DE19709951C5

DE19709951C5 - Drehsteife, biegeelastische Wellenkupplung, insbesondere aus Ganzstahl

Info

Publication number: DE19709951C5
Application number: DE19709951A
Authority: DE
Inventors: Günther KLINGLER; Christoph Dropmann; Johann Huber
Original assignee: Chr Mayr GmbH and Co KG
Current assignee: Chr Mayr GmbH and Co KG
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2017-03-12
Also published as: GB2311116B; GB9704764D0; ITMI970542A1; GB2311116A; DE29604609U1; DE19709951C2; IT1290053B1; DE19709951A1

Abstract

Drehsteife biegeelastische Wellenkupplung, insbesondere Ganzstahl-Wellenkupplung, mit einem Paket axial zusammengespannter Lamellen (5), mit axialen Bohrungen (5a) in den Lamellen (5), durch die sich Spannbüchsen (6) und/oder Schrauben (7) erstrecken, wobei wenigstens eine der Lamellen (5) einer- oder beiderseits oberflächenbehandelt oder oberflächenumgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung durch eine Sandstrahlbehandlung nur auf einer Teilfläche (5b) der Lamelle (5) erfolgt ist, und die Teilfläche (5b) die Bohrung (5a) mit einer aufgerauten Oberfläche konzentrisch umgibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine drehsteife, biegeelastische Wellenkupplung, insbesondere Ganzstahl-Wellenkupplung, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1, wie sie aus den Unterlagen des DE-GbM 93 05 154 und der Dissertation "Rechnergestützte Konstruktion hochbeanspruchter Ringscheiben- und Laschenkupplungen" von Ming Goa an der TU Berlin im Februar 1993 bekannt sind.
Bei dieser Art von Wellenkupplung müssen zwei Drehmomentbereiche unterschieden werden:

1. rein reibschlüssige Drehmomentübertragung, hier wird das Drehmoment von Nabe zu Nabe absolut spielfrei übertragen;
2. gemischte, form- und reibschlüssige Drehmomentübertragung, hier wird der Reibschluß überwunden und das Drehmoment wird in Abhängigkeit von den ausgeführten Toleranzen spielbehaftet übertragen. Dies ist in der Regel bei Drehmomenten der Fall, die größer sind als das entsprechende Nennmoment der Kupplung.

Bei der zweiten Art der Drehmomentübertragung (gemischter Form- und Reibschluß) wurden Lamellendauerbrüche quer durch die Löcher der Verbindungsstellen beobachtet, da sich hier ungünstige Kraftumlagerungen bzw. Spannungskonzentrationen am Rand der Lamellenlöcher ergeben.
Prinzipiell besteht bei Kupplungen der oben genannten Bauart das Bestreben, das reibschlüssige Drehmoment so hoch wie nur möglich zu gestalten.
Die Höhe des reibschlüssig übertragbaren Drehmoments ist abhängig von der Schraubenanzahl, vom Teilkreisdurchmesser der Lammellenanbindung und der max. übertragbaren Reibschubspannung τ_max im Bereich der Anbindung. Diese wird bestimmt durch den Reibbeiwert μ und die Druckspannung p, entsprechend der Gleichung τ_max = μ × p.
Durch den Einfluß von Tribokorrosion kommt es zu einem Abfall der dauerfest ertragbaren Spannung der Lamellen. Mit der Zunahme von Mikroschlupf und/oder Flächenpressung wird das Ausmaß der Tribokorrosion stärker.
An den Rändern der Einspannstellen eines Lamellenpakets sind sowohl relativ hohe Flächenpressung als auch (durch Verlagerung der Kupplung bedingter) Mikroschlupf vorhanden. Es kommt hier also bei großen Verlagerungen zur Bildung von Tribokorrosion, gleichzeitig fallen die zulässigen Materialspannungen.
Aus der DE-PS 36 51 547 ist eine gattungsähnliche Kupplung bekannt, bei der zur Schaffung einer weniger bruchgefährdeten Anordnung der Lamellen zwischen dem Lamellenpaket und den Distanzringen jeweils eine Unterlegscheibe vorgesehen ist, die lamellenpaketseitig eine reibungsarme Oberfläche aufweist, vorzugsweise aber beidseitig eine reibungsarme Oberfläche besitzt. Diese kann durch einen Schmiermittelbelag erhalten werden. Dadurch sollen Verwerfungen an den oberen Lamellen verhindert werden.
Die US-PS 47 95 012 zeigt eine gattungsähnliche Kupplung, bei der zur Erzielung einer Reibungsdämpfung die Oberflächen von Lamellenscheiben relativ zueinander bewegt werden können. Zusätzlich können separate Materialien, z. B. Papier, zwischen diese Oberflächen gelegt werden. Wenn keine Reibungsdämpfung zwischen benachbarten Lamellen stattfinden soll, kann zusätzliches Material als Abstandshaller auf die Oberflächen aufgebracht werden.
Die Strahlbehandlung ist u. a. bekannt aus dem Aufsatz von E. Spielvogel "Strahlmittel als Werkzeug" Teil I in "I-Lack, 50. Jg., 5/1982 Seiten 181 bis 184.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das reibschlüssig übertragbare Drehmoment der Kupplung zu erhöhen ohne zugleich die Gefahr der Tribokorrosion steigen zu lassen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die Oberflächenbehandlung in Gestalt des Sandstrahlens wird mindestens ein Teilbereich einer oder mehrerer Lamellen auf einer oder beiden Seiten mit einer aufgerauhten Oberfläche versehen, in deren Bereich sich hierdurch der Reibbeiwert und somit auch das reibschlüssig übertragbare Drehmoment erhöhen.
Die Methoden der Oberflächenbehandlung, auch das Strahlgut, der Betriebsdruck und die Dauer des Strahlvorgangs werden so gewählt, daß es im behandelten Bereich zu einer leichten Materialverformung (Materialumschichtung) kommt. Hierbei nimmt die Dicke der Lamelle im behandelten Bereich um (bis zu) mehrere Hunderstel Millimeter zu. Diese Dickenzunahme wirkt sich positiv bei der späteren Montage des Lamellenpakets aus.
Der Reibbeiwert erhöht sich hierbei um den Faktor 2 bis 3 und mit diesem auch das reibschlüssig übertragbare Drehmoment. Eine auf diese Weise ausgeführte Kupplung ist, bezogen auf die Baugröße, in der Lage, ein überproportional hohes Drehmoment absolut reibschlüssig zu übertragen, und zwar ohne die Gefahr, den Einfluß der Tribokorrosion durch Erhöhung der Schraubenvorspannkraft zu verstärken.
An den Rändern der Einspannstellen eines Lamellenpakets tritt bei hohen Verlagerungswerten und langer Betriebszeit der Kupplung bevorzugt Tribokorrosion auf. Diese führt zum Abfall der zulässigen Materialspannungen der Lamellen. Dieser Abfall der Dauerfestigkeitswerte kann durch Steigerung der Oberflächenhärte und durch induzierte Druckeigenspannung reduziert bzw. verhindert werden.
Die durch Tribokorrosion stark belasteten Stellen der Lamellen in unmittelbarer Nähe der Einspannung müssen, durch Verlagerung der Kupplung bedingt, zusätzlich die höchsten Materialspannungen ertragen. Hier kommt es aufgrund des hohen Zugspannungsanteils der Randlamellen häufig zum Lamellenbruch dieser Randlamellen des Lamellenpakets. Die Verlagerungsfähigkeit eines solchen Lamellenpakets kann durch induzierte Druckeigenspannungen auf die einzelnen Lamellen erhöht werden, da durch die Maßnahme des Strahlens die effektiven Zugspannungen der Lamellen (bei Verlagerung der Kupplung), im besonderen der Randlamellen, reduziert werden.
Durch Ausweitung der gestrahlten Fläche der Lamellen um einen Bereich, der einen inneren Teilbereich umgibt, kann aus den genannten Gründen die Verlagerungsfähigkeit einer solchen Kupplung erhöht werden.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1a im schematischen Längsschnitt eine biegeelastische drehsteife Kupplung,
1b einen Ausschnitt aus der 1a;
2 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Ringscheibenlamelle.
Nach 1a ist eine Nabe 1 mit einer Nabe 9 über zwei erfindungsgemäße Lamellenpakete A, B und eine dazwischen angeordnete Hülse 8 drehsteif aber winkel-, axial- und lateralbeweglich gekuppelt. Da die beiden Lamellenpakete A und B identisch sind, genügt es, eine zu beschreiben. Die Lamellenpakete A bzw. B verfügen über ein Paket ring- oder segmentförmiger Lamellen 5, die axial zusammengespannt sind. Zu diesem Zweck weisen die Lamellen, auf dem Umfang verteilt, mehrere axiale Bohrungen 5a auf, in die Spannbüchsen 6 eingesetzt sind. Das Lamellenpaket 5 liegt einerseits an einem stirnseitigen Bund 6b der Spann büchse 6 an, der an seiner anderen Seite flachkegelig ausgebildet ist. Andererseits liegt das Lamellenpaket an einem auf die Spannbüchse 6 aufgesetzten Ring 4 an. Wird das freie Ende der Spannbüchse 6 wie dargestellt aufgebördelt, so ist das Lamellenpaket 5 auf den Spannbüchsen 6 festgelegt und das Ganze kann als Einheit eingebaut oder als Ersatzteil gehandelt werden. Das Lamellenpaket 5 ist mittels der Schrauben 7 und der Muttern 2 in die Kupplung eingebaut. Unterlegscheiben 3 können zwischen dem Schraubenkopf 7 und dem Ring 4 angeordnet sein.
Wie in 1b dargestellt, verfügt ein Flansch 1a der Nabe 1 über Ausnehmungen 1b, wobei der Kopf der Schraube 7 sich in einer dieser Ausnehmungen 1b befindet, denen je ein unversehrter Abschnitt eines Flansches 8a der Hülse 8 als Anlage für die Mutter 2 gegenüberliegt; bei der in Umfangsrichtung nächsten Schraube 7 sind die Verhältnisse spiegelbildlich dazu, d. h. deren Kopf liegt in einer solchen Ausnehmung des Flansches 8a, wie dies z. B. am unteren Bildrand der 1a auf der radial gegenüberliegenden Seite des Lamellenpaketes A dargestellt ist.
Erfindungsgemäß ist wenigstens eine Lamelle 5 einseitig oder beidseitig durch Sandstrahlen oberflächenbehandelt oder -umgeformt. Die Oberflächenbehandlung kann sich auf einen Teilbereich 5b beschränken. Ein solcher Teilbereich ist gemäß 2 in der Nähe, vorzugsweise ringförmig konzentrisch um die Bohrung 5a herum vorgesehen, ausgeführt mit dem Durchmesser des Ringes 4 bzw. der Spannbüchse 6. Bei einer Dickenzunahme der Lamellen durch die Oberflächenbehandlung, z. B. den Strahlvorgang, kann der Teilbereich 5b auch mit einem kleineren Durchmesser als dem des Ringes 4 bzw. des Bundes 6b ausgeführt werden. Um den Bereich 5b kann sich ein ebenfalls oberflächenbehandelter Bereich 5c mit besonderer Oberflächenverfestigung erstrecken. Der Bereich 5c hat einen Außendurchmesser, der größer ist als der Durchmesser des Ringes 4 bzw. des Bundes 6b.
Als Verfahren zur Oberflächenbehandlung und/oder -umformung findet das Sandstrahlen Anwendung mit dem eine geeignete aufgerante Oberflächenstruktur erzielbar ist.

Claims

Drehsteife biegeelastische Wellenkupplung, insbesondere Ganzstahl-Wellenkupplung, mit einem Paket axial zusammengespannter Lamellen (5), mit axialen Bohrungen (5a) in den Lamellen (5), durch die sich Spannbüchsen (6) und/oder Schrauben (7) erstrecken, wobei wenigstens eine der Lamellen (5) einer- oder beiderseits oberflächenbehandelt oder oberflächenumgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung durch eine Sandstrahlbehandlung nur auf einer Teilfläche (5b) der Lamelle (5) erfolgt ist, und die Teilfläche (5b) die Bohrung (5a) mit einer aufgerauten Oberfläche konzentrisch umgibt.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein ebenfalls oberflächenbehandelter Bereich (5c) besonderer Oberflächenverfestigung und/oder -verformung die Teilfläche (5b) umgibt.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Oberflächenstrahlbehandlung durch Materialumschichtung ein Materialauftrag und damit eine Dickenzunahme der Lamelle (5) erfolgt ist.
Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (5) ring- oder segmentförmig sind.