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Dokumentenidentifikation DE102006009594A1 13.09.2007
Titel Drehsteife biegeelastische Wellenkupplung, insbesondere Ganzstahlkupplung
Anmelder Chr. Mayr GmbH + Co KG, 87665 Mauerstetten, DE
Erfinder Mayr, Fritz, Dipl.Ing., 87665 Mauerstetten, DE;
Huber, Johann, Dipl.Ing. (FH), 87782 Unteregg, DE
DE-Anmeldedatum 02.03.2006
DE-Aktenzeichen 102006009594
Offenlegungstag 13.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.09.2007
IPC-Hauptklasse F16D 3/56(2006.01)A, F, I, 20060302, B, H, DE
Zusammenfassung Drehsteife biegeelastische Wellenkupplung, insbesondere Ganzstahlwellenkupplung, zur Übertragung von Drehmomenten zwischen Wellen, insbesondere von Wellen mit gegeneinander versetzten Achsen, mit einem oder zwei Lamellenpaketen 5a, die auf Bundbuchsen 14 aufgesetzt und auf diesen mittels eines Ringes gegen einen stirnseitigen Bund der Bundbuchse 14 eingeklemmt sind, wobei die Lamellenpakete mittels sich durch die Bundbuchsen 14 erstreckender Schrauben, mit Muttern in Umfangsrichtung mit den einander gegenüberliegenden Hülsen 8 und Nabe 1 verspannt sind, wobei die gekürzte Bundbuchse 14 eine beschichtete Radiengeometrie 6e enthält, um eine erhebliche Steigerung des reibschlüssig übertragbaren Drehmomentanteils zu erreichen. Nachdem nicht mehr die hohe Verlagerungsfähigkeit einer drehsteifen, biegeelastischen Wellenkupplung als Hauptkriterium angesehen wird, sondern eher eine höhere Leistungsdichte (hohes Drehmoment bei kleinem Durchmesser der Kupplung), wird eine Reduzierung der Verlagerung auf 50-75% der bisher sonst üblichen Werte in Kauf genommen. Somit können höhere Steifigkeiten durch Verringerung des Hebelarms 13 und höhere Drehmomente, durch Erhöhung der Reibwerte, durch partielles Aufrauen der Lamellen im Radiusbereich 6e vorgenommen werden (Zeichnung Figur 4).

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung bezieht sich auf eine drehsteife, biegeelastische Wellenkupplung, insbesondere Ganzstahlwellenkupplung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1, wie sie aus den Unterlagen der DE 197 09 950 B4, sowie DE 197 09 951 C2 bekannt sind.

Bei herkömmlichen Ausführungen dieser Kupplungen wird ein möglichst hohes übertragbares Drehmoment in Kombination mit einer ausreichenden Verlagerungsfähigkeit (Winkel-, Axial- und Radialverlagerung) gefordert.

Um ausreichend Verlagerung zu gewährleisten, müssen ausreichend Freiräume zwischen dem Lamellenpaket und der Nabe, oder der Hülse vorhanden sein. Ein wichtiges Maß hierfür ist das Abstandsmaß zwischen der Nabenplanfläche und der Stirnfläche des Lamellenpaketes, was dem Bundmaß der Bundbuchse, welche an der Nabe anliegt, entspricht. Im weiteren Verlauf wird dieses Maß mit L 10 bezeichnet.

Durch Aufrauen der Oberfläche der eingesetzten Lamellen, wie beschrieben in DE 197 09 951 C2 können über relativ geringe Vorspannkräfte vergleichsweise hohe Drehmomente reibschlüssig auf die Bundbuchsen und dann auf die Nabe übertragen werden. Sind die Bundbuchsen geometrisch nach der DE 197 09 950 B4 ausgeführt, ist bei allgemein üblichen Leistungsdichten eine absolute Spielfreiheit zwischen Lamellen und Nabe und der anschließenden Hülse gewährleistet.

Aufgabenstellung:

Nachdem sich die Messmöglichkeiten durch Lasergeräte und anderen Messwerkzeugen enorm verbessert haben, wird meistens nicht mehr die hohe Verlagerungsfähigkeit einer drehsteifen, biegeelastischen Wellenkupplung als Hauptkriterium angesehen, sondern eher eine höhere Leistungsdichte. Als Leistungsdichte wird ein hohes Drehmoment bei kleinem Durchmesser der Kupplung definiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die reibschlüssig und somit spielfreien übertragbaren Drehmomente einer drehsteifen, biegeelastischen Reibkupplung massiv anzuheben. Hierbei wird eine Reduzierung der Verlagerung auf 50–75 % der bisherigen sonst üblichen Werte in Kauf genommen.

Lösung:

Durch die Verlagerungseinschränkung auf ca. 50–75 % können die erforderlichen Freiräume zwischen Nabe und Lamellenpaket, bzw. Lamellenpaket und Hülse reduziert werden und höhere Steifigkeiten innerhalb des Lamellenpaketes geschaffen werden.

Über den vorhandenen Hebelarm L1 11, zwischen der Mitte des Lamellenpaketes 5 und der Nabe 1, entsteht über die vorhandene Umfangskraft FU 12 ein Biegemoment MB 15 auf die Bundbuchse 6, sowie die eingesetzte Schraube 7 in der Durchgangsbohrung der Bundbuchse 6. Im Extremfall kommt es zum einseitigen Abheben der Bundbuchse. Der Biegemomentanteil auf die Schraube nimmt hierbei unzulässig hohe Werte an, und auf Grund dynamischer Belastung der Schraube kann ein Bruch auftreten.

Das Drehmoment zwischen Bundbuchse und Nabe wird als Kombination zwischen Reibschluss und Formschluss mit einem Reibbeiwert zwischen Bundbuchse und Nabe von 0,1 übertragen. Bei der DE 197 09 951 wird durch partielles Aufrauen der Lamellen im Bereich der Verschraubung Reibwerte von 0,3 erreicht. Das reibschlüssig übertragbare Drehmoment im Lamellenpaket ist somit um Faktor 3 höher als zwischen Bundbuchse und Nabe. Um diesen Unterschied zu kompensieren, wird der vorhandene Formschluss genutzt, welcher jedoch zu entsprechenden Beanspruchungen und somit Verformungen in den Bundbuchsen führt. Bei sehr hohen Drehmomenten entstehen nennenswerte Mikrobewegungen, zwischen Bundbuchse und Nabe, als Folge hiervon entsteht Reibkorrosion und Spiel zwischen An- und Abtrieb.

Bei der Erfindung wird nun ein Beschichten der Bundbuchsen im Bereich der Radiensenkung 6e vorgenommen und somit eine erhebliche Steigerung des reibschlüssig übertragbaren Drehmomentanteils erreicht. Die Oberflächenaufrauung kann über Strahlen (z.B. Sandstrahlen) oder Beschichten (z.B. Durni Disp SiC 9 oder Ekagrip) erzeugt werden.

Außerdem werden die Bundbuchsen noch in hochfestem Vergütungsstahl ausgeführt, um die vorhandenen Beanspruchungen zu ertragen.

Die Bundbuchse wird gegenüber der bisherigen DE 197 09 950 B4 soweit wie möglich gekürzt, um den Abstand zwischen der Nabe und der Lamellenpaketstirnseite Maß L 10 so gering wie möglich zu halten. Dadurch wird der Hebelarm L1 11 verringert und somit auch geringere Biegemomente MB 15 auf die Bundbuchsen 6 ausgeübt.

Des weiteren werden die verwendeten Lamellen des Lamellenpaketes mit einer größeren Dicke ausgeführt, um die Knickbelastung der druckbelasteten Segmente eines Lamellenpaketes zu reduzieren.

Durch die aufgeführten Maßnahmen bei dieser Erfindung werden eine Drehmomentsteigerung um den Faktor 1,8–2 gegenüber dem aktuellen Stand der Technik erreicht. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass aufgrund unveränderter Schraubenabmessungen und identischer Radiengeometrie der Bundbuchsen ein problemloser Austausch bisheriger Lamellenpakete gegen drehmomentoptimierte Lamellenpakete ohne Aufwand möglich ist.

Ausführungsbeispiel:

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt:

1 zeigt eine drehsteife biegeelastische Wellenkupplung insbesondere Ganzstahlkupplung mit einer Nabe 1, einer Hülse 8 und einer zweiten Nabe 9, zur Verbindung von zwei Wellen (nicht dargestellt) zur Drehmomentübertragung bei gleichzeitigem Radial-, Axial- und Winkelversatz. Die Drehmomentübertragung von der Nabe 1 über die Hülse 8 auf die zweite Nabe 9 erfolgt über 2 Lamellenpakete 5 (links und rechts von der Hülse 8). Das Lamellenpaket 5 ist durch mehrere Lamellen innerhalb der Bundbuchse 6 mit einem Ring 4 und einer Unterlegscheibe 3 über eine Schraube 7 mit einer Mutter 2 zusammengepresst.

2 zeigt über einen Ausschnitt die Befestigung des Lamellenpaketes 5 mit der Bundbuchse 6, dem Ring 4 und Unterlegscheibe 3 über die Schraube 7 und Mutter 2. Außerdem wird der bisherige Hebelabstand L 10 und der Hebelarm L1 11, wie er im Stand der Technik üblich ist, dargestellt.

3 zeigt die Umfangskraft FU 12 an einem Anschraubpunkt des Lamellenpaketes 5 und das entsprechende Biegemoment MB 15, wenn die Kupplung mit Drehmoment beaufschlagt wird.

4 zeigt den verkürzten Hebelarm L2 13 der neuen gekürzten Bundbuchse 14, welche eine beschichtete, bzw. gestrahlte Radiengeometrie 6e und somit einen höheren Reibwert aufweist. Außerdem werden dickere Lamellen 5a verwendet. Der Gesamtabstand zwischen Nabe 1 und Nabe 9, wie in 1 dargestellt, wird dadurch etwas verringert.

5 zeigt 4 in einer Draufsicht.

1 – Stand der Technik im Längsschnitt

2 – Ausschnitt vom Stand der Technik mit bisherigem Hebelarm L 10 und L1 11

3 – Darstellung der Umfangskraft FU 12 und Biegemoment MB 15

4 – Ausschnitt der Erfindung mit gekürztem Hebelarm L2 13, gekürzter Bundbuchse 14,

beschichteter Radiengeometrie 6e und dickeren Lamellen 5a.

5 – Draufsicht von 4 mit gekürztem Hebelarm L2 13.

1
Nabe
2
Mutter
3
Unterlegscheibe
4
Ring
5
Lamellenpaket
5a
dickere Lamellen
6
Bundbuchse
6b
stirnseitiger Bund
6d
Radiensenkung
6e
beschichtete Radiengeometrie
7
Schraube
8
Hülse
9
Alternativ zweite Nabe
10
Hebelarm L – Stand der Technik
11
Hebelarm L1 – Stand der Technik
12
Umfangskraft FU
13
Hebelarm L2 – verkürzt
14
Gekürzte Bundbuchse vergütet
15
Biegemoment MB
16
Außendurchmesser D


Anspruch[de]
Drehsteife biegeelastische Wellenkupplung insbesondere Ganzstahl-Wellenkupplung zur Übertragung von Drehmomenten zwischen Wellen insbesondere von Wellen mit gegeneinander versetzten Achsen mit einem oder 2 Lamellenpaketen (5) die auf Bundbuchsen (6) aufgesetzt und auf diesen mittels eines Ringes (4) gegen einen stirnseitigen Bund (6b) der Bundbuchse (6) eingeklemmt sind, wobei die Lamellenpakete mittels sich durch die Bundbuchsen (6) erstreckender Schrauben (7) mit Muttern (2) in Umfangsrichtung abwechselnd mit den einander gegenüberliegenden Hülsen (8) oder zweiten Naben (9) verspannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die gekürzte Bundbuchse (14) eine beschichtete Radiengeometrie (6e) enthält um eine erhebliche Steigerung des reibschlüssig übertragbaren Drehmomentanteils zu erreichen. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenaufrauung der Radiengeometrie 6e entweder durch Strahlen oder Beschichten erfolgt. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bundbuchsen aus hochfestem Vergütungsstahl ausgeführt sind. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verkürzte Hebelarm L 2 (13) zum Außendurchmesser D (16) mindestens im Verhältnis 35:1 steht.






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