DE2445113A1 - Kerbzahnkupplung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

Kerbzahnkupplung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf eine besondere Art einer Kerbzahnkupplung, bei der die Zähne der einen Kupplungshälfte trommeiförmig, also in der Längsrichtung auf beiden Eingriffsflanken konvex gestaltet sind, während die Zähne der anderen Kupplungshälfte die Gestalt einer Sanduhr haben, also an beiden Eingriffsflanken in der Längsrichtung konkav gestaltet sind (DT-PS 869.450). Mitunter haben die eine oder auch beide Kupplungshälften einen ihren Kranz von Kupplungszähnen umgebenden zylindrischen Steg, der beim spanabhebenden Bearbeiten der Kupplungszähne den Werkzeugen im Wege steht und bei dem bekannten Herstellungsverfahren durch die Werkzeuge eingekerbt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kupplung und das spanabhebende Verfahren zu ihrer Herstellung so auszugestalten, daß dieses Einkerben des Steges unterbleibt. Die Erfindung bezieht sich also auf eine verbesserte Abwandlung der bekannten Kupplung mit dem Ziel, ihre Herstellung und Verwendung bei manchen Kupplungshälften zu erleichtern, wie z.B. bei Turbinenschaufelkränzen,

509832/0653

2U5113

die mit solchen zylindrischen Stegen versehen sind und bei denen bisher die geschilderten Nachteile auftraten.

Die bekannte Kerbzahnkupplung, die vorstehend geschildert ist, ist seit Jahren in größtem Umfange in Verwendung, insbesondere in der Fertigung von Gasturbinen für die Luftfahrtindustrie, bei denen die Schaufelkränze des Turboverdichters und der Turbine von getrennten Läuferscheiben gebildet werden, die durch die Kerbzahnkupplungen starr verbunden sind. Bei diesem Anwendungsfall liefern die Kerbzahnkupplungen eine sehr genaue Zentrierung und Triebverbindung der Schaufelkränze. Der Pertigungsvorgang verläuft verhältnismäßig schnell. Denn dabei werden gleichzeitig an jeder Kerbzahnkupplung zwei Zahnflanken und die dazugehörigen Zahnlückenböden bearbeitet und die zugehörigen Kopfkanten abgeschrägt. Gewöhnlich geschieht das mit einer topfförmigen Schleifscheibe. Kürzlich sind dieselben Kerbzahnkupplungen umfangreich bei Teilvorrichtungen von Werkzeugmaschinen, ferner bei großen ortsfesten Gasturbinen und bei anderen Fällen zur Anwendung gelangt. Die Herstellung der Kupplungen erfolgt dabei mit demselben bekannten Verfahren, jedoch unter Verwendung eines Stirnmesserkopfes, dessen Messer nach Größe und Gestalt geeignet sind, dieselben Rotationsflächen herauszuarbeiten wie der Umfang der Schleifscheibe. Wenn daher nachstehend von "Schneidkanten" die Rede ist, so bezieht sich dieser Begriff in gleicher Weise auf das Schneidprofil eines Messerkopfes oder auf dasjenige einer Schleifscheibe.

Bei dem bekannten Verfahren, wie es in der angezogenen Patentschrift erläutert ist, werden gleichzeitig zwei im Abstand voneinander gelegene Zahnflanken, die Abrundung oder Abschrägung ihrer Kopfkanten, die Profilabrundung dieser Zahnflanken am Zahnlückengrund und mindestens zur Hälfte der Zahnlückengrund selbst an jeder Zahnflanke bearbeitet« Meistens verlaufen die oberen Stirnflächen der Zähne und die Zahnlückengrundflächen parallel. Sie sind mehr oder weniger flach und stellen Rotationsflächen der Kupplungshälften dar, wenngleich in manchen Fällen geneigte Schneidwerkzeuge zur Verwendung kommen, um längere Zähne herauszuarbeiten, die Abrundungen zwischen dem Zahnlückengrund und den Zahnflanken

509832/0653

aufweisen, wobei die Zahnlückengrundflächen die Gestalt zweier flacher, etwas kegliger Rotationsflächen haben. Bei den meist gebräuchlichen Herstellungsverfahren erstreckt sich die Werkzeugachse im wesentlichen parallel zur Achse des Werkstücks, und die Zahnflanken stellen keglige Rotationsflächen dar, deren gerade Mantellinien zur Achse des Werkstücks geneigt sind und mit Kegelmantellinien der Schleiffläche oder der von den geraden Schneidkanten des Messerkopfes beschriebenen Fläche zusammenfallen, wobei diese Mantellinien in einer Axialebene des Schneidwerkzeugs liegen. Die Kegelmantellinien der Zahnflanken sind also zur Werkzeugachse um einen Winkel geneigt, der dem normalen Zahneingriffswinkel entspricht.

Bei Verwendung des oben erläuterten bekannten Verfahrens und der bekannten Ausgestaltung der Kerbzahnkupplung ergibt sich die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, wenn der herauszuarbeitende Kupplungszahnkranz sich an einem Maschinenteil befindet, der einen aus einem Stück mit ihm bestehenden Vorsprung hat, der in den Wirkungsbereich des Werkzeugs hineinragt. Ein solcher Vorsprung kann zum Beispiel ein den Kranz der Kupplungszähne umgebender zylindrischer Steg sein, der in Achsenrichtung von der den Turbinenschaufelkranz tragenden Scheibe vorspringt und über die Ebene hinausragt, in der die Zahnlückenböden liegen. Wenn nicht gerade dieser Steg einen so großen Durchmesser hat, daß er sich mit Spielraum um den gesamten Bewegungsbereich des Werkzeugs erstreckt, dann schneidet das Werkzeug beim Herausarbeiten der Kupplungszähne Kerben in den Steg hinein oder verstümmelt ihn sonstwie.

Für die Fälle, bei denen ein solcher vorspringender Steg nur an einer Kupplungshälfte aus einem Stück mit ihr vorgesehen ist, ist eine Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen worden. Dabei wird das die Kupplungszähne herausarbeitende Werkzeug gegenüber dem Werkstück derart ausgerichtet, daß bei der Teilschaltung des Werkstücks das Werkzeug in aufeinanderfolgenden axialen Werkstückebenen in einer solchen Richtung gekippt liegt, daß es am inneren Ende in die Kerbzahnlücken tiefer einschneidet als am äußeren Ende

509832/0653

der Kerbzähne. Infolgedessen können die Messerspitzen des Werkzeugs auf einem Kreis wandern, der sich im Abstand von dem vorspringenden Steg des Werkstücks befindet. Ein solches Kippen des Messerkopfes erfordert es aber, daß beim Bearbeiten der anderen Kupplungshälfte der Messerkopf um etwa den gleichen Betrag in der entgegengesetzten Richtung relativ zum Werkstück gekippt wird. Das bedeutet aber ein Kippen in einer Richtung, derzufolge am inneren Zahnende tiefer eingeschnitten wird als am äußeren Zahnende. Dieses Kippen ist erforderlich, um genau oder annähernd füreinander passende Zahnflanken an den Kupplungshälften zu erzeugen, wenn die zur Anlage aneinander gelangenden Zahnflanken keglige Rotationsflächen sind. Bei Verwendung dieser bekannten Lösung muß daher die andere Kupplungshälfte abweichend von der ersten Kupplungshälfte gestaltet sein. Bei ihr muß nicht nur der vorspringende zylindrische Steg fehlen; es muß auch die Außenfläche des zu verzahnenden Bereiches bis unter den Zahnfuß der Kupplungszähne hinterschnitten sein, weil die Messerspitzen auf einem Kreis wandern, der in diesem Bereich tiefer in das Werkstück einsticht. Häufig wird daher der Entwurf dieser Kupplungshälfte erheblich erschwert oder gänzlich unannehmbar gemacht, weil der Gestaltung des Kupplungsteils Grenzen gesetzt sind.

Erweist es sich beim Entwurf beider Kupplungshälften als erforderlich, Vorsprünge, wie Dichtungsringe oder zylindrische Stege, vorzusehen, gab es daher bisher keine Lösung der Aufgabe. Wollte man das einfache Herstellungsverfahren verwenden, bei dem die Kerbverzahnung durch Messerköpfe mit geraden Schneidkanten oder durch gerade profilierte Schleifscheiben herausgearbeitet wird und daher Zahnflanken erhält, die im wesentlichen Kegelflachen sind, dann mußte man das Einkerben oder Verstümmeln des ringförmigen vorspringenden Steges in Kauf nehmen. Bei einer bekannten Lösung der Erfindungsaufgabe ist kürzlich vorgeschlagen worden, die durch die Werkzeuge in den zylindrischen Stegen eingeschnittenen Kerben durch einen besonderen Dichtungsring zu überdecken.

Die erfindungsgemäße Lösung der vorstehend geschilderten Aufgabe sei im Folgenden kurz erläutert:

509832/0653

Die Erfindung stellt eine Verbesserung der vorstehend erläuterten Kerbzahnkupplung und ihres Herstellungsverfahrens dar und umfaßt einen neuen Entwurf dieser Kerbzahnkupplung. Bei diesem wird der grundsätzliche Gedanke beibehalten, die Kupplungszähne in der Längsrichtung auf beiden aneinanderliegenden Zahnflanken bei der einen Kupplungshälfte konvex und bei der anderen Kupplungshälfte konkav zu gestalten. Jede in dieser Weise neuartig gestaltete Kupplungshälfte kann dennoch durch einen umlaufenden Stirnmesserkopf herausgearbeitet werden, der um seine Achse umläuft und dabei die Fläche des Werkstücks so überfährt, daß das Werkzeug an zwei getrennten Stellen in der zu verzahnenden Zone des Werkstücks zum Schnitt kommt und Teile der entgegengesetzt zueinander gerichteten Flanken zweier im Abstand voneinander gelegenen Kupplungszähne zerspant, worauf die Teilschaltung durch eine relative Drehung von Werkzeug und Werkstück um die Werkstückachse erfolgt. Die Werkzeugachse kommt stets nacheinander in aufeinanderfolgende Axialebenen des Werkstücks zu liegen. Bei dieser spanabhebenden Bearbeitungsweise der Kupplungszähne entstehen zwei Kupplungshälften, deren jede Kupplungszähne aufweist, deren Flanken beide in der Längsrichtung gekrümmt sind oder der Länge nach von Ende zu Ende, wobei die Krümmungsmittelpunkte der Längs— krümmung der beiden entgegengesetzten Flanken eines jeden Kupplungszahnes an jeder Kupplungshälfte auf entgegengesetzten Seiten des Zahnes zu liegen kommen. Diese Eigenschaften sind bezeichnend für das Verfahren und für die Kupplungen nach der Erfindung, die von dem bekannten Verfahren und der bekannten Kupplung abgeleitet sind.

Ein grundsätzlich bedeutsames Erfindungsmerkmal besteht in der Verwendung von spanabhebenden Werkzeugen, die beim Bearbeiten beider Kupplungshälften erstens in einer Axialebene des Werkzeugs gekrümmt profilierte Rotationsflächen herausarbeiten, statt gerade profilierter Rotationsflächen, und zweitens zur Achse des Werkstücks geneigt sind, wobei die Richtung der Werkzeugneigung für die Bearbeitung jeder Kupplungshälfte so gewählt ist, daß in das Werkstück am inneren Ende statt am äußeren Ende tiefer eingestochen wird. Die beiden Kupplungshälften haben je sowohl in der

B09832/0653

Richtung der Zahnhöhe als auch, wie oben erwähnt, in der Längsrichtung eine Krümmung, und die Zahnlückenböden sind in der Längsrichtung konkav gestaltet»

Bei der einfachsten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens nach der Erfindung gelangen kugelförmig profilierte Messerköpfe zur Verwendung, deren einer eine konvexe Schneidfläche und deren anderer eine konkave Sehneidfläche aufweist, die beide denselben Kugelradius haben. Dabei werden Zahnflanken erzeugt, die vollständig zusammenpassen. Hinsichtlich der Krümmungsradien sind Abweichungen möglich, z.B« Abweichungen von der genauen Kugelform der Schneidflächen der Werkzeuge, um zu erreichen, daß die zur Anlage aneinander bestimmten Kupplungszahnflanken in Richtung der Zahnhöhe oder in Längsrichtung abweichend voneinander gekrümrat sind.

Bekanntlich ist es bei den bekannten Kerbzahnkupplungen mit kegligen Zahnflanken (die in jeder Axialebene des Werkzeugs gerade profiliert sind) nur dann möglich, Ejjpp lungs zahnflanken zu erzeugen, die vollständig zusammenpassen oder in genau beherrschbarer Weise unterschiedliche Krümmungen haben, wenn bei eingerückter Lage der beiden Kupplungshälften die entsprechenden Werkzeugachsen entweder zusammenfallen oder um die Kupplungsachse in eine parallele Beziehung zueinander drehbar sind. Haben die beiden Kupplungshälften zylindrische Vorsprünge, die aus einem Stück mit ihnen bestehen, oder anders gestaltete Vorsprünge, dann führt die erforderliche Kipplage des Werkzeugs bei dem Versuch, die üblichen Kegelflächen herauszuarbeiten, zu Kegelmantellinien, die einander mit erheblichen Zahnflanken-Interferenzen kreuzen. Die Erfindung vermeidet solche Interferenzen durch Verwendung kugliger oder annähernd kugliger Messerköpfe, die ein solches Kippen der Messerköpfe gestatten, daß diese am inneren Ende der Zahnlücke in beide Kupplungshälften so tief einstechen, wie es erforderlich ist, um ein Anstoßen an den Vorsprüngen der Kupplungshälften zu vermeiden, aber dennoch aufeinanderliegende Zahnflanken zu erzeugen, die entweder vollständig aneinander liegen oder in einer bestimmten genau steuerbaren Weise aneinander an-

509832/0653

liegen,

Die Erfindung sei nunmehr im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 zwei Turbinenschaufelräder, die durch die Kerbzahnkupplung nach der Erfindung miteinander vereinigt sind und je zur Abdichtung einen vorspringenden zylindrischen Steg haben, wobei die beiden Stege einander mehr oder weniger genau berühren,

Fig. 2 und 3 Teillängsschnitte der beiden nebeneinander liegenden Turbinenschaufelräder der Fig. 2, wobei der abdichtende ringförmige Vorsprung und die Kupplungszähne dargestellt sind, deren Zahnlüekenböden geneigt verlaufen und die daher dem Werkzeug gestatten, im Abstand von den Vorsprüngen zu verbleiben. Die Werkzeuge sind gestrichelt dargestellt, und die beiden Schaufelräder sind der Deutlichkeit halber in Achsenrichtung voneinander getrennt wiedergegeben,

Fig. 4 und 5 in einer den Figuren 1 und 3 entsprechenden Weise die bekannte Kerbzahnkupplung, bei der die äußeren ringförmigen, der Abdichtung dienenden Vorsprünge eingekerbt sind,

Fig. 6 einen schematischen Teilschnitt der Kupplung, wobei die Schnittebene etwa durch die Mitte der Höhe der Kupplungszähne lotrecht zur Umlaufachse des Schaufelrades verläuft und wobei die Kupplungszähne eine konvexe Längskrümmung aufweisen und die Kupplungszähne innerhalb des Werkzeugkreises in einer Teilschaltstellung wiedergegeben sind und ein Segment des ringförmigen Vorsprunges dargestellt ist,

Fig. 7 die Ansicht einer Ebene, die rechtwinklig zur Linie OP der Figur 6 verläuft und die beiden aneinanderliegenden Kupplungszähne teilweise dargestellt sind,

Fig. 8 die beiden Messerköpfe in einer axialen Ebene der Kupplung, welche die Linie OC der Figur 6 enthält und auch die ge* neigten Messerkopfachsen der Erfindung aufnehmen, wobei es sich also um eine Axialebene handelt, die de» Werkstück und den beiden Messerköpfen gemeinsam ist,

Fig. 9 eine axiale Ebene der Kupplung, welche die Linie ÖP der Fig. 6 enthält und die Umrisse der Zahnprofile zeigt, die in die Zeichenebene gedreht sind.

509832/0 653

In den Figuren 1, 2 und 3 sind zwei Kerbzahnkupplungen 2 und 4 veranschaulicht, die erfindungsgemäß ausgestaltet sind. Jede Kupplungshälfte besteht aus einem Stück mit einem Turbinenschaufelrad 6 bzw. 8. Die Schaufelräder und die Kupplungen sind symmetrisch zu ihrer Achse 10 ausgestaltet. Jedes Turbinenschaufelrad hat einen ringförmigen Vorsprung 12, 14, der den die Kupplungszähne aufnehmenden Raum umgibt und abdichtet. Die Stirnflächen 16 und der Vorsprünge 12 und 14 fallen mehr oder weniger genau mit der Teilkreisebene 20 der Kupplungszahnkränze zusammen. Diese Ebene ist die gemeinsame Rotationsebene, die bei den veranschaulichten Ausführungsbeispielen an die Stelle gelangen soll, welche die mittlere Zahnhöhe der Kupplungszähne darstellt. Die gestrichelt wiedergegebenen Messerköpfe 22, 24 haben außen und innen schneidende Messer, welche kugelförmige oder annähernd kugelförmige Rotationsflächen beschreiben. Diese Flächen haben im wesentlichen gleich bemessene Krümmungsradien 26 und 28. Die innen zum Schnitt kommenden Messer in Figur 2 und die außen zum Schnitt kommenden Messer in Figur 3 können gekrümmt oder gerade ausgeführt sein, je nach Wunsch, da sie nur als Schrupp-Messer dienen.

Wie ersichtlich, ist jede Messerkopfachse 30, 32 zur Achse des zugehörigen Werkstücks in Werkstüek-Axialebenen geneigt, und zwar je in einer solchen Richtung, daß der Messerkopf am inneren Ende der Zahnlücke tiefer einsticht als am äußeren Zahnlückenende. Die Neigung jeder Messerkopfachse reicht dafür aus, daß die Messerspitzen sich mit Abstand an den Stirnflächen 16 und 18 der ringförmigen Vorsprünge an den Stellen P„_D vorbeibewegen. An diesen

KjMT

Stellen kreuzen sich ungefähr der Kranz der Messerspitzen und der innere Kreis der Stirnflächen der Vorsprünge. Bestimmen kann man die hierzu erforderliche Neigung sehr einfach aus dem zeichnerischen Entwurf, nachdem man die grundsätzlichen Proportionen von Kupplung und Messerkopf vorübergehend gemäß der bekannten Konstruktion festgelegt hat. Die zunächst geschätzte Neigung wird dann überprüft um sicherzustellen, daß nach Fertigstellen des Entwurfes in der nachstehend erläuterten Weise der erforderliche Platz zwischen den Messerköpfen und den Stirnflächen 16, 18 verbleibt.

509832/0653

Verwendet man gekrümmte Schneidprofile der Messerköpfe oder Schleifscheiben beim Herstellen der hier beschriebenen Kerbzahnkupplung, dann braucht das Maß der Neigung zwischen Werkzeug und Werkstück bei der einen ICupplungshälfte nicht notwendigerweise ebenso groß zu sein wie bei der anderen Kupplungshälfte, solange nur die Eingriffswinkel entsprechend aufeinander abgestimmt sind. Dies stellt ein zusätzliches Merkmal des neuartigen Verfahrens dar, das in manchen Fällen von besonderem Wert sein kann, in denen die von den Werkzeugen zu versehonenden Vorsprünge an den beiden Kupplungshälften nicht übereinstimmend gestaltet sind.

Figur 4 zeigt zwei Kerbzahnkupplungen 34, 36, die demselben Zweck dienen, wie die in Figur 1 gezeigten. Figur 5 entspricht Figur 3 und zeigt eine Kupplungshälfte und das zu ihrer Herstellung dienende Werkzeug bei dem bekannten Verfahren, das eingangs erläutert wurde. Ebenso wie bei den nebeneinanderliegenden Turbinenschaufelrädern 6, 8 der Figur 1 sind die Schaufelräder 38 und 40 der Figuren 4 und 5 mit ringförmigen Vorsprüngen 42, 44 versehen, die aus einem Stück mit den Schaufelrädern bestehen und bis zur Teilebene 46 der Kupplung vorspringen, so daß ihre Stirnflächen mit dieser Teilebene zusammenfallen. Die Zahnfußflächen jeder Kupplungshälfte liegen in einer ebenen Rotationsfläche, und dies gilt auch für die Messerspitzen der Messerköpfe, wenn diese in das Werkstück bis zur vollen Zahnlückentiefe eingestochen haben. Da die Werkzeuge Durchmesser aufweisen, die den in den Figuren 2 und 3 wiedergegebenen sehr weitgehend entsprechen, ergibt sich (wie oben erläutert und in US-PS 3 356 339 dargestellt), daß Kerben 47, 49 in die Vorsprünge 42, 44 eingeschnitten werden.

Die Figuren 6 bis 9 stellen Entwurfszeichnungen dar, aus denen sich Einzelheiten der geometrischen Grundlagen des neuen Verfahrens ergeben, die kuglige Flächen schneidenden Messerköpfe für beide Kupplungshälften auszurichten. Auch ersieht man die Merkmale der neuen Verzahnung der beiden Kupplungshälften.

509832/0653

In Figur 6 ist ein Teilschnitt der Kerbzahnkupplung in einer Rotationsebene wiedergegeben, die durch die Mitte der Zahnhöhe verläuft. Diese Ebene kann als Teilungsebene bezeichnet werden. Man blickt beim Betrachten der Figur 6 in Richtung auf diejenige Kupplungshälfte, deren Zähne gewölbte Zahnflanken haben, die durch die innen schneidenden Messer geschlichtet werden. Die Punkte P und P¹ liegen auf dem mittleren Teilkreis. Der Punkt C gibt die Achse eines Messerkopfes wieder, der für eine dem Stande der Technik entsprechende Kupplungshälfte bestimmt ist. Die Linie r oder PC stellt den Radius eines solchen Messerkopfes in der Teilungsebene dar. Der Kreisbogen c stellt diejenige Kurve in der Teilungsebene dar, die durch einen solchen Messerkopf erzeugt würde» Die Linie A oder OP ist der mittlere Teilkreisradius der Kupplung. Die Linien OP und PC stehen lotrecht aufeinander. Was in Figur 6 dargestellt ist, liefert die Grundlage für den Gegenstand der Erfindung, der nunmehr mit Bezug auf Figuren 7 bis 9 erläutert werden wird. Bei dsr neuartigen Kerbzahnkupplung sind die Zahn— flanken von innen nach außen genau genommen nicht kreisförmig, sondern sehwach elliptisch gekrümmt, und die Ellipsen gehen durch die Punkte P und P· hindurch. Der Abschnitt 50 stellt einen Teil des kreisförmigen Vorsprunges dar, dessen Stirnfläche mehr oder weniger genau in der Teilungsebene liegt, wenigstens bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel. Der Punkt Ρ~_ρ auf dem Vorsprung stellt ungefähr den Punkt dar, an welchem der Messerkopf die Stirnfläche des kreisförmigen Vorsprunges einkerben würde, wenn der Messerkopf nicht geneigt angeordnet wäre.

Die in Figur 7 dargestellte Ansicht liegt in einer die Zähne lotrecht zu den Zahnflanken schneidenden Ebene, die durch den Punkt P verläuft. Dabei sind in Figur 7 Teile der aneinanderliegenden Kerbzähne der Kupplungshälfte W und der Kupplungshälfte ¥_. wiedergegeben₀ Die Zahnflanken der Kupplungshälfte ¥ sind von innen nach außen konvex gekrümmt und die Zahnflanken der Kupplungshälfte W konkav gekrümmt. Die Linie PC stellt in Figur 7 die Teilungsebene dar, und der Winkel 0 ist der normale Eingriffswinkel an der Stelle P. Die Linie X gibt die Achse eines imaginären Messerkopfes wieder, der dem Stande der Technik entspricht, während die Linie r_¥ oder

509832/0653

PCLj die wahre Länge des normalen Krümmungsradius der Zahnflanken nach der Erfindung darstellt, die als Teile zu betrachten sind, welche in den Zahnhöhen des Kreisbogens c enthalten sind. Der Punkt C_n liegt auf der Messerkopfachse X_Q, die in Figur 6 durch den Punkt C dargestellt ist, wobei dieser Messerkopf einem Teil entspricht, der in der üblichen und bekannten Weise entworfen ist. Die Linie X. gibt in Figur 7 die Achse des kugligen Messerkopfes wieder, der erfindungsgemäß für die Kupplungshälfte mit den konvex gekrümmten Zahnflanken bestimmt ist, und der Punkt Χ^_ρ stellt den Schnitt dieser Messerkopfachse mit der Teilungsebene dar. Die Achse X. geht durch den Punkt C^ hindurch. Ihre Lage ergibt sich unmittelbar aus Figur 8. Die Teilgrößen b und b der Zahnhöhe

Ä- V

liegen in der Ebene der Figur 7 und stellen den Zahnfuß der beiden Kupplungshälften mit den konvexen und konkaven Zahnflanken am Kupplungsradius A dar, vgl. Figur 6. Sie sind bei der veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform gleich bemessen.

Figur 8 ist eine Ansicht derjenigen Axialebene der Kupplung, welche die Linie OC der Figur 6 enthält. Veranschaulicht sind X ,

die Achse der Kupplung und die Projektion des Punktes P auf der Linie ÖC, die wiederum die Teilebene in dieser Darstellung wiedergibt. Die Teilgrößen b und b sind der Darstellung entsprechend lotrecht zur Teilungsebene vom Punkt P aus gemessen und enden an den Punkten 5^» bzw. 52. Der Punkt P__p ist der Einfachheit halber auf der Linie OC dargestellt, da die Stirnflächen der kreisförmigen Vorsprünge 50 bekanntermaßen mit der Teilebene zusammenfallen. Der Krümmungsradius r^ ist ausgehend vom Mittelpunkt C_n des Kreisbogens dargestellt. Ferner sind die Schneidkanten der beiden Messerköpfe T. und T„ dargestellt. Die Schneidenlängen E^ und E₂ übertreffen etwas die halbe Zahnlückenbreite an den schmälsten Stellen. Die Einstellung ihrer Neigungswinkel ergibt sich aus einer Rechnung derart, daß sich ebene Zahnlückenböden über die ganze Zahnlückenbreite oder eine dachförmige Gestalt des Zahnlückenbodens in der Breitenrichtung ergibt. Man erhält das geringste Maß der Neigung der Messerkopfachse, die erforderlich ist, damit die Messerköpfe T^ oder T„ die ringförmigen Vorsprünge 50 verschonen, aus Linien, die durch die Punkte 52 und 5^ und den Punkt P„„ auf den

509832/0653

2U5113

entgegengesetzten Seiten der Teilungsebene hindurchgehen. Wegen der Lage der Stirnflächen der ringförmigen Vorsprünge bei diesem Ausführungsbeispiel können die Neigungswinkel i^. und ig der Werkzeuge gleich oder annähernd gleich bemessen werden. Natürlich ist es dabei nicht notwendig, daß diese Winkel einander gleichen, solange als der Krümmungsradius r„ beibehalten wird, wenn ein sattes Aneinanderliegen der Zahnflanken der Kupplungszähne in der Längsrichtung erwünscht ist und die Krummungsmittelpunkte an beiden Messerköpfen bei C„ zusammenfallen. Die Messerwinkel der Messerköpfe am Mittelpunkt P hängen von den gewählten Neigungswinkeln ab.

Falls es erwünscht ist, daß die Zahnflankenkrümmungen der beiden Kupplungshälften voneinander abweichen, dann läßt sich das grundsätzlich in derselben Weise erreichen, wie bei den vorbekannten Kerbzahnkupplungen dieser besonderen Art mit kegligen Zahnflanken. Wer die hier offenbarte Bauart mit satt aufeinander liegenden Zahnflanken versteht, bedarf hierfür keiner näheren Weisungen.

So kann man beispielsweise den Messerkopf mit konvexen Zahnflanken mit einem Werkzeug schneiden, das eine kleinere Kugelfläche spanabhebend bearbeitet, um für das Zahnprofil und die Zahnlänge zahlenmäßig etwa gleich große Abweichungen der Krümmungen zu verwirklichen. Dabei wird eine kleinere Zahl von Zähnen im Bearbeitungsbereich von dem Messerkopf umfahren, wie es in Figur 6 gestrichelt dargestellt ist. In Figur 6 ist in der Bearbeitungszone eine neue Symmetrielinie OC' ersichtlich, wobei eine Schnittkurve durch P und P^M verläuft. In Figur 7 liegt der neue Krümmungsmittelpunkt C' in der Zeichenebene auf der ursprünglichen Zahnflankennormalen.

PC'_N stellt den neuen Kugelkrümmungsradius für die konvexe Zahnkurve dar. Die Achse des neuen Schneidwerkzeugs zum Schneiden der Kupplungshälfte mit den konvexen Zahnflanken, die an den Zahnflanken der anderen Kupplungshälfte mit beschränkter Anlage angepaßt sind, geht durch den Punkt C'_N und liegt in der Ebene, die auf der Zeichenebene der Figur 6 lotrecht steht und die Linie OC · enthält. Verschwenkt man die ganze Konstruktion der Figur 6 um

509832/0653

einen Winkel '.* um den Punkt O, dann kommt die Linie ÖC'_N zum Zusammenfallen mit der ursprünglichen Lage der Linie ÖC. Aueh hier wiederum kann man die Neigung der Achse X₁ des neuen Messerkopfes, die erforderlich ist, um den ringförmigen Vorsprung 50 zu verschonen, dadurch ermitteln, daß man die Punkte C'_N1, P₁, P¹Qp₁ aus der Figur 6 in die Figur 8 projiziert und den um den Mittelpunkt C¹VT₁ mit dem Krümmungsradius PC'_N beschriebenen Kreisbogen von der Figur 7 projiziert.

Wie stark die Profile der aneinanderliegenden Flanken der Kupplungszähne voneinander abweichen, läßt sich unabhängig von der Abweichung der Längskrümmungen dadurch ermitteln, daß man die relativen Mittelpunkte der Zahnflankenkrümmung in der Zahnhöhe an Stellen verlegt, die im notwendigen Abstand vom Punkt P gewählt sind. Natürlich brauchen diese Mittelpunkte nicht auf den Messerkopfachsen zu sitzen. Zum Beispiel kann in extremsten Fällen der Krümmungsmittelpunkt des sich in der Höhenrichtung des Zahnes erstreckenden Profils für den Messerkopf, der die konkave Zahnflanke bearbeitet, in einem bestimmten Abstand vom Punkt P liegen, wobei die Zahnflanke in der Höhenrichtung im wesentlichen gerade verläuft und daher die Verwendung gerader Schneidkanten des Werkzeugs für die Bearbeitung dieser Kupplungshälfte gestattet.

Figur 9 stellt eine Ansieht einer axialen Ebene der Kupplung dar, welche die Linie OP der Figur 6 enthält und die Umrisse der Zahnprofile zeigt, die in die Bildebene gedreht sind. Die Kopffläche jeder Kupplungshälfte kann als eine ebene Rotationsfläche ausgebildet sein. Das gilt für eine oder beide Kupplungshälften. Die Kopffläche kann aber auch eine Kegefläche sein, die im allgemeinen parallel zu beiden Zahnfußwinkeln verläuft und durch die mittleren Punkte geht. Diese Winkel werden wie folgt berechnet:

tg e~ = ^sin

1 - tg Ji cos & tg ι

wobei \ = tg" A

i = Neigungswinkel des Messerkopfes zur Werksttickachse 0 = normaler Eingriffswinkel in der Teilungsebene am mittleren Punkt P

509832/0653

- Ik -

Die Kurven R^, R₂ am Zahnlückengrund lassen sich leicht ermitteln.

Die Ecken der Zahnköpfe können leicht abgeschrägt werden. Die Schrägflächen bilden Rotationsflächen, die beim Bearbeiten der entsprechenden Zahnflankenflächen gleichzeitig hergestellt werden. Das geschieht durch entsprechende Ausgestaltung des Messerkopfes oder durch Abrichten der Schleifscheiben in bekannter Weise, Das ist bei der Herstellung der bekannten Kerbzahnkupplungen, die der Erfindung zugrunde liegen, allgemein üblich.

509832/0653

Claims (7)

1. Ansprüche

   Tj Kerbzahnkupplung, bei der die beiderseitigen Planken jeder Kupplungshälfte von einem zum anderen Ende längsgekrümmt sind und die Krümmungsmittelpunkte der Längskrümmung der entgegengesetzten Flanken eines jeden Zahnes bei jeder Kupplungshälfte auf entgegengesetzten Seiten des Zahnes liegen, wobei jede Zahnflanke auch in Richtung der Zahnhöhe gekrümmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnlückenböden jeder Kupplungshälfte (2, 4t) in der Längsrichtung konkav sind und daß die Zahnlücken jeder Kupplungshälfte (2, 4) am inneren Ende tiefer als am äußeren Ende bemessen sind.
2. 2. Kerbzahnkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderliegenden Zahnflanken satt aufeinanderliegende Kugelflächen sind.
3. 3. Kerbzahnkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderliegenden Zahnflanken etwas voneinander abweichende Krümmungsradien haben.
4. 4. Kerbzahnkupplung nach Anspruch 1, bei der die Zähne der einen Kupplungshälfte in der Richtung der Zahnhöhe gerade gestaltet s ind.
5. 5. Verfahren zum Verzahnen der Kerbzahnkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem

   a) das Verzahnen des Werkstücks durch ein umlaufendes Werkzeug nach Art eines Stirnmesserkopfes erfolgt, das auf die Fläche des Werkstücks spanabhebend derart einwirkt, daß die Schneidbahn des Werkzeugs in der zu verzahnenden Zone des Werkstücks an zwei getrennten Stellen einwirkt und dabei die entgegengesetzt gerichteten Flanken zweier im Abstand voneinander befindlichen Zähne der gewünschten Verzahnung herausarbeitet,

   b) dann eine Teilsehaltung durch relative Drehung von Werkzeug und Werkstück um die Werkstückachse erfolgt und

   c) die spanabhebenden Bearbeitungen und die Teilschaltungen

   , abwechseln, wobei die Werkzeugachse in aufeinanderfolgenden axialen Ebenen des Werkstücks zu liegen kommt, bis alle Zähne herausgearbeitet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei der spanabhebenden Be-

   509832/0653

   arbeitung

   1) die Achse (30 - X₀, 32 - X₄) des Werkzeugs (22 - T ,

   £ X "θ

   2k - T.) gegenüber der Achse (lü) des Werkstücks (6, 8) (in axialen Ebenen des Werkstücks) in einer Richtung geneigt wird (ij, ip) ^d*^{e fur} J^ede Kupplungshälfte so gewählt wird, daß am inneren Ende der Zahnlücken in das Werkstück tiefer eingestochen wird als am äußeren Ende und

   2) beim Verzahnen mindestens einer der beiden Kupplungshälften ein Werkzeug mit gekrümmten Schneidkanten verwendet wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der spanabhebenden Bearbeitung die Werkzeuge (24 - T.) beim Verzahnen einer Kupplungshälfte konvexe Kugelflächen herausarbeiten, während die Werkzeuge (22 - T₂) beim Verzahnen der anderen Kupplungshälfte konkave Kugelflächen herausarbeiten, die an den konvexen Kugelflächen satt anliegen.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verzahnen einer der Kupplungshälften ein Werkzeug mit geraden Schneidkanten verwendet wird und Flächen herausarbeitet, die einen im wesentlichen unendlichen Krümmungsradius in Richtung der Zahnhöhe haben.

   509832/0653