<Desc/Clms Page number 1>
Wellenkupplung
Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung, bei der auf den beiden Wellen je einer von zwei ineinander einrückbaren Zahnkränzen von Kraftzähnen befestigt ist, wobei mindestens einer der Zahnkränze in Achsrichtung der Wellen verschiebbar und mindestens einer der Zahnkranz relativ zur zugehörigen Welle in einem begrenzten Bereich drehbar gelagert ist, und die beim Einrücken einander zuerst berührenden Partien der Kraftzähne beider Zahnkränze zwei in Umfangsrichtung geneigte, dachförmig angeordnete Flächen aufweisen.
Solche Kupplungen werden bei hydroelektrischen Maschinensätzen verwendet, die sowohl für Turbinen-als auch Pumpenbetrieb eingerichtet sind und eine elektrische Maschine, eine Turbine und eine Zentrifugalpumpe aufweisen. Während des Pumpenbetriebes rotieren alle drei Maschinen miteinander.
Bei Turbinenbetrieb muss jedoch die Pumpe abgekuppelt werden können.
Zum Einkuppeln bei Stillstand des Maschinensatzes müssen bei den bekannten Wellenkupplungen die Turbinen- und Pumpenwelle gegeneinander verdreht werden, bis die drehfest mit der zugehörigen Welle verbundenen Zahnkränze der Kupplungshälften in die Eingriffstellung kommen. Ein Einkuppeln lediglich durch Verschieben des axial beweglichen Zahnkranzes ist also nicht möglich.
Es sind Überholungskupplungen bekannt, bei denen der eine Kranz der Kraftzähne fest mit dem einen der zu kuppelnden Teile verbunden, der andere Kranz der Kraftzähne in Achsrichtung verschieblich, aber drehfest mit dem andem zu kuppelnden Teil verbunden ist. Lediglich Schaltzähne sind drehbeweglich an dem sie tragenden zu kuppelnden Teil angeordnet. Diese Kupplung kann demnach bei Stillstand der zu kuppelnden Wellen nicht eingerückt werden. Bei dieser nur während des Umlaufens der treibenden Welle einkuppelbaren Kupplung dienen die Schaltzähne dazu, die Kraftzähne gerade in der Eingriffsstellung (Zahn-Zahnlücke) am Einrücken zu hindern und das Einrücken nur dann zu erlauben, wenn die Kraftzähne möglichst weit vor der gegenseitigen Eingriffsstellung einzurücken beginnen.
Die Schaltzähne sind dabei mittels Federn in Einrückrichtung über die Kraftzähne ihrer Kupplungshälfte vorstehend gehalten.
Weiter ist eine nur für kleinste Drehmomente geeignete Klauenkupplung bekannt, bei der jeweils nur ein einziger Zahn Kraft überträgt. Die eine Kupplungshälfte weist zwei Kraftzähne auf mit gegenüber den Kraftzähnen der andern Kupplungshälfte unterschiedlicher Teilung. Von den genannten zwei Kraftzähnen kommt derjenige, der zuerst auf eine Zahnlücke des Kraftzähnekranzes der andern Kupplungshälfte trifft, zum Eingriff, während der andere auf einer Zahnspitze des Kraftzähnekranzes der ändern Kupplungshälfte sich abstützend ohne Kraft bleibt. Als Schaltzähne anzusprechende Elemente sind bei dieser Kupplung nicht vorhanden.
Schliesslich ist bei Kupplungen, bei denen der eine Kraftzähnekranz mit seiner Kupplungshälfte fest, der andere mit seiner Kupplungshälfte axial verschieblich und im begrenzten Bereich drehbar verbunden ist, bekannt, die in Einrückrichtungeinander zugekehrten Zahnenden anszuspitzen bzw. dachförmig auszubilden. Bei Stillstand aber können diese Kupplungen nicht in allen Stellungen der Wellen eingekuppelt werden. Stehen die beiden Wellen nämlich gerade so, dass die Zahnspitzen der Zahnkränze beim Annähern des einen Zahnkranzes gegen den andern genau aufeinandertreffen, so tritt ein gegenseitiges Verhaken der Zahnspitzen ein und verhindert das Einrücken.
Die Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekannten Kupplungen zu vermeiden. Bei einer Wellen-
<Desc/Clms Page number 2>
kupplung der eingangs beschriebenen Art ist zu diesem Zweck erfindungsgemäss in an sich bekannter Weise mindestens ein in Einrückrichtung über die Kraftzähne seiner Kupplungshälfte vorstehend haltbarer Schaltzahn vorhanden, dessen in Einrückrichtung vorderste Partie dachförmig ausgebildet ist, wobei dieser Schaltzahn mit den Kraftzähnen seiner Kupplungshälfte in gleicher Teilung liegt und in der Teilung bleibend aus seiner über die Kraftzähne hinausstehen gehaltenen Lage in eine hinter den Kraftzähnen zurückstehende Lage verschiebbar ist, wobei aber die von den dachförmig angeordneten Flächen gebildete Kante des Schaltzahnes ausserhalb der Teilung der entsprechenden Kanten der Kraftzähne seiner Kupplungshälfte liegt.
Auf diese Weise können beim Kuppeln bei Stillstand des Maschinensatzes die zu kuppelnden Wellen in Ruhe bleiben, und das Kuppeln erfolgt selbsttätig, sobald beispielsweise ein den axial verschiebbaren Zahnkranz in Einrückrichtung bewegender Servomotor beaufschlagt wird, wobei die Wellen in jeder beliebigen gegenseitigen Lage stehen können.
Beim Kuppeln der Wellen bei annähernd synchronen Drehzahlen kann innerhalb der Zeit, während der der drehbewegliche Zahnkranz einer Kupplungshälfte unter Relativverdrehung zu seiner zugehörigen Welle mit der gleichen Drehzahl wie der Zahnkranz der andem Kupplungshälfte dreht, der axial verschiebbare Zahnkranz in seiner ganzen Breite eingerückt werden, so dass der wegen des Drehzahlunterschiedes erfolgende Schlag von den ganzen Zähnen und nicht mehr nur von kleinen Zahapartien aufgenommen wird. Das Einkuppeln erfolgt ruhiger, und die Zahnbeanspruchung wird wesentlich herabgesetzt.
Durch Abfedern der den Drehbereich des drehbeweglichen Zahnkranzes gegenüber der zugehörigen Welle begrenzenden Anschläge kann zudem eine Schlagbeanspruchung der Zähne praktisch ganz vermieden werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes in vereinfachter Darstellung veranschaulicht. Es zeigen : Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Wellenkupplung, nach der Linie I-I der
EMI2.1
eine andere Ausführungsform der in Fig. 5 gezeigten Partie, Fig. 7 einen erweiterten Ausschnitt aus Fig. 1 in grösserem Massstab, Fig. 8-10 Schnitte nach der Linie X-X der Fig. 7 mit verschiedenen Stellungen der Zahnkränze und Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI der Fig. 9.
Die dargestellte Kupplung verbindet zwei Wellen 1 und 2. Auf die Welle 1 ist eine Nabe 3, auf die Welle 2 eine Nabe 4 aufgezogen. Die Naben sind mit Muttern 5 bzw. 6 gesichert.
Die Nabe 3 weist eine Aussen. verzahnung 3'auf, in die ein in Achsrichtung der Wellen 1 und 2 verschiebbarer Zahnkranz 7 mit Zähnen 7'eingreift. Auf der Nabe 3 ist der Zahnkranz 7 mittels eines Ringansatzes 7" geführt.
Die Nabe 4 trägt einen Zahnkranz 8, der auf ihr mittels Kugeln 9 drehbar gelagert ist. Der Zahnkranz 8 weist Zähne 8'auf und greift mittels Anschlägen 8" zwischen Anschläge 4'der Nabe 4.
Die Anschläge 4'und 8" sind so dimensioniert, dass sich dieNabe 4 und der Zahnkranz 8 um ungefähr eine Zahnteilung gegeneinander verdrehen können.
Von'den Zähnen. 8'des Zahnkranzes 8 ist an acht gleichmässig über den Umfang verteilten Zähnen der in der Zeichnung rechts liegende Zahnteil abgefräst. Im verbleibenden Teil 8"'der Zähne und den Anschlägen 8" ist ein Schaltzahn 10 in Einrückrichtung, d. h. in Achsrichtung, beweglich gelagert.
Wie besonders aus den Fig. 7 - 10 ersichtlich, stehen die Schaltzähne 10 gegen den einrückenden Zahnkranz 7 hin über die Zähne 8'hinaus und werden durch Federn 11 in dieser Lage gehalten.
Die Zähne 7'und 8'sind an den einander beim Einrücken zuerst berührenden Enden abgeschrägt, damit sie sich beim Aufeinander auftreffen gegenseitig zur Seite schieben.
Die über die Zähne 8'hinausstehen gehaltenen Schaltzähne 10 weisen entsprechend abgeschrägte Enden auf.
Dabei sind aber die vorderen Kanten 14 der schrägen Enden der Schaltzähne 10 gegenüber den entsprechenden Kanten 12 der Zähne 8'mit in Umfangsrichtung versetzter Teilung angeordnet.
Der drehbare Zahnkranz 8 wird relativ zur Welle 2 bzw. Nabe 4 durch Federn 15 in einer Mittellage seines durch die Anschläge 4'und 8" begrenzten Drehbereiches gehalten. Diese Federn 15 sind in einem Ringkanal6 zwischen Nocken 17 und 18 angeordnet. Die Nocken 17 sind am Zahnkranz 8 befestigt, während die Nocken 18 an einem mit der Nabe 4 festverbundenen Ring 19 befestigt sind.
Zum Einrücken der Kupplung bei Stillstand der Wellen 1 und 2 von der in Fig. 1 gezeichneten ausgerückten Lage in die in Fig. 4 gezeichnete eingerückte Lage wird der Ringansatz 7"mittels nicht dargestellter Vorrichtungen von rechts nach links bewegt.
<Desc/Clms Page number 3>
Dabei kommen, wie aus Fig. 8 ersichtlich, zunächst die Schaltzähne 10 mit den Zähnen 7'in Berührung. Die Schaltzähne gleiten beim weiteren Bewegen des Zahnkranzes 7 an der Kante 13 und dann auf der kleineren Abschrägung der Zähne 7'und drücken dabei den drehbeweglichen Zahnkranz 8 entgegen der Wirkung der Federn 15 in eine Eingriffsstellung relativ zum nicht drehbeweglichen Zahnkranz 7. Die Wellen 1 und 2 bleiben dabei ohne Drehung in Ruhe.
Bei der in Fig. 8 gezeichneten Stellung der Zahnkränze wäre ein selbsttätiges Einkuppeln ohne Hilfe der Schaltzähne nicht möglich, da bei dieser Stellung, wie durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist, die Kante 12 der Zähne 8'und die Kante 13 der Zähne 7'gerade aufeinanderstossen würden, also keine Relativdrehung der Zahnkränze eingeleitet würde.
Sollten beim Einkuppeln bei Stillstand der zu kuppelnden Maschinen aber zufällig die Kante 14 der Schaltzähne 10 auf die Kante 13 der Zähne 7'stossen, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist, so werden die Schaltzähne entgegen der Wirkung der Feder 11 und einer Arretiereinrichtung 21 in die in Fig. 10 gezeichnete Stellung gestossen, bis die schrägen Endflächen der Zähne 7'und 8'aufeinanderzuliegen kommen und den Zahnkranz 8 - dieses Mal in der andern Drehrichtung - verdrehen, bis eine Eingriffsstellung erreicht ist und die Zahnkränze ineinandergeschoben werden können.
Bei allen andern möglichen Stellungen ausser der in Fig. 9 gezeichneten Stellung werden beim Kuppeln bei Stillstand der Wellen 1 und 2 die Schaltzähne 10 die Zahnkränze 7 und 8 in Eingriffsstellung bringen, wie es für Fig. 8 beschrieben ist..
Die Schaltzähne 10 und die ihrer Lagerung dienenden verkürzten Zähne 8'"werden zweckmässig so ausgebildet, dass sie bei Eingriff der Zähne 7'und 8'in den Zahnlücken Spiel haben und so keine Kraft übertragen.
Zum Einkuppeln bei angenähert synchron laufenden Wellen 1 und 2 müssen die Schaltzähne 10 so stark ausgebildet oder so zahlreich sein, dass sie den Beanspruchungen bei Beginn des Eingreifens in den Zahnkranz 7 gewachsen sind.
Zweckmässig wird man jedoch Vorrichtungen anbringen, die die Schaltzähne 10 fUr den Kupplungvorgang bei laufenden Wellen entgegen der Feder 11 zurückziehen, so dass sie ausser Aktion kommen.
Eine solche Vorrichtung kann einen durch Druckflüssigkeit betätigbaren Servomotor aufweisen, wobei ein willkürliches Bewegen der Schaltzähne möglich ist.
Die Vorrichtung kann aber auch, wie in Fig. 6 gezeigt, ein Schwunggewicht 20 aufweisen, das den Schaltzahn 10 bei Überschreiten einer bestimmten Drehzahl der Kupplung automatisch zurückzieht.
Das Einkuppeln bei annähernd synchron laufenden Wellen geht dann ohne Schaltzähne folgenderma- ssen vor sich.
Durch die verbleibende Relativdrehzahl der Wellen 1 und 2 kommen die Zähne 7'und 8'von selber einmal in eine Eingriffsstellung. Sobald die ersten Zahnpartien ineinandergreifen, beginnt der Zahnkranz 8 mit der gleichen Drehzahl wie der Zahnkranz 7 zu drehen. wobei er sich relativ zur Welle 2 verdreht. Während der Zeit dieser Relativverdrehung können die Zahnkränze 7 und 8 längs der ganzen Breite der Zähne 8'ohne Belastung ineinander einrücken. Erst wenn die genannte Relativverdrehung durch Anliegen der Anschläge 8"'an den Anschlägen 4'unterbunden wird, sind die Wellen 1 und 2 gezwungen, mit der gleichen Drehzahl zu laufen, und es beginnt eine Drehmomentübertragung.
Die Schaltzähne müssen nicht im gleichen Zahnkranz wie die tragenden Zähne angeordnet werden.
Sie könnten auch in einen separaten Zahnkranz, der lediglich gleiche Zähnezahl wie die zu kuppelnden Zahnkränze haben muss, eingreifen.
Die Zahnkränze der dargestellten Ausführungsform haben eine gerade Stirnverzahnung. Die erfin- dungsgemässen Massnahmen lassen sich aber sinngemäss auch auf andere Verzahnungsarten anwenden. So können die Zahnkränze beispielsweise Schraubenverzahnungen oder eine Verzahnung mit in einer zur Wellenachse senkrechten Ebene verlaufenden Zähnen aufweisen.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.