DE19537662A1 - Diesel motor shaft coupling for motor boats - Google Patents
Diesel motor shaft coupling for motor boatsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine zweistufige drehelastische Wellenkupplung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a two-stage torsionally flexible Shaft coupling according to the generic term of Claim 1.
Bootsantriebe mit schnellaufenden Dieselmotoren im Bereich bis ca. 1300 kW Antriebsleistung stellten in den vergangenen Jahren immer höhere Anforderungen an die Drehelastizität der Kupplungen. Die zunehmende Leistungsdichte bei Motoren und Getrieben war trotz hochelastischer Kupplungen in weichster Ausführung die Hauptursache für das sogenannte "Zähnerattern" im Getriebe. Hierbei handelt es sich im wesentlichen um ein Abheben der Zahnflanken voneinander durch Wechseldrehmomente, die größer sind als das Lastmoment (bei Leerlauf und Teillastbetrieb im Übergangsbereich vom Leerlauf in den Arbeitsbereich), welches unter allen Umständen vermieden werden muß.Boat drives with high-speed diesel engines in the Range up to approx. 1300 kW drive power the past few years have made ever increasing demands the torsional elasticity of the couplings. The increasing Power density in engines and transmissions was despite highly flexible couplings in the softest version the main cause of the so-called "tooth rattling" in the transmission. This is essentially to separate the tooth flanks from each other Alternating torques that are greater than that Load torque (at idle and part load operation in Transition area from idle to Work area), which under all circumstances must be avoided.
Herkömmlichen Kupplungen sind hier Grenzen gesetzt, einerseits durch den zur Verfügung stehenden Elastomerwerkstoff und andererseits durch den vorhandenen Einbauraum. Eine Wellenkupplung, die so drehnachgiebig ist, daß die Anforderungen des Leerlaufbetriebes erfüllt werden, kann nicht das gesamte Drehmoment des Motors im Arbeitsbereich übertragen, und eine Kupplung, die für den Vollastbetrieb geeignet ist, hat für den Leerlaufbetrieb eine zu hohe Steifigkeit, so daß die Gefahr des Zahnabhebens gegeben ist.Conventional couplings have limits here on the one hand by the available Elastomer material and on the other hand through the existing installation space. A shaft coupling that like that is flexible that the requirements of Idle operation can not be met total engine torque in the work area transferred, and a clutch for the Full load operation is suitable for the Idling too high a stiffness, so that there is a risk of tooth extraction.
Zur Lösung des Problems wurde eine Standardkupplung so modifiziert, daß das hochelastische Element im Bereich Leerlauf bis ungefähr 15% Nenndrehmoment die drehelastischen Anforderungen erfüllt. Als weitere Maßnahme wurde für den eigentlichen Arbeitsbereich ein wesentlich steiferes, ergänzendes Kupplungselement hinzugefügt. Die so entstandene Zwei-Stufen-Kupplung verfügt damit über eine stark unterschiedliche Kennlinie. Im Bereich der ersten Stufe hat die Kupplung eine extreme Drehnachgiebigkeit und bei Überschreiten eines vorher definierten Drehmoments wird diese Stufe überbrückt und die Drehmomentübernahme der zweiten Stufe ist mit einem erheblichen Anstieg der Drehsteifigkeit für den normalen Arbeitsbereich verbunden.A standard coupling was made to solve the problem modified that the highly elastic element in the area Idling up to about 15% nominal torque torsionally elastic requirements met. As another Measure was taken for the actual work area much stiffer, additional coupling element added. The resulting two-stage clutch thus has a very different Curve. In the area of the first stage the clutch has extreme flexibility and when exceeded this stage becomes a previously defined torque bridged and the torque takeover of the second Level is with a significant increase in Torsional rigidity for the normal working area connected.
Eine zweistufige drehelastische Wellenkupplung in der vorstehend beschriebenen Art ist durch Verwendung in der Praxis bekannt. Die Ergebnisse der durchgeführten Tests, sowohl hinsichtlich Langzeiterprobung auf dem Prüfstand als auch durch Erprobung im Bootseinsatz haben gezeigt, daß von der ausgewählten Konzeption die technischen Anforderungen in jeder Hinsicht erfüllt werden.A two-stage torsionally flexible shaft coupling in the type described above is by use in known in practice. The results of the conducted Tests, both with regard to long-term testing on the Test bench as well as by testing in boat use have shown that the selected conception technical requirements met in every respect will.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zweistufige drehelastische Wellenkupplung in einer vereinfachten Ausführung zu schaffen, die in einem vergleichbaren Bauraum die gleichen technischen Eigenschaften wie die vorbekannte Wellenkupplung bietet, jedoch unter drastischer Reduzierung der benötigten Bauteile eine entsprechende Reduzierung der Herstellungskosten ermöglicht.The invention has for its object a two-stage torsionally flexible shaft coupling in one to create simplified execution in one comparable installation space the same technical Properties like the previously known shaft coupling offers, but with a drastic reduction in required components a corresponding reduction in Manufacturing costs enabled.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the im Characteristics of claim 1 specified features solved.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are Subject of the subclaims.
Die in der ersten Stufe auf Druck beanspruchten gummielastischen Rollkörper bauen ihre Reaktionskraft während des Abrollens mit wachsendem Drehwinkel durch zunehmendes radiales Verpressen auf. Die Drehsteifigkeit der ersten Stufe ist also proportional der radialen Federsteife der Rollkörper. Die steifste Ausführung ist demnach ein Vollkörper. Eine Abstimmung der radialen Federsteife ist durch das Anbringen einer axialen Durchgangsöffnung möglich.Those stressed in the first stage rubber-elastic rolling elements build their reaction force while rolling with increasing angle of rotation increasing radial compression. The The torsional stiffness of the first stage is therefore proportional the radial spring stiffness of the rolling elements. The stiffest Execution is therefore a full body. A vote The radial spring stiffness is achieved by attaching one axial through opening possible.
In der einfachsten Ausführung sind zwei Rollkörper aus Elastomerwerkstoff, z. B. Gummi, ausreichend. Die Anordnung der Rollkörper im Außenbereich der Kupplung ermöglicht ein direktes Abrollen zwischen einer ebenen oder leicht konkaven Lauffläche eines Flügelelements und der Bahn an der inneren Mantelfläche des Ringkörpers. So ist es möglich, den erforderlichen Drehfederweg der Kupplung zur Verfügung zu stellen, wobei nach Beendigung der Abrollbewegung noch ein ausreichender Arbeitsweg (Drehwinkel) für die zweite Stufe zur Verfügung gestellt werden kann.In the simplest version, two rolling elements are made Elastomer material, e.g. B. rubber, sufficient. The Arrangement of the rolling elements in the outer area of the coupling enables direct rolling between levels or slightly concave tread of a wing element and the web on the inner surface of the Ring body. So it is possible to get the required To provide torsion spring travel of the clutch, being still after the end of the rolling motion sufficient working distance (angle of rotation) for the second Level can be provided.
Die elastischen Druckkörper, die in der zweiten Stufe wirksam sind, werden vorteilhafterweise so an den Flügelelementen fixiert, daß sie weder während der Arbeitszyklen in der ersten Stufe noch durch Fliehkraft ihren Platz verlassen können. Die Fixierung wird zweckmäßigerweise dadurch bewirkt, daß an jedem Flügelelement am freien Ende der Flanke ein in Umfangsrichtung nach innen abgebogener, den Druckkörper teilweise umschließender Finger angeformt ist.The elastic pressure hull used in the second stage are effective, will be advantageously to the Wing elements fixed that they neither during Cycles in the first stage still by centrifugal force can leave their place. The fixation will expediently causes that at each Wing element at the free end of the flank Circumferentially bent inwards, the pressure hull partially enclosing finger is formed.
Die Finger sind in Umfangsrichtung so dimensioniert, daß sie nach Überschreiten einer vorgegebenen Einfederung der elastischen Druckkörper der zweiten Stufe an den gegenüberliegenden Flanken der Radialstege des Ringkörpers anschlagen und so ein unzulässiges Einfedern verhindern. Der elastische Arbeitsbereich der zweiten Stufe kann z. B. 125 bis 150% des Nenndrehmomentes betragen.The fingers are dimensioned in the circumferential direction so that after exceeding a predetermined one Deflection of the elastic pressure body of the second Step on the opposite flanks of the radial webs of the ring body and thus an impermissible Prevent compression. The elastic working area of the second stage can e.g. B. 125 to 150% of Nominal torque.
Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist an der Innenwand des Ringkörpers je eine die Ausgangsstellung (Ruhestellung der Kupplung) des zugehörigen Rollkörpers bestimmende axiale Rinne eingelassen.According to another advantageous training is on the inner wall of the ring body one each Starting position (rest position of the clutch) of the associated rolling body defining axial groove let in.
Weiter ist eine Rückdrehsicherung vorgesehen, die bei Belastungen in negativer Drehrichtung wirksam wird. Zu diesem Zweck ist an den Flügelelementen an der jeweils freien Flanke ein Gummikörper befestigt, der in der Ruhestellung einen Abstand von dem jeweils gegenüberliegenden Radialsteg des Ringkörpers einhält. Durch diese Maßnahme ist eine Begrenzung möglicher Schwingungsamplituden in negativer Drehrichtung gewährleistet.A reverse rotation lock is also provided, which at Loads in the negative direction of rotation. To this purpose is on the wing elements on each attached a free rubber flank that in the Rest a distance from each opposite radial web of the ring body. This measure makes a limitation possible Vibration amplitudes in the negative direction of rotation guaranteed.
Die neue zweistufige drehelastische Wellenkupplung zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß sie aus einer relativ geringen Anzahl von konstruktiv einfachen und kostengünstig herstellbaren Bauteilen zusammengesetzt ist, wobei sie gleich gute technische Eigenschaften wie eine herkömmliche zweistufige Wellenkupplung bietet.The new two-stage torsionally flexible shaft coupling is mainly characterized by the fact that it consists of a relatively small number of structurally simple and assembled inexpensive components is, where they have the same good technical properties as offers a conventional two-stage shaft coupling.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachstehend näher erläutert. Es zeigt:An embodiment of the invention is in the Drawing is shown schematically and is below explained in more detail. It shows:
Fig. 1 eine Stirnansicht einer zweistufigen drehelastischen Wellenkupplung gemäß der Erfindung in der Ruhestellung, Fig. 1 is an end view of a two-stage torsionally elastic shaft coupling according to the invention in the rest position,
Fig. 2 eine weitere Stirnansicht der Wellenkupplung unter Drehmomentbelastung in der zweiten Stufe und Fig. 2 shows another end view of the shaft coupling under torque load in the second stage and
Fig. 3 eine weitere Stirnansicht der Wellenkupplung bei einer Belastung in negativer Drehrichtung. Fig. 3 shows a further end view of the shaft coupling with a load in the negative direction of rotation.
Die in der Zeichnung veranschaulichte zweistufige drehelastische Wellenkupplung umfaßt eine innere Nabe 1 und als zweiten starren Kupplungsteil einen die Nabe 1 koaxial umgebenden Ringkörper 2, der in der Regel dem motorseitigen Antrieb zugeordnet wird und mit diesem, z. B. mit dem Schwungrad, in geeigneter Weise fest verbunden wird. Zu diesem Zweck enthält der Ringkörper 2 eine Anzahl von Durchgangsbohrungen 3 für das Anbringen von Befestigungsschrauben. Die Wellenkupplung hat im wesentlichen die Gestalt einer Scheibe, deren axiale Stärke bei gegebenem Gesamtdurchmesser von der zu übertragenden Leistung abhängt. The illustrated in the drawing two-stage torsionally flexible shaft coupling includes an inner hub 1 and a second rigid coupling member comprises a hub 1 coaxially surrounding annular body 2, which is usually associated with the motor-side drive and with this, z. B. is connected to the flywheel in a suitable manner. For this purpose, the ring body 2 contains a number of through holes 3 for the attachment of fastening screws. The shaft coupling essentially has the shape of a disk, the axial strength of which, for a given overall diameter, depends on the power to be transmitted.
Unter der Voraussetzung, daß der Ringkörper 2 der treibende Kupplungsteil ist, dreht sich der Ringkörper 2 während der Belastung der Wellenkupplung gegen den Uhrzeigersinn.Provided that the ring body 2 is the driving coupling part, the ring body 2 rotates counterclockwise during the loading of the shaft coupling.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Wellenkupplung in der einfachsten Ausführung mit nur jeweils zwei Funktionsteilen. Diese Funktionsteile stimmen paarweise überein, weshalb in der nachfolgenden Beschreibung für die übereinstimmenden Teile eines Paares jeweils nur eine einzige Bezugszahl benutzt wird.It is in the illustrated embodiment a shaft coupling in the simplest Version with only two functional parts each. This Functional parts match in pairs, which is why in the description below for the matching parts of a pair only one only reference number is used.
Am Ringkörper 2 sind innen zwei Radialstege 4 mit gleichem Winkelabstand voneinander angeformt, deren freie Enden sich bis in die Nähe der Nabe 1 erstrecken. An jedem Radialsteg 4 verläuft die in Gegendrehrichtung zeigende Flanke 5 in einer Radialebene, während die gegenüberliegende Flanke 6 vom freien Ende aus in Richtung zum Ringkörper 2 muldenartig ausgebildet ist.On the inside of the ring body 2 , two radial webs 4 are formed with the same angular distance from one another, the free ends of which extend into the vicinity of the hub 1 . On each radial web 4 , the flank 5 pointing in the opposite direction of rotation runs in a radial plane, while the opposite flank 6 is trough-shaped from the free end in the direction of the ring body 2 .
Von der Nabe 1 erstrecken sich auf gegenüberliegenden Seiten etwa trapezförmige Flügelelemente 7, wobei jedes Flügelelement radial außen von einer achsparallelen, tangential verlaufenden Lauffläche 8 abgeschlossen ist.Approximately trapezoidal wing elements 7 extend from the hub 1 on opposite sides, each wing element being closed radially on the outside by an axially parallel, tangential running surface 8 .
In dem Freiraum zwischen der Lauffläche 8 und der Innenwand des Ringkörpers 2 ist ein zylindrischer Rollkörper 9 aus elastischem Material, z. B. Gummi, unter Berührungsschluß gehalten. Zur Fixierung der Rollkörper 9 in der Ausgangsstellung ist in der Innenwand des Ringkörpers 2 eine axial verlaufende Rinne 10 eingelassen. Die Rollkörper können als Vollkörper ausgebildet sein oder, wie bei dem Ausführungsbeispiel, eine axiale Durchgangsöffnung 11 aufweisen. Soweit in der ersten Belastungsstufe der Wellenkupplung eine zunehmend stärkere Pressung der Rollkörper 9 erwünscht ist, kann dies dadurch bewirkt werden, daß die Laufflächen 8 leicht konkav ausgebildet werden.In the space between the tread 8 and the inner wall of the ring body 2 is a cylindrical roller 9 made of elastic material, for. B. rubber, held in contact. To fix the rolling element 9 in the starting position, an axially extending groove 10 is embedded in the inner wall of the annular element 2 . The rolling bodies can be designed as solid bodies or, as in the exemplary embodiment, have an axial through opening 11 . Insofar as an increasingly greater pressing of the rolling elements 9 is desired in the first loading stage of the shaft coupling, this can be brought about by making the running surfaces 8 slightly concave.
An den Flügelelementen 7 ist an einer Seite ein in Umfangsrichtung nach innen abgebogener Finger 12 angeformt, der mit der gegenüberliegenden Flanke des Flügelelements 7 eine in Gegendrehrichtung offene Kammer 13 mit einer kreisrunden Innenmantelfläche bildet. In der Kammer 13 ist ein elastischer Druckkörper 14 gehalten, der so dimensioniert ist, daß er in der Ruhestellung der Wellenkupplung von dem gegenüberliegenden Radialsteg 4 des Ringkörpers 2 einen Abstand einhält.On the wing elements 7 , a finger 12 bent inwards in the circumferential direction is formed on one side, which with the opposite flank of the wing element 7 forms a chamber 13 which is open in the opposite direction of rotation and has a circular inner lateral surface. In the chamber 13 an elastic pressure body 14 is held, which is dimensioned such that it maintains a distance from the opposite radial web 4 of the ring body 2 in the rest position of the shaft coupling.
Die andere Flanke 15 des Flügelelements 7 hält in der Ruhestellung der Wellenkupplung ebenfalls einen Abstand von dem gegenüberliegenden Radialsteg 4 ein. An der Flanke 15 ist in einer Vertiefung ein Gummikörper 16 mit etwa rechteckigem Querschnitt eingelassen.The other flank 15 of the wing element 7 also maintains a distance from the opposite radial web 4 in the rest position of the shaft coupling. A rubber body 16 with an approximately rectangular cross section is embedded in a recess on the flank 15 .
Die Arbeitsweise der Wellenkupplung ist folgende:The shaft coupling works as follows:
Eine Drehung des Ringkörpers 2 gegen den Uhrzeigersinn bei einsetzender Belastung der Wellenkupplung bewirkt ein Abrollen der Rollkörper 9 einerseits an der Innenwand des Ringkörpers 2 und andererseits an den Laufflächen 8 in Richtung zur Flanke 15. Hierbei verringert sich zunehmend der für die Rollkörper 9 zur Verfügung stehende Abstand zwischen der Lauffläche 8 und der Innenwand des Ringkörpers 2, so daß die Rollkörper 9 zunehmend radial zusammengedrückt werden. Während dieser ersten Belastungsstufe ist also die Drehsteifigkeit proportional der radialen Federsteife der Rollkörper 9. Der Verdrehwinkel in dieser ersten Stufe beträgt bis zu 25°, und das Drehmoment wächst dabei bis ca. 10 bis 15% des Nenndrehmoments.A rotation of the ring body 2 counterclockwise when the shaft coupling begins to load causes the rolling bodies 9 to roll on the inside wall of the ring body 2 on the one hand and on the running surfaces 8 in the direction of the flank 15 on the other hand. Here, the distance between the running surface 8 and the inner wall of the ring body 2 , which is available for the rolling bodies 9 , is increasingly reduced, so that the rolling bodies 9 are increasingly compressed radially. During this first load stage, the torsional stiffness is proportional to the radial spring stiffness of the rolling element 9 . The twist angle in this first stage is up to 25 °, and the torque grows up to approx. 10 to 15% of the nominal torque.
Die zweite Stufe der Wellenkupplung beginnt, wenn die Radialstege 4 auf die elastischen Druckkörper 14 auftreffen. Mit zunehmender Belastung werden die elastischen Druckkörper 14 mehr und mehr verformt, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. In dieser zweiten Stufe ist die Wellenkupplung bis zum Nenndrehmoment und darüber hinaus belastbar. Bei Überschreiten einer vorgegebenen Einfederung der elastischen Druckkörper 14 stoßen die freien Enden 17 der starren Finger 12 gegen die Radialstege 4 und verhindern dadurch eine Überbeanspruchung der elastischen Druckkörper 14.The second stage of the shaft coupling begins when the radial webs 4 hit the elastic pressure element 14 . With increasing load, the elastic pressure bodies 14 are deformed more and more, as can be seen from FIG. 2. In this second stage, the shaft coupling can be loaded up to the nominal torque and beyond. When a predetermined deflection of the elastic pressure bodies 14 is exceeded, the free ends 17 of the rigid fingers 12 abut against the radial webs 4 and thereby prevent the elastic pressure bodies 14 from being overstressed.
Fig. 3 zeigt die Begrenzung möglicher Schwingungsamplituden in negativer Drehrichtung. In diesem Fall kommen die Gummikörper 15 an der radialen Flanke 5 der Radialstege 4 zur Anlage und fungieren so als Rückdrehsicherung. Fig. 3 shows the limitation of possible oscillation amplitudes in the negative direction of rotation. In this case, the rubber bodies 15 come to rest on the radial flank 5 of the radial webs 4 and thus act as a backward rotation protection.
Eine gegenseitige mechanische Drehführung der beiden koaxialen Kupplungsteile kann mit unterschiedlichen Mitteln bewirkt werden. Eine einfache Lösung besteht darin, daß an der Nabe an jeder Stirnseite eine Ringscheibe mittels Schrauben befestigt wird, wobei jede Ringscheibe an ihrem Umfang radial und axial gleitbeweglich an einer Ringschulter des Ringkörpers geführt ist. Durch eine solche Führung mittels außen anliegender Ringscheiben werden zugleich die elastischen Kupplungskörper in ihrer gewünschten axialen Lage fixiert.A mutual mechanical rotation of the two Coaxial coupling parts can be used with different Funds can be effected. There is a simple solution in that on the hub on each end Washer is attached by means of screws, whereby each washer radially and axially on its circumference slidably on a ring shoulder of the ring body is led. With such guidance by means of the outside adjacent washers are also the elastic coupling body in your desired axial position fixed.
Claims (6)
- - am Ringkörper (2) sind an seiner Innenwand wenigstens zwei Radialstege (4) mit gleichem Winkelabstand voneinander angeformt, die sich bis in die Nähe der Nabe (1) erstrecken,
- - an der Nabe (1) sind wenigstens zwei im Querschnitt etwa trapezförmige Flügelelemente (7) gegenüberliegend angeformt, die außen je eine achsparallele, tangential eben oder schwach konkav verlaufende Lauffläche (8) aufweisen,
- - in dem axialen Freiraum zwischen jeder Lauffläche (8) des Flügelelements (7) und der Innenwand des Ringkörpers (2) ist je ein zylindrischer Rollkörper (9) aus elastischem Material mit Berührungsschluß gehalten und
- - an jedem Flügelelement (7) ist jeweils an einer Flanke ein elastischer Druckkörper (14) gehalten, der in der Ruhestellung der Kupplung von dem jeweils gegenüberliegenden Radialsteg (4) des Ringkörpers (2) einen Abstand hat.
- at least two radial webs ( 4 ) with the same angular distance from one another are formed on the inner body of the annular body ( 2 ) and extend into the vicinity of the hub ( 1 ),
- at least two wing elements ( 7 ) which are approximately trapezoidal in cross section are formed on the hub ( 1 ) and each have an axially parallel, tangentially flat or slightly concave running surface ( 8 ) on the outside,
- - In the axial clearance between each tread ( 8 ) of the wing element ( 7 ) and the inner wall of the ring body ( 2 ), a cylindrical roller body ( 9 ) made of elastic material is held in contact and
- - On each wing element ( 7 ) an elastic pressure body ( 14 ) is held on a flank, which is at a distance from the opposite radial web ( 4 ) of the ring body ( 2 ) in the rest position of the coupling.
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DE1995137662 DE19537662A1 (en) | 1995-10-10 | 1995-10-10 | Diesel motor shaft coupling for motor boats |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |