes 5 überein. Überdies sind die Ringsegmente 5a räumlich so angeordnet, daß ihre radialen Mittellinien jeweils mit den radialen Mittellinien der zugehörigen inneren Ringsegmente 3a bzw. 4a zusammenfallen. Dies heißt, daß zwischen den benachbarten Gruppen von inneren und äußeren Ringsegmenten 3a, 4a bzw. 5a jeweils durchgehende, in radialer Richtung verlaufende schmale Spalte 6 vorhanden sind. Eine solche deckungsgleiche Anordnung der einzelnen Ringsegmente ist für den Ein- und Ausbau derselben vorteilhaft. Es braucht nicht betont zu werden, daß ebensogut eine versetzte Anordnung gewählt werden kann. Die Funktionsweise der

- IO -

Wellenkupplung wird von der Anordnung der Ringsegmente nicht berührt.

Die elastischen Ringelemente sind im Querschnitt trapezförmig profiliert, wobei die größere Parallelseite jeweils außen liegt. Diese Formgebung dient unter Berücksichtigung der Tatsache, daß in den Außenbereichen die Drehmomentbelastung größer ist als innen, der Materialbzw. Gewichtsersparnis. An den Stirnseiten sind die Ringsegmente von ebenen Metallteilen 3b, 4b bzw. 5b eingeschlossen, deren radiale Seitenkanten mit den radialen Seitenflächen der inneren Segmentkörper aus elastischem Material wie Gummi oder dergleichen bündig stehen. Die äußeren Metallteile sind an den inneren elastischen Körpern vorzugsweise durch Vulkanisieren befestigt.

Bei den inneren Ringsegmenten 3a, 4a sind die Metallteile 3b, 4b außen mit gegenüber dem elastischen Körper radial überstehenden Rändern 3c bzw. 4c ausgebildet, die gegenüber den angrenzenden Abschnitten der Metallteile so abgewinkelt sind, daß sie in Ebenen senkrecht zur Drehachse verlaufen. Für die Befestigung der Ringsegmente 3a mit dem Kupplungsteil 1, der als innere Nabe ausgebildet ist, ist an der Stirnseite der Nabe ein Anschlußring 7 drehfest gelagert und durch nicht dargestellte Verbindungsmittel wie Schrauben an der Nabe 1 befestigt.

Die äußeren Verbindungsränder 3c der Ringsegmente 3a liegen innen bündig an dem Anschlußring 7 an. Die feste Verbindung zwischen dem Anschlußrand 3c und dem Anschlußring 7 wird durch Schraubenbolzen 8 mit aufgeschraubten Muttern 9 bewirkt, die in fluchtenden Bohrungen dieser beiden Teile gelagert sind. Bei dem Ausführungsbeispiel sind an jedem Ringsegment 3a drei Schraubenbolzen 8 vorgesehen, die mit gleichem Abstand voneinander angeordnet sind.

Eine gleichartige Befestigung ist für die Ringsegmente 4a an der entgegengesetzten Stirnseite der Nabe 1 vorgesehen. Hier ist an der Stirnseite der Nabe 1 eine Anschlußscheibe 10 mit Hilfe von Schraubenbolzen 11 befestigt. Als zusätzliche Befestigungsmittel können Paßbolzen vorgesehen sein, die in achsparallele Bohrungen kraftschlüssig eingesetzt werden. Wie die Darstellung in Fig. 1 zeigt, ist zwischen dem Anschlußrand 4c und der Anschlußscheibe 10 ein durchgehender Abstandsring 14 angeordnet. Auch hier sind zur Verspannung des Anschlußrandes 4c mit der Anschlußscheibe 10 Schraubenbolzen 8 mit Muttern 9 vorgesehen, die in fluchtenden Bohrungen der miteinander verbundenen Teile angeordnet sind.

An den inneren Stirnseiten der Ringsegmente 3a und 4a liegen die überstehenden Ränder 3d bzw. 4d auf entgegengesetzten Seiten an einer Ringscheibe 15 an, die auf der Nabe 1 mit Hilfe eines Drehlagers radial abgestützt ist, welches eine Axialverschiebung nach beiden Seiten zuläßt. Zu diesem Zweck sind an der Ringscheibe 15 zwei Flanschringe 16 fest angebracht, die auf einer mit der Nabe 1 fest verbundenen Büchse 17 drehbar und axial verschiebbar gelagert sind.

Die Ringsegmente 5a des äußeren Ringelementes sind ebenfalls von Metallteilen 5b eingeschlossen. Die dem Kupplungsteil 2 benachbarten Metallteile 5b sind ebenso wie die inneren Ringsegmente mit nach außen überstehenden Anschlußrändern 5c ausgestattet. Die Befestigung wird auch hier mit Durchgangsschrauben 18 und Muttern 19 bewirkt .

An der gegenüberliegenden Stirnseite ist das Metallteil 5b mit einer axial vorstehenden Verstärkung 5d ausgestattet. Die Verstärkung bildet mit dem Metallteil vorzugsweise ein einstückiges Bauteil. In der Verstärkung

sind achsparallele Gewindebohrungen 20 für die Aufnahme von Schraubenbolzen 21 enthalten. Jeder dieser Schraubenbolzen 21 durchdringt fluchtende Bohrungen in den Anschlußrändern 3d, 4d sowie der Ringscheibe 15 und dient zur gemeinsamen Befestigung dieser Teile mit dem äußeren Ringsegment 5a. An jedem einzelnen Ringsegment 5a sind jeweils drei Befestigungsschrauben 20 vorgesehen. Alle Befestigungsschrauben haben in der Umfangsrichtung nicht nur im Bereich eines Ringsegmentes, sondern auch an den Übergangsstellen von Ringsegment zu Ringsegment den gleichen Abstand voneinander.

Es ist zweckmäßig, die Metallteile der Ringsegrnente aus Federstahl herzustellen. Hierdurch wird die axiale Nachgiebigkeit der Wellenkupplung weiter verbessert. Aufgrund der an den Stirnseiten der Ringsegmente vorgesehenen Befestigungen mit den starren Kupplungsteilen werden sowohl die inneren als auch die äußeren Ringsegmente durch das Drehmoment auf Torsion beansprucht. Die vorgesehene Hintereinanderschaltung der inneren Ringsegmente mit den äußeren Ringsegmenten bewirkt eine erhöhte Nachgiebigkeit der Kupplung in der Drehrichtung. Dank der Unterteilung der elastischen Zwischenglieder in einzelne selbständige Ringsegmente bereitet das Auswechsein der Ringelemente keine Schwierigkeiten. Ein wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, daß für den Ausbau der elastischen Zwischenglieder die durch die Wellenkupplung miteinander verbundenen Maschinen in axialer Richtung nicht gegeneinander verschoben werden müssen. Auch ist es nicht notwendig, für den Ein- bzw. Ausbau der elastisehen Zwischenglieder einen zusätzlichen Bauraum zur Verfügung zu stellen, wie es bei bekannten Wellenkupplungen mit geschlossenen elastischen Ringelementen erforderlich ist. Weiterhin ermöglicht die Segmentbauweise

■3 T O 9 38 8

eine wirtschaftliche Herstellung von Wellenkupplungen für übergroße Leistungen, beispielsweise für Drehmomente bis zu 2.OOO kNm.

Die drehbare Lagerung der zur radialen Abstützung vorgesehenen Ringscheibe 15 auf der Nabe 1 trägt bei den durch die Belastung der Kupplung auftretenden Relatiwerschiebungen entsprechend den an den gegenseitigen Berührungsflächen entstehenden Reibungsverlusten zur Erhöhung der Gesamtdämpfung der Kupplung bei.

Fig. 3 zeigt eine Doppe!kupplung, die aus zwei axial hintereinander angeordneten Einzelkupplungen in der vorstehend beschriebenen Art gebildet ist. Diese Einzelkupplungen sind bis auf die Ausgestaltung der äußeren Befestigung der äußeren Ringsegmente in gleicher Weise ausgebildet wie die in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Kupplung.

Wie Fig. 3 zeigt, sind die Einzelkupplungen spiegelbildlich mit einander gegenüberstehenden äußeren Ringsegmenten 5a axial nebeneinander angeordnet. Zur gegenseitigen Verbindung der äußeren Ringsegmente 5a ist ein Überbrükkungsring 21 mit einem radial nach innen gerichteten Flanschring 22 vorgesehen. Die überstehenden Anschlußränder 5c der Ringsegmente 5a liegen auf entgegengesetzten Stirnseiten am Überbrückungsring 21 an. Zur gegenseitigen Befestigung sind in fluchtenden Bohrungen der zu verbindenden Teile Schraubenbolzen 23 gelagert, die an ihrem Gewindeende eine der Verspannung dienende Mutter 24 tragen. Der Flanschring 22 ist mit seiner zylindrischen Innenfläche auf dem Abstandsring 14 der in bezug auf die zeichnerische Darstellung rechten Einzelkupplung radial abgestützt. In axialer Richtung ist der Flanschring 22 gegenüber dem Abstandsring 14 und damit dem Nabenteil dieser Einzelkupplung nach beiden Seiten beweg-

bar. Hiermit ist gewährleistet, daß die Einzelkupplungen axial gegeneinander beweglich, d.h. verlagerungsfähig
sind. Die an einer der beiden Einzelkupplungen vorgesehene radiale Abstützung der äußeren Ringsegmente dieser Kupplung dient zugleich als radiale Abstützung für die Ringsegmente 5a der anderen Einzelkupplung.

Claims (8)

1. Radt, Finkener, Emesti

   Patentanwälte

   Heinrich-König-Straße X 119
   Bochum

   Fernsprecher (Oi34) 47727/28 Telegrammadresse: Radtpalenl Bochum

   81 105

   WE/HH

   Hochelastische Wellenkupplung

   Ansprüche

   Hochelastische Wellenkupplung, bei der das die beiden Kupplungsteile verbindende elastische Zwischenglied aus einer Kombination von konzentrischen Ringelementen aus elastischem Material wie Gummi oder dergleichen mit wenigstens zwei parallel geschalteten Ringelementen und wenigstens einem diesen nachgeschalteten Ringelement be- - steht, wobei an den Ringelementen zur Verbindung mit den starren Kupplungsteilen dienende Metallteile, vorzugsweise durch Vulkanisieren, befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß um eine Nabe (1) eines ersten Kupplungsteils zwei, Ringelemente (3, 4) axial nebeneinander angeordnet sind, die an den äußeren Stirnseiten an der Nabe (1) und an den inneren Stirnseiten an einer radial auf der Nabe abgestützten Ringscheibe (15) befestigt sind und daß ein äußeres Ringelement (5) vorgesehen ist, das an einer Stirnseite an einem überstehenden Rand der Ringscheibe (15) und an der anderen Stirnseite an dem zweiten Kupplungsteil (2) befestigt ist.
2. 2. Wellenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringelemente (3, 4 u. 5) mit den daran befestigten Metallteilen aus wenigstens zwei, vorzugsweise acht, selbständigen Ringsegmenten gebildet sind.
3. 3. Wellenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Befestigung der Ringelemente (3, 4

   u. 5) dienenden Metallteile (3b, 4b u. 5b) aus Federstahl

   bestehen.
4. 4. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile (3b, 4b u. 5b) an den Befestigungsstellen in radialer Richtung über die Ringelemente hinausragen und die überstehenden Ränder (3c, 4c u. 5c) in Ebenen liegen, die senkrecht zur Drehachse stehen.
5. 5. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile an den Anschlußrändern partielle, axial vorstehende Verstärkungen aufweisen.
6. 6. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem äußeren Ringelement (5) das der Verbindung mit den inneren Ringelementen (3, 4) dienende Metallteil an seinem inneren Rand in der Umfangsrichtung verlaufende axial vorstehende Verstärkungen (5d) aufweist, an denen die Anschlußränder (3c, 4c) der Metallteile der inneren Ringelemente (3, 4) und die Ringscheibe (15) gemeinsam befestigt sind, z.B. mittels Schraubenbolzen (2O), die in achsparallele Gewindebohrungen in den Verstärkungen (5d) eingeschraubt sind.
7. 7. Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung der Ringscheibe an der Nabe als axial bewegbares Drehlager (16, 17) ausgebildet ist.
8. 8. Verwendung einer Wellenkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Bildung einer Doppelkupplung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Einzelkupplungen spiegelbildlich axial hintereinander angeordnet sind, deren äußere Ringelemente (5) einander zugewandt und an einem Über-

   bruckungsring (21) starr befestigt sind, der an der Nabe einer der Einzelkupplungen radial abgestützt, aber axial bewegba r ist.