DE69114016T2

DE69114016T2 - Kupplung und verfahren zu deren herstellung.

Info

Publication number: DE69114016T2
Application number: DE69114016T
Authority: DE
Inventors: Dennis King
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1991-09-04
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2011-09-05
Also published as: EP0558496B1; US5441358A; JP3328275B2; DE69114016D1; JPH06502905A; WO1992009819A1; EP0558496A1; GB9025988D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung und insbesondere auf eine Kupplung zwischen einander gegenüberliegenden Flächen von zwei koaxialen stirnflächen von zwei koaxialen, zusammen rotierenden Komponenten, wobei die einander gegenüberliegenden Stirnflächen radial bezüglich der Achse der Komponente verlaufen, und außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kupplung.
Es sind Kupplungen bekannt, die zwei koaxiale Bauteile zusammen rotieren lassen. Dabei können Ausrichtprobleme zwischen den beiden Komponenten auftreten, wenn die beiden Komponenten unterschiedliche wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, oder wenn die eine der Komponenten einer anderen Temperatur ausgesetzt wird als die andere Komponente. Eine Mißausrichtung der Komponenten verursacht eine exzentrische Drehung, und dies kann zu einer Vibration zwischen den radialen Stirnflächen führen und eine ungleichmäßige Abnutzung dieser Stirnflächen erzeugen.
Gemäß der GB-A-842 244 wird eine Beschädigung der radialen Stirnflächen einer Kupplung dadurch verhindert, daß eine Beilagescheibe aus weicherem Material dazwischen eingefügt wird. Die radialen Stirnflächen der Kupplung sind beispielsweise durch Kordieren aufgerauht, und sie graben sich in die Beilagescheibe ein, um das Drehmoment zu übertragen. Wenn die Kupplungsstirnflächen schleifen, wird die Beilagescheibe beschädigt, und die radialen Stirnflächen bleiben unbeschädigt, so daß die Beilagescheibe leicht ausgetauscht werden kann.
Bei der Anordnung nach der EP-A-0 341 455 werden die radialen Stirnfläche von Maschinenteilen gegen Reibkorrosion durch Einfügen einer folienartigen Zwischenschicht dazwischen geschützt. Die Zwischenschicht besteht aus einer Zweischichtfolie, wobei die äußeren Oberflächen der Schichten aufgerauht sind, während die inneren Oberflächen der Schichten glatt bearbeitet sind. Jede Relativbewegung zwischen den Maschinenteilen wird auf die inneren Oberflächen der Folien übertragen, die relativ zueinander gleiten, um eine Reibungsabnutzung der radialen Stirnflächen der Maschinenteile zu verhindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kupplung zu schaffen, bei der eine unterschiedliche thermische Ausdehnung zwischen den radial gegenüberstehenden Stirnflächen von zwei koaxialen, miteinander drehbaren Komponenten gewährleistet wird, wobei eine exzentrische Drehung im wesentlichen vermieden ist.
Die Erfindung geht aus von einer Kupplung zwischen gegenüberliegenden Stirnflächen von zwei koaxialen, miteinander drehbaren Komponenten, wobei die gegenüberliegenden Stirnflächen radial bezüglich der Achse der Komponenten verläuft und die radialen gegenüberliegenden Stirnflächen mit einer Vielzahl dicht benachbarter Furchen versehen sind, die Riffel definieren, wobei die Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Riffel eine große radiale Komponente besitzen und daß die Riffel auf einer der gegenüberliegenden Stirnflächen an den Riffeln der anderen radialen gegenüberliegenden Stirnfläche angreifen, um eine seitliche Bewegung der Komponenten relativ zueinander zu verhindern.
Die radialen gegenüberliegenden Stirnflächen der beiden koaxialen zusammen rotierenden Komponenten können unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten besitzen.
Die Riffel auf wenigstens einer der radial gegenüberliegenden Stirnflächen werden vorzugsweise durch radiales Schleifen erzeugt, und sie besitzen eine Höhe in der Größenordnung von 3,2 um.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Verbindung gegenüberliegender Stirnflächen von zwei koaxialen miteinander rotierenden Komponenten, bei denen die gegenüberliegenden Stirnflächen radial bezüglich der Achse der Komponenten verlaufen, und das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Es werden spanabhebend mehrere dicht benachbarte Furchenlinien eingearbeitet, um Riffel in wenigstens einer der zu verbindenden gegenüberliegenden Stirnflächen zu definieren; es werden die beiden radialen gegenüberliegenden Stirnflächen derart gegeneinander gepreßt, daß ein Eindruck der Riffel in der anderen radialen gegenüberliegenden Oberfläche entsteht, und die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Riffel auf jeder der radial gegenüberliegenden Stirnflächen eine große radiale Komponente besitzt und ein solcher Eingriff zustande kommt, daß eine seitliche Bewegung der beiden Komponenten relativ zueinander verhindert wird.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Kupplung zwischen radial gegenüberliegenden Stirnflächen zweier koaxialer, zusammen rotierender Komponenten,
Fig. 2 eine photographische Darstellung einer der radial gegenüberstehenden Stirnflächen einer erfindungsgemäß ausgebildeten Kupplung.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist eine Welle 12 mit einem weiteren Aufbau, beispielsweise mit einer Scheibe 20, über eine Kupplung verbunden, die allgemein mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Die Kupplung 10 verbindet die Scheibe 20 derart mit der Welle 12, daß die Scheibe 20 durch die Welle 12 angetrieben wird und sich koaxial zusammen mit dieser dreht.
Die Kupplung 10 weist einen zylindrischen Zentrierzapfen 14 auf, der von einem Ende der Welle 12 vorsteht. Der Zentrierzapfen 14 liegt konzentrisch zur Welle 12 und wirkt mit einer entsprechenden Ausnehmung 22 in der Scheibe 20 zusammen. Der Zentrierzapfen 14 auf der Welle 12 und die Ausnehmung in der Scheibe 20 sind spanabhebend mit hohen Toleranzen bearbeitet, so daß sich ein Festsitz zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 13 des Zentrierzapfens 14 und der Zylinderfläche 21 der Ausnehmung 22 bei Umgebungstemperatur ergibt.
Die gegenüberliegenden Stirnflächen der Welle 12 und der Scheibe 20 sind außerdem mit Flanschen 16 bzw. 24 versehen. Die Flansche 16 und 24 sind mit mehreren Löchern 18 versehen, die Bolzen 26 aufnehmen, mit denen die Scheibe 20 an der Welle 12 festgelegt wird.
Die Stirnflächen 17 und 25 der Flansche stehen in Berührung miteinander und besitzen mehrere in dichtem Abstand zueinander angeordnete spanabhebend bearbeitete Furchen, die Riffel 27 definieren. Die Riffel 27 besitzen eine große radiale Komponente und haben eine Höhe in der Größenordnung von 3,2 pm. Die Höhe der Riffel 27 wird durch die Oberflächengüte bestimmt, die auf den Flanschstirnflächen 17 und 25 erforderlich ist. Fig. 2 stellt eine Photographie der Riffel 27 auf dem Flansch 24 der Scheibe 20 dar.
Im Betrieb dreht sich die Welle 12, und sie dreht die Scheibe 20 koaxial hierzu. Die Scheibe 20 steht im Betrieb auf einer höheren Temperatur als die Welle 12, und es tritt eine unterschiedliche Ausdehnung zwischen den beiden Komponenten auf. Die Ausnehmung 22 in der Scheibe 20 dehnt sich aus, wodurch der Festsitz mit dem Zentrierzapfen 14 verlorengeht. Wenn der Festsitz verlorengeht, dann tritt eine seitliche Bewegung zwischen der Welle 12 und der Scheibe 20 auf. Die Scheibe 20 sucht sich exzentrisch relativ zur Welle 12 zu drehen. Diese exzentrische Bewegung wird jedoch durch die Riffel 27 auf den gegenüberliegenden Stirnseiten 17 und 25 der Flansche 16 bzw. 24 verhindert. Die Riffel 27 greifen ineinander und verhindern jede seitliche Bewegung zwischen der Welle 12 und der Scheibe 20. Die Riffel 27 ermöglichen jedoch eine Bewegung in Richtung im wesentlichen parallel zu den Riffeln 27 in Radialrichtung, so daß eine gleichförmige thermische Ausdehnung der Scheibe 20 relativ zur Welle 12 erfolgen kann. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß sich die Welle 12 und die Scheibe 20 bei allen Temperaturen konzentrisch drehen, wobei jedoch eine relative seitliche Bewegung ausgeschaltet ist.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen die Flansche 16 und 24 aus unterschiedlichen Materialien. Der Flansch 24 auf der Scheibe 20 besteht aus einem härteren Material als der Flansch 16 auf der Welle 12. Mehrere dicht benachbarte gefurchte Linien sind in die Flanschstirnfläche 25 der Scheibe 20 durch radiales Schleifen oder durch eine andere geeignete spanabhebende Bearbeitung eingearbeitet, um darauf die Riffel 27 zu erzeugen. Dann wird die Flanschstirnfläche 25 gegen die weichere Flanschstirnfläche 17 der Welle 12 gedrückt. Die Riffel 27 der Flanschstirnfläche 25 hinterlassen in der Flanschstirnfläche 17 der Welle 12 einen Eindruck. Auf diese Weise entsprechen die Riffel, die auf der Flanschstirnfläche 17 der Welle 12 ausgebildet sind, exakt genau jenen Riffeln, die auf der Flanschstirnfläche 25 ausgebildet sind, und diese Riffel greifen ineinander, so daß jede seitliche Bewegung von Welle 12 und Scheibe 20 verhindert wird. Die Riffel 27 brauchen daher nur in eine der gegenüberliegenden radialen Stirnflächen eingearbeitet zu werden, und es ist nicht notwendig, diese Riffel mit hoher Genauigkeit herzustellen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Zentrierzapfen 14 und die Ausnehmung 22 nicht mit so feiner Toleranz bearbeitet zu werden brauchen, da jede seitliche Bewegung zwischen den beiden Teilen, die bei Verlust des Festsitzes verursacht werden könnte, durch die Riffel 27 verhindert wird.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf eine Kupplung beschrieben, die zwischen gegenüberliegenden Stirnflächen von Flanschen einer Welle und einer Scheibe besteht, jedoch ist es für den Fachmann klar, daß die Erfindung in gleicher Weise für irgendeine Kupplung zwischen radial gegenüberliegenden Stirnflächen von zwei koaxial miteinander rotierenden Bauteilen benutzt werden kann, wo die seitliche Bewegung verhindert werden muß.

Claims

1. Kupplung (10) zwischen gegenüberliegenden Stirnflächen (17, 25) von zwei koaxialen, zusammen rotierenden Bauteilen (12, 20), wobei die gegenüberliegenden Stirnflächen (17, 25) radial gegenüber der Achse der Bauteile (12, 20) verlaufen und die radial gegenüberliegenden Oberflächen (17, 25) mit einer Vielzahl dicht benachbarter Furchenlinien versehen sind, die Riffel (27) definieren,

dadurch gekennzeichnet, daß die Riffel (27) eine große radiale Komponente besitzen und die Riffel (27) auf einer der gegenüberliegenden Stirnflächen (25) in die Riffel (27) der anderen radial gegenüberliegenden Stirnfläche (17) eingreifen, um eine seitliche Bewegung der Bauteile (12, 20) relativ zueinander zu verhindern.

2. Kupplung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radial gegenüberliegenden Stirnflächen (17, 25) der beiden koaxial zueinander zusammen rotierenden Bauteile (12, 20) unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten besitzen.

3. Kupplung (10) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Riffel (27) auf den radial gegenüberliegenden Stirnflächen (17, 25) durch radiales Schleifen erzeugt werden.

4. Kupplung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Riffel (27) auf den radial gegenüberliegenden Stirnflächen (17, 25) eine Höhe in der Größenordnung von 3,2 um besitzen.

5. Verfahren zur Verbindung gegenüberliegender Stirnflächen (17, 25) von zwei koaxialen, miteinander rotierenden Bauteilen (12, 20), wobei die gegenüberliegenden Stirnflächen (17, 25) radial bezüglich der Achse der Bauteile (12, 20) verlaufen, mit den folgenden Schritten: es wird eine Vielzahl von dicht benachbarten Furchenlinien in eine der radial gegenüberliegenden Stirnflächen (25) eingearbeitet, um Riffel (27) zu definieren; es werden die beiden radial gegenüberliegenden Stirnflächen (17, 25) derart gegeneinander gepreßt, daß ein Abdruck der Riffel (27) auf der anderen radial gegenüberliegenden Stirnfläche (17) erhalten wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Riffel (27) auf jeder der radial gegenüberliegenden Stirnflächen (17, 25) eine große radiale Komponente besitzen und ineinandergreifen, so daß eine seitliche Bewegung der beiden Bauteile (12, 20) relativ zueinander verhindert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufende Stirnfläche (25), auf der die Riffel (27) spanabhebend eingearbeitet werdend aus einem härteren Material besteht als die andere radial gegenüberliegende Stirnfläche (17).

7. Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die radial gegenüberliegenden Stirnflächen (17, 25) der beiden koaxial miteinander umlaufenden Bauteile (12, 20) unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten besitzen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Riffel (27) mit einer großen radialen Komponente auf der radial gegenüberliegenden Oberfläche (25) durch radiales Schleifen eingearbeitet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Riffel (27) auf der radial gegenüberliegenden Stirnfläche (25) eine Höhe in der Größenordnung von 3,2 um aufweisen.