Zahnkupplung Das Hauptpatent bezieht sich auf eine Zahnkupp lung, bestehend aus zwei verzahnten Kupplungsnaben, die mittels einer an den beiden Endabschnitten ver zahnten Kupplungshülse verbunden sind.
Die Tendenz nach immer grösseren Leistungen bei möglichst kleinen Maschinendimensionen eröffnet den Zahnkupplungen ein weites Anwendungsgebiet, da ge rade diese, im Vergleich zu anderen Kupplungsarten, in ganz besonderer Weise befähigt sind, grosse Dreh momente bei kleinen Kupplungsdurchmessern zu über tragen.
Doppelte Zahnkupplungen bestehen mindestens aus drei Einzelteilen: den beiden Kupplungsnaben und der Kupplungshülse. Bei einer bekannten Zahnkupplungs bauart werden die Endabschnitte der Kupplungshülse von den Naben übergriffen. Eine Innenverzahnung einer Kupplungsnabe kämmt dabei ständig mit einer Aussenverzahnung eines Hülsenabschnittes. Es ist jedoch auch die umgekehrte Bauart bekannt, bei der die Endabschnitte der Kupplungshülse die innenliegen den Kupplungsnaben übergreifen. Die Innenverzah nung der Kupplungshülsen kämmen dabei mit den Aussenverzahnungen der Kupplungsnaben.
Von ausschlaggebender Bedeutung für ein gutes Laufverhalten hochtouriger Zahnkupplungen ist, ausser einer guten statischen und dynamischen Auswuchtung, die exakte Zentrierung der Kupplungshülse in den bei den Kupplungsnaben während des gesamten, von der Kupplung zu durchfahrenden Drehzahlbereiches.
Es sind mehrere Ausführungsarten der Zentrierung von Zahnkupplungen bekannt. So wurden Zahnkupp lungen gebaut, bei denen, die Zentrierung unmittelbar durch die Flanken der Kupplungszähne selbst oder durch Berührung des Zahnkopfes mit dem Zahngrund der Gegenverzahnung erfolgt. Eine weitere bekannte Ausführung zentriert die Kupplungshülse durch einen zusätzlich in der Nähe der Verzahnung angeordneten, meist Balligen Zentrierbund.
Alle diese bekannten Kupplungsausführungen haben aber bei einem Betrieb mit höheren Drehzahlen den Nachteil, dass sich die Einzelteile der Kupplung unter Fliehkrafteinwirkung in radialer Richtung dehnen. Die äusseren, im Durchmesser grösseren Teile dehnen sich dabei stärker als die inneren. Es ergeben sich dadurch zum Teil Betriebsspiele, die ganz erheblich über dem herstellungsbedingten Spiel im Ruhezustand liegen. Eine Zentrierung der Kupplungshülse, ob in den Zahnflanken, am Zahnkopf oder durch Zentrier bund, ist dann nicht mehr vorhanden, so dass es zu Exzentrizitäten innerhalb der Kupplung kommen kann, die wiederum sehr grosse Unwuchtkräfte auslösen.
Diese Unwuchtkräfte erreichen leicht Grössenordnun- gen, die zu einer ernsten Gefahr für den gesamten Maschinensatz werden können.
Die Zentrierung am Zahnkopf und mittels eines Zentrierbundes führen darüber hinaus zu einer Überbe stimmung, die ein gleichmässiges Tragen aller Zähne bei Drehmomentübertragung und damit eine eindeutige gleichmässige Kräfteverteilung verhindern. Es ist des halb richtiger, die Zentrierung unmittelbar an den Zahnflanken vorzunehmen und des weiteren geeignete Massnahmen zu treffen, um das Zentriervermögen der Zähne zu vergrössern.
Bekannte Massnahmen dafür sind beispielsweise ein grösserer Eingriffswinkel als 20 , längsballige Flanken, ein möglichst kleines Ge wicht der zu zentrierenden Kupplungshülse, Nitrierhär- tung der Kupplungszähne und eine gute Durchlauf schmierung.
Um letzteres zu erreichen, sind bereits folgende Massnahmen bekannt: radiale Ölzuführungsbohrungen in Mitte jeder Zahnlücke der Aussenverzahnung, kon vexe Form des Zahnkopfes der Innenverzahnung und Abschrägen desselben zur arbeitenden Zahnflanke hin. Diese Massnahmen sind aber aufwendig und nachteilig. Es ist bei dieser Art der Schmierölführung nämlich nicht möglich, den Druck, mit dem das Öl zwischen die Zähne gepresst wird, einzustellen. Auch muss das Schmieröl erst zur Zahnkopfmitte gebracht werden, um sich dann in beiden Richtungen verteilen zu können. Eine gleichmässige Verteilung ist dabei nicht sicherge- stellt, da der Abfluss des Schmiermittels nicht beson ders geregelt ist.
Nach dem Hauptpatent 469 208 kann eine selbsttä tige Zentrierung selbst bei hohen Betriebsdrehzahlen dadurch erreicht werden, dass die die innenliegenden Zahnkränze tragenden Abschnitte wenigstens im Be reich -der Kränze axial geschlitzt sind.
Durch die Schlitzung wird erreicht, dass sich der innere Teil der Zahnkupplung unter der Wirkung der Fliehkräfte stärker aufweitet als der äussere. Dann wird insbesondere bei grossen Drehzahlen stets eine spielfreie Flankenanlage und damit eine gute Zentrie rung herbeigeführt.
Die erfindungsgemässe Zahnkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfkanten der einzelnen Zähne sowohl bei -den aussenliegenden als auch bei den innenliegenden, miteinander kämmenden Zahn kränzen schräg zur Wellenachse verlaufen.
Diese Zahnausbildung führt zu einer kontinuier lichen Verkleinerung bzw. Vergrösserung des Kopf spieles der Kupplungsverzahnungen und -dadurch zu einer Vergleichmässigung der Durchflussschmierung. Damit ist wieder eine Verkleinerung der Reibung zwi schen den Zahnflanken und eine Vergrösserung des Zentriervermögens der Kupplung gegeben.
Eine besonders gleichmässige Verteilung ergibt sich dann, wenn die Schrägungswinkel der Kopfkanten ein ander gleich sind.
Es ist an sich bekannt, bei Zahnrädern, die bei Kupplungen zum Einsatz kommen, axial verlaufende Abschrägungen vorzusehen. Die Abschrägungen sind dabei aber jeweils an den Zahnfüssen angebracht. Auch ist es nicht beabsichtigt, mittels der Abschrägung am Zahnkopf einen Schmierungsvorteil zu erlangen.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Bei der Zahnkupplung sind auf nicht dargestellte Wellenstümpfe Kupplungsnaben 3 aufgeflanscht. In dem dargestellten Beispiel ist nur .die linke Hälfte der Zahnkupplung dargestellt mit der linken Hälfte der Kupplungshülse 5. Der in der Zeichnung dargestellte Teil der Zahnkupplung wiederholt sich auf der rechten nicht dargestellten Seite spiegelbildlich und braucht deshalb nicht näher erläutert zu werden. Die Nabe 3 ist mit einem innen verzahnten Ansatz versehen. Die Zähne 6 der Innenverzahnung des Ansatzes kämmen dabei mit den Zähnen 7 der Aussenverzahnung der Kupplungshülse 5.
Der Schmierstoff, beispielsweise Schmieröl, wird der Zahnkupplung über nicht dargestellte Düsenrohre zugeführt. Diese Düsenrohre spritzen das Schmieröl in äussere Stauräume 11 ein, aus denen es über axiale Bohrungen zu inneren Stauräumen 13 gelangt. Diese inneren Stauräume 13 grenzen dabei an den Eingriffs bereich der Verzahnungen. Die Kopfkanten 14 und 15 der Zähne 6 und 7 ver laufen schräg zur Kupplungsachse hin. Die Kopfkanten 14 und 15 der jeweiligen Zahnkränze, welche gleiche Schrägungswinkel aufweisen, laufen dabei in konischen Ebenen um.
Durch diesen Aufbau wird es dem Schmieröl möglich, in Richtung eines Pfeiles 16 in einen sich keilförmig verjüngenden Spalt 17 einzudrin gen, radial zwischen den Zahnflanken gleichmässig verteilt hindurchzuströmen und sich schliesslich in einem keilförmig aufweitenden Spalt 18 wieder zu sammeln. Aus dem Spalt 18 fliesst das Schmieröl dann in Richtung des Pfeiles 19 in axialer Richtung ab. Das Hindurchtreten des Schmieröles zwischen den Zahn flanken wird dabei noch durch die Fliehkraft unter stützt, welche auf das Schmieröl einwirkt und ihm eine radiale Druckkomponente verleiht.
Die zunehmende Drosselung, hervorgerufen durch die stetige Verkleine rung des Spaltes, sowie die im Öl selbst vorhandenen Fliehkräfte bewirken eine Verteilung des Öles über die ganze Zahnflanke, was zu einer ausgezeichneten Schmierwirkung führt.
Die keilförmige Verjüngung des Einlaufspaltes 17 und die entsprechend keilförmige Aufweitung des Auslasspaltes 18 führen zu einem stän dig gleichmässigen Öldurchfluss, der einerseits den Reibwert innerhalb der Verzahnung verringert und die entstehende Reibungswärme ableitet, der andererseits aber auch verhindert, dass sich die im Öl vorhandenen kleinen festen Partikel in toten Räumen des Zahnein griffes absetzen und zu einer Störung der Schmierung führen.
Die Erhöhung der zentrischen Einstellbarkeit der Kupplung hat ausserdem zur Folge, dass eine gleich- mässige Kräfteverteilung auch bei hohen- Drehzahlen vorhanden ist; somit sind alle Zähne gleihmässig an den Übertragungen des Drehmomentes beteiligt und wird die Lebensdauer der Kupplung, hinsichtlich ihrer Zahnflankenfestigkeit, beträchtlich vergrössert.
Toothed coupling The main patent relates to a Zahnkupp development, consisting of two toothed coupling hubs that are connected by means of a coupling sleeve that is toothed at the two end sections.
The tendency towards ever greater performance with the smallest possible machine dimensions opens up a wide range of applications for gear clutches, as these in particular, in comparison to other types of coupling, are particularly capable of transmitting large torques with small coupling diameters.
Double tooth couplings consist of at least three individual parts: the two coupling hubs and the coupling sleeve. In a known type of toothed clutch, the end sections of the coupling sleeve are overlapped by the hubs. An internal toothing of a clutch hub constantly meshes with an external toothing of a sleeve section. However, the reverse design is also known, in which the end sections of the coupling sleeve overlap the coupling hubs on the inside. The internal teeth of the coupling sleeves mesh with the external teeth of the coupling hubs.
In addition to good static and dynamic balancing, the exact centering of the coupling sleeve in the coupling hubs during the entire speed range to be passed through by the coupling is of decisive importance for good running behavior of high-speed toothed clutches.
Several types of centering of tooth couplings are known. Zahnkupp lungs were built in which the centering takes place directly through the flanks of the coupling teeth themselves or by touching the tooth tip with the tooth base of the counter-toothing. Another known design centers the coupling sleeve by means of a mostly crowned centering collar which is additionally arranged in the vicinity of the toothing.
However, all these known clutch designs have the disadvantage, when operated at higher speeds, that the individual parts of the clutch expand in the radial direction under the action of centrifugal force. The outer parts, which are larger in diameter, expand more than the inner ones. This sometimes results in operating games that are considerably higher than the production-related game in the idle state. A centering of the coupling sleeve, whether in the tooth flanks, on the tooth tip or by centering collar, is then no longer available, so that eccentricities within the coupling can occur, which in turn trigger very large imbalance forces.
These imbalance forces can easily reach magnitudes that can pose a serious risk to the entire machine set.
The centering on the tooth tip and by means of a centering collar also lead to an over-determination that prevents even wear of all teeth during torque transmission and thus a clear, even distribution of forces. It is therefore more correct to center the teeth directly on the tooth flanks and also to take suitable measures to increase the centering capacity of the teeth.
Known measures for this are, for example, a pressure angle greater than 20, longitudinally crowned flanks, the lowest possible weight of the coupling sleeve to be centered, nitriding of the coupling teeth and good continuous lubrication.
In order to achieve the latter, the following measures are already known: radial oil supply bores in the middle of each tooth gap of the external toothing, convex shape of the tooth tip of the internal toothing and chamfering of the same towards the working tooth flank. However, these measures are complex and disadvantageous. With this type of lubricating oil supply, it is not possible to adjust the pressure with which the oil is pressed between the teeth. The lubricating oil must first be brought to the center of the tooth tip so that it can then be distributed in both directions. Even distribution is not guaranteed because the outflow of the lubricant is not specially regulated.
According to the main patent 469 208, automatic centering can be achieved even at high operating speeds in that the sections carrying the inner gear rings are axially slotted at least in the area of the rings.
The slotting ensures that the inner part of the tooth coupling expands more than the outer part under the effect of centrifugal forces. Then, especially at high speeds, a backlash-free flank contact and thus good centering is always brought about.
The tooth coupling according to the invention is characterized in that the top edges of the individual teeth in both the outer and inner meshing tooth rings run obliquely to the shaft axis.
This tooth formation leads to a continuous reduction or increase in the head clearance of the coupling teeth and thus to a more uniformity of the flow lubrication. This again reduces the friction between the tooth flanks and increases the centering ability of the clutch.
A particularly even distribution results when the bevel angles of the head edges are equal to one another.
It is known per se to provide axially extending bevels in gears that are used in clutches. However, the bevels are each attached to the tooth roots. It is also not intended to achieve a lubrication advantage by means of the bevel on the tooth tip.
The invention is explained in more detail with reference to the embodiment shown in the drawing.
In the case of the tooth coupling, coupling hubs 3 are flanged onto shaft stubs (not shown). In the example shown, only the left half of the toothed coupling is shown with the left half of the coupling sleeve 5. The part of the toothed coupling shown in the drawing is mirrored on the right side, not shown, and therefore does not need to be explained in more detail. The hub 3 is provided with an internally toothed approach. The teeth 6 of the internal toothing of the attachment mesh with the teeth 7 of the external toothing of the coupling sleeve 5.
The lubricant, for example lubricating oil, is fed to the tooth coupling via nozzle pipes (not shown). These nozzle pipes inject the lubricating oil into outer storage spaces 11, from which it reaches inner storage spaces 13 via axial bores. These inner storage spaces 13 adjoin the area of engagement of the teeth. The head edges 14 and 15 of the teeth 6 and 7 ver run obliquely to the coupling axis. The top edges 14 and 15 of the respective gear rims, which have the same helix angle, run around in conical planes.
This structure makes it possible for the lubricating oil to penetrate into a wedge-shaped tapering gap 17 in the direction of an arrow 16, to flow through evenly distributed radially between the tooth flanks and finally to collect again in a wedge-shaped widening gap 18. The lubricating oil then flows out of the gap 18 in the direction of arrow 19 in the axial direction. The passage of the lubricating oil between the tooth flanks is still supported by the centrifugal force, which acts on the lubricating oil and gives it a radial pressure component.
The increasing throttling caused by the constant reduction of the gap, as well as the centrifugal forces present in the oil itself, cause the oil to be distributed over the entire tooth flank, which leads to an excellent lubricating effect.
The wedge-shaped tapering of the inlet gap 17 and the corresponding wedge-shaped widening of the outlet gap 18 lead to a constant and even flow of oil, which on the one hand reduces the coefficient of friction within the toothing and dissipates the resulting frictional heat, but on the other hand also prevents the small solid ones in the oil from sticking Particles settle in dead spaces of the tooth engagement and lead to a disruption of the lubrication.
The increase in the centric adjustability of the clutch also means that there is an even distribution of forces even at high speeds; thus all teeth are equally involved in the transmission of the torque and the service life of the coupling, with regard to its tooth flank strength, is considerably increased.