DE1223200B

DE1223200B - Scheibenkupplung fuer Wellen mit einer metallischen Zwischenscheibe

Info

Publication number: DE1223200B
Application number: DEG25934A
Authority: DE
Inventors: Frank Leslie Hargrove; Lloyd Palmer Grobel
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1957-12-13
Filing date: 1958-12-12
Publication date: 1966-08-18
Also published as: US2879092A

Description

Scheibenkupplung für Wellep mit einer metallischen Zwischenscheibe Die Erfindung bezieht sich auf eine Scheibenkupplung für Wellen mit einer metallischen Zwischenscheibe, die zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen der Kupplungsflansche angeordnet ist und bei der das Drehmoment allein durch Reibung übertragen wird.
Bei einer bekannten Scheibenkupplung dieser' Art besteht-, - insbesondere bei höheren Drehmomenten, die Gefahr des Rutschens der axial gespannten Teile in - Umfangsrichtung aufeinander, was zur Glättung der Stimflächen führen kann. Auch kann dadurch eine Beanspruchung von Kupplungsbolzen auf Scherung die Folge sein. Zur Vermeidung des Rutschens die Bolzenzahl zu erhöhen, führt zu einem größeren Kupplungsdurchmesser, was meist unerwünscht ist. ., Es ist eine Scheibenkupplung für Wellen mit einer Zwischenscheibe bekannt, die zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen der Kupplungsflansche angeordnet ist und zwei Aufgaben hat, nämlich einen Abstand zwischen den beiden Kupplungsflanschen zu halten und diese zum Fluchten zu bringen. Ferner ist eine Scheibenkupplung für Wellen mit einer Zwischenscheibe bekannt, die wie eben angegeben, angeordnet ist und eine Zentrier- und Isolierscheibe aus Fiber- oder Faserwerkstoff ist. In beiden Fällen wird das Drehmoment über die Kupplungsbolzen übertragen, die demgemäß auf Scherung beansprucht sind. Auf Scherung beanspruchte Bolzen sind auch bei einer bekannten beweglichen und nachgiebigen Kupplung, und zwar einer Klauenkupplung, vorgesehen. Diese Kupplung weist außerdem einen Kautschukzwischenring auf, der durch gegenseitig auf Lücke stehende, von beiden Axialseiten her in große Vertiefungen des Zwischenringes eingreifende große Vorsprünge zweier mit den beiden Kupplungsflanschen mittels Scherbolzen verbundener Scheiben auf Druck in Umfangsrichtung beansprucht ist. Auch ist eine elastische Klauenkupplung ähnlicher Art ohne Scherbolzen bekannt.
Es ist ferner eine Wellenkupplung mit einer metallischen Zwischenscheibe zwischen zwei axial gespannten Kupplungshülsen bekannt, bei der das Drehmoment allein durch Reibung übertragen wird. Der Reibungskoeffizient aber ist relativ klein, so daß nur ein kleines Drehmoment übertragen würde, wenn nicht je ein weiterer, kegeliger Zwischenring zwischen den Kupplungshülsen und weiteren der axialen Spannung dienenden Kupplungsgliedern vorgesehen wäre.
Bei einer bekannten Axialspannung eines ringförmigen Knopfes auf einer Welle mittels eines auf ihr sitzenden, auf ihr axial in einer Richtung festgelegten und mit ihr in Umfangsrichtung gekoppelten Drehmomentübertragungsringes, gegen den der Knopf über eine Zwischenscheibe axial gedrückt und gespannt ist, fällt dieser Aufwand weg, weil der Reibungskopffizient dadurch erhöht ist, daß dieserRing aus weichem Metall besteht, seine der Zwischenscheibe benachbarte Stirnseite glatt ist, die Zwischenscheibe stirnseitig rauh ist und also zwischen diesen axial gespannten Teilen eine Verzahnung innerhalb der Oberflächenrauhigkeit besteht.
Bei großen Drehmomenten jedoch können die Stimflächen des Knopfes, der Zwischenscheibe und des Ringes aufeinander rutschen, wodurch die Stirnflächen des Knopfes und des Ringes beschädigt, z. B. geglättet werden können. Es müssen dann diese beschädigten Stimflächen erneuert oder sogar der Knopf und der Ring ausgewechselt werden. Im Falle der Kupplungsflansche der anfangs genannten Scheibenkupplung würde eine solche Stimflächenerneuerung bekannte schwierige technische Probleme aufwerfen. Zum Beispiel verlagern sich die beiden Wellen axial, wodurch auf ihnen sitzende Teile gegenüber Gehäuseteilen andere, oft unerwünschte Axialabstände erhalten. Ein Auswechseln der Kupplungsflansche ist meist ebenfalls nicht möglich, da diese mit den Wellen oft aus einem Stück bestehen. Diese Nachteile soll die Erfindung vermeiden.
Die Erfindung besteht darin, daß der Werkstoff der Zwischenscheibe oder ihrer Oberflächenschicht weicher ist als der an den Stimflächen der Flansche. Tritt jetzt bei höheren Drehmomenten oder bei Drehmomentstößen Rutschen auf, dann können höchstens die Stirnflächen der Zwischenscheibe beschädigt oder geglättet werden. Es braucht dann, wenn notwendig, nur die Zwischenscheibe ausgewechselt zu werden, was wenig aufwendig ist und wodurch die axiale Lage der Wellen bzw. der axiale Abstand der Kupplungsflansche beibehalten werden kann. Wenn die Kupplungsflansche mit den Wellen einstückig sind, so stört dies in diesem Zusammenhang nicht mehr. Durch die Kupplung gemäß der Erfindung ist bei Vorhandensein dieser Vorteile bei kleinem Kupplungsdurchmesser ein großes Drehmoment übertragbar. Der Werkstoff der Zwischenscheibe oder ihrer Oberflächenschicht ist insbesondere, ein WerkstQff, der relativ gute, Scherfestigkeit aufweist. Es handelt sieh bei dem Werkstoff der Zwischenscheibe oder ihrer Oberflächenschicht z. B. um Kupfer, Rotguß oder eine Aluminium-, Magnesium- oder Eisenlegierung. Die Stirnflächen der Kupplungsflansche sind tunlichst aufgerauht.
In den Figuren der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel der Scheibenkupplung gemäß der Erfindung dargestellt. Es handelt sich um eine Kupplung zwischen dem Läufer eines Hochdruckteils einer Dampf- oder Gasturbine mit dem Läufer eines Niederdruckteils dieser Turbine.
F i g. 1 zeigt eine auseinandergezogene Darstellung der Scheibenkupplung, F i g. 2 eine Ansicht der zusamm engebauten Kupplung und F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht des Ineinandergreifens der Zwischenscheibe und der Kupplungsflansche.
In F i g. 1 bezeichnet 1 den Kupplungsflansch der Hochdruckseite, 2 den Kupplungsflansch der Niederdruckseite und 3 die dazwischerigeschaltete Zwischenscheibe. Die sich einander gegenüberliegenden Stirnflächen la und 2 a der Flansche 1 und 2 sind aufgerauht, um den Reibungskoeffizienten zu vergrößern. Das Aufrauhen kann nach einem beliebigen Verfahren, z. B, durch Körnung, Grobsandblasen oder dir, bekannte Riefung, vorgenommen werden.
Ein erhöhter Reibungskontakt zwischen den Flanschen wird durch die Verwendung der Zwischenscheibe 3 erzielt, die aus einem Metall hergestellt ist, das weicher ist als das der Stirnflächen la und Za, aber doch so hart, daß die Zwischenscheibe 3 bei der Montage und im Betrieb nicht aus dem Raum zwischen den Flanschm verdrängt wird. Die harten, vorstehenden Teile der Aufrauhung der Oberflächen der Stimflächen la und 2 a pressen sich in die weichere Zwischenscheibe 3 ein, so daß die Form der. Oberflächen der Zwischenscheibe, 3 der Form der Stirnflächen la und 2a entspricht und sich eine regelrechte Verriegelung bildet (vgl. F i g, 3). Neben der geringeren Härte hat die Zwischenscheibe 3 immerhin eine solche Scherfestigkeit, daß sie das Drehmoment störungslos von einem Flansch zum anderen übertragen kann. Die Flansche bestehen aus Stahl. Die Zwischenscheibe besteht aus Kupfer, einer Kupferlegierung, wie handelsübliche Bronze, Rotguß, oder einer der zahlreichen Aluminium-, Eisen- oder Magnesiumlegierungen, welche die erforderliche Scherfestigkeit und Streckbarkeit aufweisen, Die Zwischenscheibe 3 kann auch aus einem harten, mit einem der vorgenannten Metalle überzogenen Werkstoff hergestellt sein. Die Zwischenscheibe muß mindestens eine solche Dicke haben, daß die »Spitzen« la', 2a' der aufgerauhten Stirnflächzn la, 2a diese beim Zusammenbau der Kupplung nicht durchstoßen; sie muß aber auch so dünn sein, daß die unter gebrachte Zwischenscheibe 3 sich nicht verzieht, was eine leichte Winkelverschiebung der Läufer bei der Montage der Kupplung zur Folge haben könnte.
F i g. 2 zeigt, daß die Flansche 1 und 2 und die Zwischenscheibe 3 durch Kupplungsbolzen 4 miteinander verbunden sind. Die Durchgangslöcher 5 sind in dem Flansch 1 im Durchmesser größer als der Bolzen 4, so daß die Bolzen 4 durch das an die Kupplung angelegte Drehmoment nicht auf Scherung beansprucht werden. Dadurch wird das Drehmoment lediglich durch die zwischen der Zwischenscheibe 3 und den Flanschen 1 und 2 erzeugte Reibungskraft übertragen. Die Bolzenköpfe 4a sind mit einem Ring 6 gesichert. Die Flansche 1 und 2 sind gegeneinander durch einen am Flansch 1 festen Anschlag 1 b zentriert, der in eine passende Bohrung 2c des Flank sches 2 hineinragt.
Wenn die Kupplung gemäß F i g. 2 montiert ist, werden die Bolzen 4 angezogen, so daß in den Bolzen eine große Axialkraft entsteht. Dabei wird, wie F i g. 3 zeigt, die verhältnismäßig weichere Zwischenscheibe 3 in die Vertiefungen der aufgerauhten Stirnflächen la, 2 a getriebQn. - Das maximale von der Kupplung übertragbare Drehmoment ist dem Reibungskoeffizienten proportional. Ebenso nimmt das Drehmoment mit der Axialspannung in dem Bolzen zu, und so kann es notwendig sein, der Kupplung einen verhältnismäßig großen Durchmesser zu geben, um die benötigte Zahl von Bolzen unterzubringen, - Es ist offensichtlich, daß man bei einem größeren Reibungskoeffizienten mit einer niedrigeren Bolzenspannung oder mit weniger Bolzen auf einem kleineren Bolzenkreis für die übertragung eines gegebenen Drehmoments auskommen kann. Im Falle eines Rutschens der Kupplungsglieder gegeneinander in Umfangsrichtung infolge überhöhten Drehmoments unter Deformation der Zwischenscheibe 3 durch »Ab- scheren« der Rauhheits»spitzen« kann die Kupplung leicht auseinandergenommen und mit dem Einsetzen einer neuen Zwischenscheibe 3 der Reibungskontakt zwischen den Kupplungsflächen wiederhergestellt werden, ohne daß die axiale Lage, der Läufer zu verändern ist, An den Flanschen braucht dabei im allgemeinen nichts verändert zu werden.
Versuche haben gezeigt, daß bei einer Zwischenscheibe, aus Kupfer mit einer Dicke von etwa 0,125 mm zwischen Flanschen aus Stahl der wirksame Reibungskoeffizient etwa 0,45 bis 0,65 beträgt, Vergleicht man damit den Reibungskoeff)zienten von 0,11 bis 0,20 einer Kupplung ohne Zwischenscheibe, so erhöht also die Zwischenscheibe die Reibungskraft auf über das Doppelte,

Claims

Patentansprüche: 1, Scheibenkupplung für Wellen mit einer metallischen Zwischenscheibe, die zwischen deia einander zugekehrten Stimflächen der Kupplungs, flanschr, angeordnet ist und bei der das Drehinoment allein durch Reibung übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Zwischenscheibe(3) oder ihrer Ober- flächenschicht weicher ist als der an den Stirnflächen (la, 2 a) der Flanselie (1, 2), 2.
Scheibenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenscheibe (3) oder ihre Oberflächenschicht aus Kupfer, Rotguß oder einer Aluminium-, Magnesium- oder Eisenlegierung besteht. 3. Scheibenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen (la, 2 a) der Flansche (1, 2) durch Körnung, Grobsandblasen oder hierbei bekannte Riefung aufgerauht sind.
In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 183 942, 621335, 625 371; deutsche Auslegeschrift Nr. 1007 573; französische Patentschriften Nr. 837 304, 896 398; britische Patentschrift Nr. 235 554; USA.-Patentschriften Nr. 1096 162, 1942 512, 2 303 032; Normblatt DIN 116.