DE8337492U1 - Membrankupplung - Google Patents

Description

BHS-Bayerieche Berg-, Hütten- und Salzwerke Aktiengesellschaft München

Membrankupplung

Die Neuerung besieht sich auf eine Membrankupplung mit mindestens einem Flansch und mindestens einer daran am Außendurchmesser verbundenen Membranseheibe, welche zwischen zwei Anschlußteilen angeordnet sind«

Derartige Membrankupplungen werden immer häufiger, insbesondere bei hochtourigen Antrieben, benötigt, und zwar aus generellen Forderungen heraus» wie beispielsweise schwingungsfreie Leistungsübertragung, lange Lebensdauer und absolute Wartungsfreiheit.

Membrankupplungen erfüllen diese Forderungen am umfassendsten aufgrund ihrer besonderen konstruktiven Merkmale: Sie besitzen ein geringes Gewicht infolge der Ganzstahlausführung; sie sind als Kupplung fertig montiert auswuchtbar; sie sind verschleißfrei und erfordern keine Schmierung.

Membrankupplungen sind außerdem in der Lage, Fehlfluchtungen zwischen den treibenden und der getriebenen Maschine durch die Materialelastizität der Membranscheiben auszugleichen. Wo die Antriebsmaschine und das getriebene Aggregat in einem größeren Abstand zueinander stehen, werden zwei Membrankupplungen als Doppelgelenkkupplung verwendet. Dadurch erreicht man einen Ausgleich auch von größeren Wellenverlagerungen;

.darüber hinaus auch eine Verkleinerung der Rückstellkräfte und den damit verbundenen ungünstigen Auswirkungen auf die Lager der Anschlußwellen.

Der anhaltende Trend zu höheren Leistungen und höheren Drehzahlen erhöht auch ganz erheblieh die Anforderungen an derartige Kupplungen.

Diesen Anforderungen werden die bekannten Membrankupplungen aber nicht im gewünschten Ausmaß gerecht: Bei den bekannten Bauarten erfolgt die Verbindung der Membran am Außendurchmesser des Flansches ausschließlich, durch eine größere Anzahl von Paßschrauben. Diese Schrauben werden neben dem notwendigen Anzugsmoment und dam zu übertragenden Drehmoment bei hohen Drehzahlen noch zusätzlich durch ihre eigene Fliehkraft derart hoch beansprucht, daß die der Kupplung zumutbare maximale Drehzahl von dieser Schraubenbeanspruchung bestimmt wird.

Bei großen Leistungen Und hohen Drehzahlen kommt es in diesem Zusammenhang vor, daß der Lochkreisdurchmesser dieser Paßschrauben, bedingt durch ihre Beanspruchung, reduziert werden muß, was wiederum nachteilig die Elastizität der Membranscheibe verringert bzw. die Rückstellkräfte erhöht.

Wollte man aber die Höhe der Elastizität beibehalten, müßte bei kleinerem Durchmesser die Membranwandstärke verkleinert werden, was wiederum die Gefahr von Membranbrüchen erhöhen würde.

Die Darstellung dieser Wechselbeziehungen zeigt die Grenzen für derartige bekannte Membrankupplungen· Darüber hinaus sind Schraubenverbindungen dieser hohen Güte sehr aufwendig und in der Herstellung teuer. Sie beinhalten außerdem die Gefahr, daß sich nach Kupplungsdemontage eine falsche Zuordnung der einzelnen Teile ergibt, so daß bei neuer Inbetriebnahme zusätzliche ünwuchten vorhanden sind, welche einen sicheren Kupplungsverlauf gefährden.

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Die Verbindung der Membransahelbe mit einem nabenartigen Innenteil 1st bei den bekannten Bauarten unterschiedlich ausgeführt. Am häufigsten findet man wiederum die Verbindung mittels Schrauben, jedoch mit zusätzlicher Verzahnung für die Drehmomentübertragung. Diese Verzahnung let deshalb notwendig, da durch den relativ kleinen Durohmesser die sichere Drehmomentübertragung hier zum Kriterium wird. Eine derartige Verbindung ist aber wiederum kompliziert Im Aufbau, teuer in der Herstellung und gefährlich hinsichtlich zusätzlicher Unwuehten nach der Montage.

Eine problemlosere Verbindung der,Membran mit dem Innenteil besitzen bekannte Ausführungen durch die Anwendung der Elektronenstrahlschweißung, wobei am häufigsten die Schweißung mittels axial gerichtetem Elektronenstrahl angewendet wird. Die axiale Elektronenstrahlschweißung führt aber an der Verbindungsstelle, durch das fehlen von ausreichend großen Übergangsradien, zu ungünstigen lokalen Spannungskonzentrationen und dadurch zu einer erhöhten Schadensanfälligkeit.

Bei den bekannten Bauarten bilden weiterhin die Naben für die Anschlußwellen und die Flansche zusammen ein einstückiges, unelastisches Teil. Die notwendige, allseitige Bearbeitung macht dieses Teil teuer.

Zusätzlich ist an dem Außendurchmesser des Flansches ein weiterer, bis an das nabenartige Innenteil geführter Flansch als Fangvorrichtung befestigt. Diese Vorrichtung bezweckt, bei Membranbruch das dann frei werdende, nabenartige Innenteil zumindest Ober die Auslaufperiöde hinweg zu führen und ihr Wegschleudern zu verhindern. Auch dieses Teil ist teuer in der Herstellung. Außerdem Vergrößert sich die Masse der gesamten Einheit erheblich, insbesondere im Bereich des größten Durchmessers. Wie Betriebserfahrungen und Theorie zeigen, ist die Größe der umlaufenden Masse von ausschlaggebender Bedeutung für das dynamische Verhalten rotierender Teile, was zu der Konstruktionsregel führt, das Gewicht derartiger Teile klein zu halten.

Aufgabe der vorliegenden Heuerung, ist es, ausgehend von der eingangs genannten Konstruktion eine Membrankuppltmg zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau eine höhere Leistungsfähig- ^ keit aufweist und größere Drehzahlen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß dadurch gelöst« daß auch der Flansch als Membranscheibe ausgebildet ist und daß beide MetaJaranseheiben miteinander und mit den angrenzenden Elenten- ** ten über Elektronenstrahlsohweißung verbunden sind. Hierdurch

( ergibt sich der Vorteil/ daß im Regelfall zwei Membranen am

äußeren Durehmesser miteinander und am inneren Durchmesser je» .. wells mit den benachbarten Teilen .verbunden sind, wobei durch

I diese Konstruktion eine einfach aufgebaute Einheit geschaffen

f wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

'■ Die vorliegende Neuerung weist folgende Vorteile auf:

\ - die allseitige Verbindung der Membranen mittels Elektronen- ; strahlschweißung zu einer unlösbaren Verbindung vermeidet

' gegenüber den Üblichen, lösbaren Verbinungen SchwierIg-

■. keiten bei der Drehmomentübertragung, bei hohen Drehzahlen

b und bei Wiedermontage. Darüber hinaus wird die Masse klei-

1 ner und die Herstellung billiger.

- Die Schweißu&g alt radial gerichtetem Elektronenstrahl erlaubt große Obergangsradien und vermeidet dadurch lokale Spannungskonzentrationen.

- Die Anordnung von zwei Membranen zu einem Membranenpaar und die Möglichkeit, durch das Fehlen von Schraubenverbindungen die Membranaußendurchmesser größer ausführen zu können, macht die Flexibilität derartiger Kupplungen bedeutend größer bzw. die Rückstellkräfte kleiner. Dank dieser Merkmale ist es zudem nicht notwendig, die elastische Membranscheibe extrem dünn auszuführen, um eine ausreichende Elastizität zu erreichen, was zu einer billigen Herstellung führt.

- Durch einen einfachen zylindrischen Fortsatz kann eine Fangvorrichtung gebildet werden, welche ein Abschleudern der Hülse bei Membranbruch .verhindert, ohne daß sich der Bauaufwand und die Kupplungsmasse erheblich vergrößern.

- Falls es notwendig ist,'möglichst kurz zu bauen, kann die Nabe der Anschlußwelle auch über eine einfache Flanschverbindung direkt mit der einen Membran verbunden werden.

- Der Zusammenbau mit den Anschlußwellen kann vorteilhafterweise über einen Zentrierbund erfolgen, wobei die Länge der Kupplung während des Ein- oder Ausbaues mittels Schrauben oder anderer einfacher Vorrichtungen soweit verkleinert werden kann, daß ein Abrücken der angeschlossenen Anschlußteile nicht notwendig ist.

- In Sonderfällen kann die Kupplung mit axialer Spielbegrenzung ausgebildet werden, wobei.die Grundkonzeption beibehalten wird.

Die Neuerung ,wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kupplung in Standardausführung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Kupplung mit angeschraubten Naben;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Kupplung mit axialer Spielbegrenzung;

Flg. 4 einen Teilschnitt eines durch Schrauben verkürzten Membranpaares.

Die in Fig. 1 dargestellte Menbrankupplung besteht aus zwei gleich ausgebildeten Membranpaaren, welche sieh jeweils aus den Membranen 1 und 2 bzw. 1* und V zusammensetzen. Die Ver-

bindung der beiden Membranen 1 und 2 erfolgt am äußeren Durchmesser über eine Zentrierung und eine radial ausgeführte ElektronenstrahlschweiBung 3. Am inneren Durchmesser sind die Membranen 1 bzw. 1 * mit den Naben 4 bzw. 4' und die Membranen 2 bzw. 2* mit einer Hülse 5 über-Zentrierungen und radiale ElektronenEtrahlschweifiungen 6 und r7i verbunden^; i.

Die Naben 4 besitzen einen Plansch 8 mit Zentrierbund zum Anbau an AnschluBwellen; des weiteren einen zylindrischen Fortsatz 9, welcher mit radialem Spiel in die Hülse 5 hineinragt. Dieser Fortsatz 5 dient als Fangvorrichtung und gewährleistet bei Membranbruch, jedenfalls über die Auslaufperiode hinweg, daß ein gefahrloser Betrieb gegeben ist durch die dann wirksam werdende Hülse 5 auf dem Fortsatz 9 der Nabe 4.

Die Membranen 1 und 2 bzw. 1' und 2' besitzen außerdem auf einem gemeinsamen Lochkrä-s gegenüber angeordnete Bohrungen 10 und 11.

Fig. 2 stellt eine Ausführungsform mit Zwischenstücken 4O und 40* dar, wobei diese an die Naben 13 bzw. 13* der Anschlußwellen angeflanscht sind. Die Verbindung zwischen den Zwischenstücken 40 und 40' und den Naben 13 bzw. 13' erfolgt über Verbindungsschrauben 14; der Lochkreisdurchmesser für diese Verbindungsschrauben 14 ist hierbei nicht größer als bei üblichen Flanschnaben, so daß keine Probleme hinsichtlich der Drehzahl auftreten. Als Fangvorrichtung ist der Fortsatz 9 direkt am Zwischenstück 40 bzw. 40* vorgesehen, wodurch sich eine Vereinfachung der Bauform ergibt. Die dargestellte Aus führung stirrn verkürzt die Gesamtlänge L gegenüber der Bauart nach Fig. 1.

Fig. 3 stellt eine Ausführungsform mit axialer Spielbegrenzung dar. Hierbei ist in dem einen als Fangvorrichtung wirkenden zylindrischen Fortsatz 9 ein Druckstab 15 über Kugelpfannen 16 und Stellschrauben 17 abgestützt. Diese Aueführungsform erlaubt die übertragung von Axialkräften zwischen beiden Anschlußwellen, ohne daß die Membranen dabei beansprucht werden.

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Durch die gelenkigen, aus einem Lagerwerkstoff hergestellten Kugelpfannen 16 wird dabei die Flexibilität der Membrankupplungspaare 1 und 2 bzw. 1' und 2' nur unwesentlich verringert. Ober Stellschrauben 17 13Bt sich das Spiel in den Kugelpfannen 16 einstellen'. ·■

Fig. 4 zeigtf wie auf einfache Weise durch Spannschrauben 18, Scheiben 19 und Membranbohruncan io und 11 die Gesamtlänge L derartiger Kupplungen mindestens um die Länge der beiden Zentrierbunde B verkürzt werden kann auf eine Montagelänge L¹ = L - 2 x B.

Dadurch kann die eine Einheit bildende Kupplung mit den Kupplungspaaren 1 und 2 bzw. 1 · und 2' und der Hülse 5 ein- oder ausgebaut werden, ohne daß die angebauten Maschinen axial verschoben werden müssen.

Statt Elekfcronenstrahlschweißung ist auch jedes ähnliche Schweißverfähren anwendbar.

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Claims (7)

Schutzansprüche:

1. Membrankupplung, mit mindestens einem Flansch und mindestens einer daran am Außendurchmesser verbundenen Membranscheibe, welche zwischen zwei Anschlußteilen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Fleisch als Membranscheibe (1, 1'; 12, 12') ausgebildet ist und daß beide Membranscheiben (1, 2; 1¹, 2'; 12, 2; 12¹, 2') miteinander und mit den angrenzenden Elementen über Elektronenstrahlschweißung verbunden sind.

2. Membrankupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Membranscheiben (1, 2; 1^f, 2'; 12, 2; 12', 2') am äußeren Durchmesser miteinander und am inneren Durchmesser mit den angrenzenden Elementen verbunden sind.

3. Membrankupplung nach Anspruch 1 und 2, mit mindestens einer zwischen den Anschlußteilen angeordneten Hülse, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig der Hülse (5) je ein Membranscheibenpaar (1, 2; 1', 2'; 12, 2; 12', 2') angeordnet ist.

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4. Membrankupplung nach einem derjvorhergehenden Ansprüche, mit einer Nabe mit Flansch zum Anbau an eine Anschlußwelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (4) einen bis unterhalb eines Membranpaares in die Hülse (5) hineinragenden zylindrischen Fortsatz (9) besitzt (Fig. 1).

5. Membrankupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Membran (12, 12') direkt über ein Zwischenstück (40, 40') und eine Flanschverbindung mit einer Nabe (13) einer Anschlußwelle verbunden ist und daß das Zwischenstück (40, 400 einen in die Hülse (5) hineinragenden Fortsatz (9·) aufweist (Fig. 2).

6. Membrankupplung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den in die Hülse (5) hineinragenden Fortsätzen (9) ein Druckstab (15) angeordnet ist, welcher sich über Kugelpfannen (16, 16') im Inneren der Naben (4, 4') abstützt (Fig. 3).

7. Membrankupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Membranscheibenpaar

| mit auf einem gemeinsamen Lochkreis gegenüberliegend angeordneten Durchgangsbohrungen (10, 11) versehen ist.

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