DE20304327U1 - Kupplung zur reibschlüssigen Drehverbindung von Maschinenteilen - Google Patents
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- F16D1/093—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping due to axial loading of at least one pair of conical surfaces using one or more elastic segmented conical rings forming at least one of the conical surfaces, the rings being expanded or contracted to effect clamping
- F16D1/095—Couplings for rigidly connecting two coaxial shafts or other movable machine elements for attachment of a member on a shaft or on a shaft-end with clamping hub; with hub and longitudinal key with radial clamping due to axial loading of at least one pair of conical surfaces using one or more elastic segmented conical rings forming at least one of the conical surfaces, the rings being expanded or contracted to effect clamping with clamping effected by ring contraction only
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Abstract
Kupplung (10) zur reibschlüssigen Drehverbindung von Maschinenteilen (12, 23) aus Metall, wie z.B. einer Nabe (23) und einer Welle (12), bei welcher mittels einer durch Spannmittel (18) erzeugten Spannkraft mindestens eine kreiszylindrische Innenmantelfläche (16) mindestens eines ersten Maschinenteils (23) radial von außen gegen mindestens eine kreiszylindrische Außenmantelfläche (11) mindestens eines zweiten Maschinenteils (12) gepresst wird, um einen Reibschluß zwischen dem ersten Maschinenteil (23) und dem zweiten Maschinenteil (12) zu erzeugen, wobei zwischen der kreiszylindrischen Außenmantelfläche (11) des zweiten Maschinenteils (12) und der kreiszylindrischen Innenmantelfläche (16) des ersten Maschinenteils (23) eine kreiszylindrische Gleithülse (13) angeordnet ist, und wobei der Gleithülse (13) Mittel (27; 30) zugeordnet sind, welche zwischen der kreiszylindrischen Innenmantelfläche (14) der Gleithülse (13) und der kreiszylindrischen Außenmantelfläche (11) des zweiten Maschinenteils (12) eine größere Haftreibung zur Verfügung stellen als zwischen der kreiszylindrischen Außenmantelfläche (15) der Gleithülse (13) und der kreiszylindrischen Innenmantelfläche (16) des ersten Maschinenteils (23).
Description
- Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur reibschlüssigen Drehverbindung von Maschinenteilen aus Metall, wie z.B. einer Nabe und einer Welle, entsprechend dem Anspruch 1.
- Solche Kupplungen, beispielsweise zwischen der Nabe eines Antriebes und dem Wellenstumpf einer Generatorwelle, sind durch offenkundige Vorbenutzung hinreichend bekannt. Derartige reibschlüssige Drehverbindungen stellen starre Verbindungen dar, welche jedoch im Bedarfsfalle; z.B. beim notwendigen Austausch eines Maschinenteils, gelöst und erneut montiert werden können.
- Ausgehend von der durch offenkundige Vorbenutzung bekannten Kupplung zur reibschlüssigen Drehverbindung von Maschinenteilen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Kupplung durch weitere Ausgestaltung einer zusätzlichen Verwendung zuzuführen.
- Diese Aufgabe wird entsprechend der Gesamtheit aller Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
- Entsprechend der Erfindung ist zwischen der kreiszylindrischen Außenmantelfläche des zweiten Maschinenteils und der kreiszylindrischen Innenmantelfläche des ersten Maschinenteils eine kreiszylindrische Gleithülse angeordnet. Der Gleithülse sind Mittel zugeordnet, welche zwischen der kreiszylindrischen Innenmantelfläche der Gleithülse und der kreiszylindrischen Außenmantelfläche des zweiten Maschinenteils eine größere Haftreibung zur Verfügung stellen als zwischen der kreiszylindrischen Außenmantelfläche der Gleithülse und der kreiszylindrischen Innenmantelfläche des ersten Maschinenteils.
- Mit der Erfindung ist die Möglichkeit einer Drehmomentbegrenzung zwischen den reibschlüssig miteinander drehverbundenen Maschinenteilen geschaffen worden. Als Beispiel mag die reibschlüssige Drehverbindung zwischen einem Antrieb und einer Generatorwelle dienen. Falls z.B. durch einen Windkraftantrieb bei Auftreten einer Windbö eine Drehmomentspitze eingeleitet und dabei der eingestellte Grenzwert überschritten wird, entsteht zwischen der kreiszylindrischen Innenmantelfläche der Nabe (erstes Maschinenteil) und der kreiszylindrischen Außenmantelfläche der Gleithülse ein in dem vorliegenden Anwendungsbeispiel kurzzeitiger Schlupf, während die eine größere Haftreibung zur Verfügung stellenden Mittel dafür sorgen, dass zwischen der kreiszylindrischen Innenmantelfläche der Gleithülse und der kreiszylindrischen Außenmantelfläche der Generatorwelle (zweites Maschinenteil) eine schlupffreie starre Drehverbindung aufrechterhalten, ein Durchrutschen also verhindert wird.
- Falls nämlich zwischen der Generatorwelle und der Nabe ein Durchrutschen aufträte, könnte dies zu einer Beschädigung der Generatorwelle führen. Der Drehmoment-Grenzwert ist im übrigen durch Variation der Spannmittel-Zustellung einstellbar.
- Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass das erste Maschinenteil einen Druckring bildet, welcher mindestens eine Außenkonusfläche aufweist und welcher jeweils die kreiszylindrische Außenmantelfläche der Gleithülse mit seiner kreiszylindrischen Innenmantelfläche koaxial umgreift, wobei die Außenkonusfläche des Druckringes jeweils von einer Innenkonusfläche eines außen angeordneten Spannringes satt überlagert ist, der mit seiner Innenkonusfläche über Spannmittel gegen die ansteigende Außenkonusfläche des Druckringes axial verschieb- und arretierbar ist. Die Spannmittel sind zweckmäßig Druck- und Spannring axial gegeneinander verspannende Spannschrauben.
- Die Mittel, welche eine größere Haftreibung zwischen der kreiszylindrischen Innenmantelfläche der Gleithülse und der kreiszylindrischen Außenmantelfläche des zweiten Maschinenteils (z.B. Welle) zur Verfügung stellen, können zum einen darin bestehen, den Haftreibungsbeiwert der kreiszylindrischen Innenmantelfläche der Gleithülse zu verändern, indem dieser größer gewählt wird als der Haftreibungsbeiwert der kreiszylindrischen Außenmantelfläche der Gleithülse. In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung geschieht dies dadurch, dass die Innenmantelfläche der Gleithülse mit einer reibungserhöhenden Schicht versehen ist.
- Eine solche reibungserhöhende Schicht, mit welcher der Haftreibungsbeiwert um bis zu 300 % gesteigert werden kann, besteht z. B. aus Chemisch-Nickel mit eingelagerten Diamantpartikeln.
- Die andere Maßnahme der Erfindung, die Haftreibung zwischen der kreiszylindrischen Innenmantelfläche der Gleithülse und der kreiszylindrischen Außenmantelfläche des Maschinenteils zu vergrößern, geschieht durch eine gesonderte partiell einzustellende zusätzliche Spannkraft, welche einen zusätzlichen Reibschluss zwischen Gleithülse und zweitem Maschinenteil (z.B. Welle) bewirkt. Durch diese zusätzliche Spannkraft wird sichergestellt, dass die Gleithülse, z.B. bei antriebsseitiger Drehmomentüberschreitung, schlupffrei auf dem zweiten kreiszylindrischen Maschinenteil (z.B.
- Welle} sitzt, während, davon unabhängig, dem ersten Maschinenteil (z.B. Nabe) eine Schlupfdrehung außen auf der Gleithülse gestattet ist.
- Eine Schlupfdrehung zwischen der kreiszylindrischen Innenmantelfläche des ersten Maschinenteils (z.B. Nabe) und der kreiszylindrischen Außenmantelfläche der Gleithülse wird dadurch verbessert, dass die kreiszylindrische Innenmantelfläche des ersten Maschinenteils und/oder die kreiszylindrische Außenmantelfläche der Gleithülse verbesserte Gleiteigenschaften aufweisen, insbesondere mit einer Gleitschicht versehen sind.
- Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind zusätzlichen Unteransprüchen zu entnehmen.
- In den Zeichnungen sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, es zeigen
-
1 einen hälftigen axialen Längsschnitt durch eine Kupplung zur reibschlüssigen Drehverbindung von Maschinenteilen entsprechend einer ersten Ausführungsform und -
2 in Anlehnung an die Darstellungsweise gemäß1 eine zweite Ausführungsform. - In den Zeichnungen sind einander funktionell analoge, jedoch unterschiedlich ausgestaltete Bauteile mit denselben Bezeichnungen versehen.
- Eine Kupplung zur reibschlüssigen Drehverbindung von Maschinenteilen aus Metall ist insgesamt mit der Bezugsziffer
10 bezeichnet. Ein zweites kreiszylindrisches Maschinenteil mit einer kreiszylindrischen Außenmantelfläche11 ist von einer Antriebswelle12 eines nicht gezeigten Generators gebildet. Koaxial auf der Antriebswelle12 ist eine kreiszylindrische Gleithülse13 aus Lagermetall, wie z. B. aus Lagerbronze, angeordnet. Die Gleithülse13 weist eine kreiszylindrische Innenmantelfläche14 und eine kreiszylindrische Außenmantelfläche15 auf. - Die kreiszylindrische Außenmantelfläche
15 der Gleithülse13 ist von der kreiszylindrischen Innenmantelfläche16 eines ersten Maschinenteils in Gestalt eines eine Nabe bildenden Druckringes23 koaxial umgeben, an dessen einer Stirnseite ein Flansch19 einstückig angeschlossen ist. Der Flansch19 weist Durchgangsbohrungen17 auf, welche von Außengewindebereichen20 von auf einem Teilkreis koaxial zur Längsmittelachse x der Antriebswelle12 angeordneten Spannschrauben18 durchsetzt sind. Die Spannschrauben18 sind mit Gewindebohrungen21 eines Antriebsrades22 eines nicht gezeigten Antriebsaggregats verschraubt. - Der Druckring
23 , welcher die Nabe der Kupplung10 darstellt, weist eine Außenkonusfläche24 auf, an welcher die gleichsinnig geneigte Innenkonusfläche25 eines Spannringes26 satt anliegt. Der Spannring26 weist mit den Durchgangsbohrungen17 ausgerichtete Durchgangsbohrungen28 zur Aufnahme der Spannschrauben18 auf. - Mittels der Spannschrauben
18 ist der Spannring26 mit seiner Innenkonusfläche25 gegen die ansteigende Außenkonusfläche24 des Druckringes23 durch Zugrundeschrauben der Spannschrauben18 axial verschieb- und arretierbar. Die Bauteile23 ,26 und18 bilden einen Spannsatz40 . -
1 zeigt die Kupplung10 im verspannten Zustand. Im unverspannten Zustand ist die relativ dünnwandige Gleithülse13 sowohl gegenüber der kreiszylindrischen Außenmantelfläche11 der Antriebswelle12 als auch gegenüber der kreiszylindrischen Innenmantelfläche16 des Druckringes23 mit Gleitpassung angeordnet. - Durch Zustellung der Spannschrauben
18 und durch das damit einhergehende Aneinanderpressen der Konusflächen25 und24 drückt die kreiszylindrische Innenmantelfläche16 des Druckringes23 allseitig radial gegen die kreiszylindrische Außenmantelfläche15 der Gleithülse13 , presst diese also mit ihrer Innenmantelfläche14 fest gegen die kreiszylindrische Außenmantelfläche11 der Antriebswelle12 . Auf diese Weise entsteht eine starre reibschlüssige Drehverbindung im Kraftfluss zwischen dem Antriebsrad22 und der Antriebswelle12 . - Die kreiszylindrische Innenmantelfläche
14 der Gleithülse13 ist mit einer reibungserhöhenden Schicht versehen, welche aus Chemisch-Nickel mit eingelagerten Diamantpartikeln besteht. - Die Außenmantelfläche
15 der Gleithülse13 ist glatt, während die Innenmantelfläche16 des aus Stahl bestehenden Druckringes23 von einer Nitrierschicht gebildet ist, welche eine besonders glatte, die Gleiteigenschaften verbessernde Oberfläche bildet. - Die Funktion der Kupplung
10 gemäß1 ist folgende: Sobald ein über das Antriebsrad22 eingeleitetes Drehmoment einen mittels der Spannschrauben18 eingestellten Grenzwert überschreitet, entsteht zwischen der glatten Außenmantelfläche15 der Gleithülse13 und der glatten Innenmantelfläche16 des Druckringes23 ein Drehschlupf, während die erhöhte Haftreibung zwischen der Schicht27 und der Außenmantelfläche11 der Welle12 jeglichen Drehschlupf, d.h. ein schädliches Durchrutschen, verhindert. - Die Ausführungsform gemäß
2 ist im Vergleich zur Ausführungsform gemäß1 unterschiedlich ausgestaltet, gestattet jedoch dieselbe vorteilhafte Funktionsweise. - Bei der Gleithülse
13 gemäß2 fehlt die reibungserhöhende Schicht27 , jedoch könnte diese bei besonderen Anwendungsfällen gleichwohl zusätzlich vorhanden sein. - Indessen weist die Gleithülse
13 gemäß2 eine axiale Verlängerung29 auf, die einen gesonderten Spannsatz30 aufnehmen kann. Die axiale Verlängerung29 ist von der kreiszylindrischen Innenmantelfläche31 eines gesonderten Druckringes32 koaxial umgriffen, dessen Außenkonusfläche33 von einer Innenkonusfläche34 eines außen angeordneten gesonderten Spannringes35 satt überlagert ist. Der Druckring32 weist einen Flansch36 auf, mit dessen Gewindebohrungen37 die Außengewindebereiche38 von gesonderten Spannschrauben39 verschraubt sind. - Der gesonderte Spannsatz
30 erzeugt zusätzliche Spannkräfte, welche die Reibkraft zwischen der Innenmantelfläche14 der Gleithülse13 und der Außenmantelfläche11 der Welle12 erhöhen. Auf die Gleithülse13 wirkt demnach die Summe beider Spannkräfte der Spannsätze40 und30 . Zwischen den Mantelflächen15 und16 wirkt demnach nur die vom Spannsatz40 erzeugte geringere Spannkraft, so dass an dieser Stelle ein Drehschlupf hervorgerufen werden kann. - Wenn demnach beim Ausführungsbeispiel gemäß
2 ein mittels der Spannschrauben18 eingestellter Grenzwert von einem über das Antriebsrad22 eingeleiteten Drehmoment überschritten wird, entsteht ein Drehschlupf zwischen dem Druckring23 und der Gleithülse13 , während letztere durch die Summe der von den Spannsätzen30 ,40 erzeugten Spannkräfte schlupffrei auf der Außenmantelfläche11 der Welle12 festgehalten wird.
Claims (12)
- Kupplung (
10 ) zur reibschlüssigen Drehverbindung von Maschinenteilen (12 ,23 ) aus Metall, wie z.B. einer Nabe (23 ) und einer Welle (12 ), bei welcher mittels einer durch Spannmittel (18 ) erzeugten Spannkraft mindestens eine kreiszylindrische Innenmantelfläche (16 ) mindestens eines ersten Maschinenteils (23 ) radial von außen gegen mindestens eine kreiszylindrische Außenmantelfläche (11 ) mindestens eines zweiten Maschinenteils (12 ) gepresst wird, um einen Reibschluß zwischen dem ersten Maschinenteil (23 ) und dem zweiten Maschinenteil (12 ) zu erzeugen, wobei zwischen der kreiszylindrischen Außenmantelfläche (11 ) des zweiten Maschinenteils (12 ) und der kreiszylindrischen Innenmantelfläche (16 ) des ersten Maschinenteils (23 ) eine kreiszylindrische Gleithülse (13 ) angeordnet ist, und wobei der Gleithülse (13 ) Mittel (27 ;30 ) zugeordnet sind, welche zwischen der kreiszylindrischen Innenmantelfläche (14 ) der Gleithülse (13 ) und der kreiszylindrischen Außenmantelfläche (11 ) des zweiten Maschinenteils (12 ) eine größere Haftreibung zur Verfügung stellen als zwischen der kreiszylindrischen Außenmantelfläche (15 ) der Gleithülse (13 ) und der kreiszylindrischen Innenmantelfläche (16 ) des ersten Maschinenteils (23 ). - Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Maschinenteil einen Druckring (
23 ) bildet, welcher mindestens eine Außenkonusfläche (24 ) aufweist und welcher jeweils die kreiszylindrische Außenmantelfläche (15 ) der Gleithülse (13 ) mit seiner kreiszylindrischen Innenmantelfläche (16 ) koaxial umgreift, wobei die Außenkonusfläche (24 ) des Druckringes (23 ) jeweils von einer Innenkonusfläche (25 ) eines außen angeordneten Spannringes (26 ) satt überlagert ist, der mit seiner Innenkonusfläche (25 ) über die Spannmittel (18 ) gegen die ansteigende Außenkonusfläche (24 ) des Druckringes (23 ) axial verschieb- und arretierbar ist. - Kupplung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftreibungsbeiwert der kreiszylindrischen Innenmantel fläche (
14 ) der Gleithülse (13 ) größer ist als der Haftreibungsbeiwert der kreiszylindrischen Außenmantelfläche (15 ) der Gleithülse (13 ). - Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kreiszylindrische Innenmantelfläche (
14 ) der Gleithülse (13 ) mit einer reibungserhöhenden Schicht (27 ) versehen ist. - Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die reibungserhöhende Schicht (
27 ) aus Chemisch-Nickel mit eingelagerten Diamantpartikeln besteht. - Kupplung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleithülse (
13 ) eine axiale Verlängerung (29 ) aufweist, welche mittels einer zusätzlichen Spannkraft radial von außen gegen die kreiszylindrische Außenmantelfläche (11 ) des zweiten Maschinenteils (12 ) gepresst wird, um einen zusätzlichen Reibschluss zwischen der Gleithülse (13 ) und dem zweiten Maschinenteil (12 ) zu erzeugen. - Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Verlängerung (
29 ) von einer kreiszylindrischen Innenmantelfläche (31 ) eines gesonderten Druckringes (32 ) koaxial umgriffen ist, dessen Außenkonusfläche (33 ) von einer Innenkonusfläche (34 ) eines außen angeordneten gesonderten Spannringes (35 ) satt überlagert ist, der über Spannmittel (39 ) gegen die ansteigende Außenkonusfläche (33 ) des gesonderten Druckringes (32 ) axial verschieb- und arretierbar ist. - Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die kreiszylindrische Innenmantelfläche (
16 ) des ersten Maschinenteils (23 ) und/oder die kreiszylindrische Außenmantelfläche (15 ) der Gleithülse (13 ) verbesserte Gleiteigenschaften aufweisen, insbesondere mit einer Gleitschicht versehen sind. - Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch Gekennzeichnet, dass die Gleithülse (
13 ) aus Bronze, insbesondere aus Lagerbronze, besteht. - Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleithülse (
13 ) aus Stahl besteht, deren kreiszylindrische Außenmantelfläche (15 ) von einer Nitrierschicht gebildet ist. - Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die kreiszylindrische Innenmantelfläche (
16 ) des aus Stahl bestehenden Druckringes (23 ) von einer Nitrierschicht gebildet ist. - Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Druckring (
23 ) und/oder gesonderter Druckring (32 ) jeweils eine Nabe bilden, an deren einer Stirnseite jeweils ein Flansch (19 ,36 ) einstöckig angeschlossen ist.
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2003
- 2003-03-17 DE DE20304327U patent/DE20304327U1/de not_active Expired - Lifetime
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