DE2815604C3 - Bei Drehzahlgleichheit selbsttätig einrückbare Zahnkupplung - Google Patents
Bei Drehzahlgleichheit selbsttätig einrückbare ZahnkupplungInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
- F16D23/02—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches
- F16D23/10—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches automatically producing the engagement of the clutch when the clutch members are moving at the same speed; Indicating synchronisation
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Description
Die Erfindung betrifft eine bei Drehzahlgleichheit selbsttätig einrückbare Zahnkupplung der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 aufgeführten Gattung.
Bekannte Zahnkupplungen dieser Gattung (DF-PS 59 184 und DE-PS 1181992) sind in ein- und
ausgerücktem Zustand bis zu einem gewissen Grad gelenkig, um Fluchtungsfehler der miteinander kuppelbaren
Wellen ausgleichen zu können. Diese bekannten Zahnkupplungen dürfen aber nicht mit nennenswerten
Querkräften belastet werden, weshalb es erforderlich ist, daß beide miteinander kuppelbaren Wellen statisch
bestimmte Lagerungen aufweisen, also an je zwei Stellen gelagert sind. Infolge dieser Forderung sind
Wellenstränge zwischen einer Antriebsmaschine und einer angetriebenen Maschine, beispielsweise zwischen
einer Gasturbine und einem Generator, die durch eine solche bekannte Zahnkupplung miteinander kuppelbar
sein sollen, jedenfalls dann verhältnismäßig lang, wenn mit größeren Achsversetzungen der Gasturbinenwelle
und der Generatorwelle zu rechnen ist, derentwegen die Gasturbinenwelle über eine in zwei Ebenen flexible
Kupplung und eine sich daran anschließende Zwischenwelle mit der gattungsgemäßen Zahnkupplung verbunden
sein muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zahnkupplung der eingangs beschriebenen Gattung
derart zu gestalten, daß sie ohne selbst in ihrer Funktionsfähigkeit beeinträchtigt zu werden, im ein-
und ausgerückten Zustand imstande ist, Querkräfte zwischen den durch sie miteinander kuppelbaren
Wellen zu übertragen und dadurch ein ortsfestes Lager zu ersetzen.
Die Aufgabe ist die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Dadurch, daß das Radialspiel der Abtriebsnabe gegenüber dem mit der Antriebsnabe starr verbundenen
Lagerkörper geringer als das Radialspiel zwischen Schraubmuffe und Kupplungsstern ist, wird sichergestellt,
daß die Schraubmuffe nicht mit Querkräften belastet wird. Die Schraubmuffe und zugehörigen
Klinken sind empfindliche Bauteile, die unter allen Umständen leichtgängig sein müssen, damit ein
störungsfreies Ein- und Ausrücken der Zahnkupplung stets gewährleistet ist. Die erforderliche Gelenkigkeit
der Zahnkupplung im eingerückten Zustand macht es erforderlich, daß die ständig miteinander in Eingriff
stehenden Verzahnungen der Antriebsnabe und des Kupplungssterns in verhältnismäßig weiten Grenzen
gegeneinander kippbar sind. Diese Kippbarkeit ist bei ausgerückter Kupplung nicht erwünscht, da der
Kupplungsstern in einer solchen Stellung unbestimmt gelagert wäre, was zu Vibrationen und Verklemmungen
führen könnte. Im ausgerückten Zustand ist der Kupplungsstern durch seine Führungsfläche und die
zugehörige Fühlungsfläche an einer der beiden Naben zusätzlich zentriert, so daß die Drehachse des
Kupplungssterns mit der Drehachse einer der beiden Nabe übereinstimmt. Diese zusätzliche Zentrierung
wird beim Einrücken der erfindungsgemäßen Zahnkupplung aufgehoben, so daß der Kupplungsstern die
erforderliche Gelenkigkeit der Zahnkupplung nicht behindert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Lagerkörper raumsparend innerhalb der
Abtriebsnabe angeordnet. Dabei ist es zweckmäßig, wenn zwischen Lagerkörper und Abtriebsnabe eine
ringförmige Lagerschale angeordnet ist.
Die erste Verzahnung des Kupplungssterns, die ständig mit der Verzahnung der Antriebsnabe in Eingriff
steht, ist vorzugsweise eine an sich bekannte Bogenverzahnung mit balligen Zähnen.
Damit die axiale Baulänge der erfindungsgemäßen Zahnkupplung möglichst gering ist, liegt das Zentrum
der ersten Verzahnung im eingerückten Zustand der Zahnkupplung vorzugsweise in der Mittelebene der
i.agerschale. Damit wird zugleich erreicht, daß die erfindurigbgemiiße Zahnkupplung unabhängig davon,
ob sie ein- oder ausgerückt ist, ein Gelenk zwischen den beiden durch sie miteinander kuppelbaren Wellen
immer an der gleichen Stelle bildet
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die mit der Führungsfläche d ;s Kupplungssterns zusammenwirkende Führungsfläche an der
Antriebsnabe ausgebildet Dadurch bleibt der Kupplungsstern in ausgerücktem Zustand stets gleichachsig
mit der Antriebsnabe. Die ständig miteinander in Eingriff stehenden Verzahnungen der Antriebsnabe und
des Kupplungssterns führen deshalb im ausgerückten Zustand selbst bei starken Achsfluchtungsfehlem der
miteinander kuppelbaren Wellen keine Relativbewegung aus und verschleißen infolgedessen nicht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher
erläutert Es zeigt
F i g. 1 ein Wellenstrang, teilweise im Axialschnitt, mit e;ner erfindungsgemäßen Zahnkupplung in eingerücktem
Zustand,
Fig.2 einen vergrößerten Axialschnitt der in Fig. 1
dargestellten Zahnkupplung, ebenfalls in eingerücktem Zustand,
F i g. 3 einen Axialschnitt der Zahnkupplung in ausgerücktem Zustand und
F i g. 4 eine noch stärker vergrößerte Schrägansicht der teilweise aufgeschnittenen Zahnkupplung in ausgerücktem
Zustand.
Gemäß Fig. 1 ist eine Gasturbinenwelle 10 durch eine in zwei Ebenen flexible Kupplung 12, eine
Zwischenwelle 14 und eine selbsttätig einrückbare Zahnkupplung 16 mit einer Generatorwelle 18 verounden.
Die Wellen 10 und 18 sind in je zwei ortsfesten Lagern 20 gelagert; die Zwischenwelle 14 ist dagegen
nur in einem einzigen ortsfesten Lager 20 gelagert, was durch die im folgenden beschriebene Gestakung der
Zahnkupplung 16 ermöglicht wird.
Zur Zahnkupplung 16 gehört ein innerer, rohrförmiger Lagerkörper 22, der gleichachsig an der Zwischenwelle
14 befestigt ist und mit einem Bund 24 endet. Auf dem Lagerkörper 22 ist eine Lagerschale 26 mit
Radialspiel gelagert.
An der Zwischenwelle 14 ist ferner eine Antriebsnabe 28 gleichachsig befestigt, die den Lagerkörper 22 mit
radialem Abstand umschließt. Die Antriebsnabe 28 hat an ihrem von der Zwischenwelle 14 entfernten, in den
Zeichnungen rechten Ende innen eine Geradverzahnung 30, die in ständigem Eingriff mit einer bogenförmigen
und balligen ersten Verzahnung 32 an der Außenseite eines Kupplungssterns 34 steht. Der
Kupplungsstern 34 weist an seiner Innenseite eine zweite Verzahnung 36 auf, die sich durch axiales
Verschieben des Kupplungssterns 34 mit einer komplementären Verzahnung 38 an der Außenseite einer
Abtriebsnabe 40 in Eingriff bringen läßt. Die Ligerscha-Ie
26 ist in die Abtriebsnabe 40 fest eingefügt. Die Verzahnungen 36 und 38 sind im dargestellten Beispiel
Schrägverzahnungen; die schraubende Bewegung, durch die sie miteinander in Eingriff bringbar sind, ist
durch einen Flansch 42 begrenzt, an dem die Abtriebsnabe 40 befestigt ist. Der Flansch 42 ist
seinerseits auf der Genera! -■■ i>
,.':■; 18 befestigt.
Die Abtriebsnabe 40 umschließt die Lagerschale 26 ohne nennenswertes radiales Spiel und begrenzt deren
axialen Spielraum durch einen inneren Bund 44. Somit ist die Zwischenwelle 14 über den Lagerkörper 22, die
Lagerschale 26, die Abtriebsnabe 40 und den Flansch 42 derart mit der Generatorwdle 18 verbunden, daß diese
beiden Wellen sich zwar gegenseitig stützen, aber einen Fluchtungsfehler haben können, der in Fig. 1—3 mit
dem Winkel α stark übertrieben dargestellt ist. Die Zwischenwelle 14 kann auch gegenüber der Gasturbinenwelle
10 einen Fluchtungsfehler aufweisen, der in Fig. 2 mit dem Winkel β und in Fig. 1 mit der
Achsversetzung a ebenfalls stark übertrieben dargestellt ist.
Innerhalb des Kupplungssterns 34 is! auf der hohlen
Abtriebsnabe 40 eine Schraubmuffe 46 derart gelagert, daß sie in bezug auf die Abtriebsnabe 40 sowie in bezug
lu auf den Kupplungsstern 34 drehbar, jedoch nur
gemeinsam mit dem Kupplungsstern 34 in bezug auf die Abtriebsnabe 40 axial verschiebbar ist. Die Schraubmuffe
46 weist an ihrer Außenseite ein Steilgewinde 48 auf, das mit einem Steilgewinde 50 an der Innenseite eines
rohrförmigen Ansatzes der Abtriebsnadel 40 ständig verschraubt ist. Die Steigung der Steilgewinde 48 und 50
stimmt der Richtung nach mit der Steigung der Schrägverzahnungen 36 und 38 überein, ist aber dem
Betrag nach kleiner, d. h. der Schrägungswinkel der Steilgewinde 48 und 50, die auch als Schrägverzahnungen
bezeichnet werden können, ist größer als der Schrägungswinkel der Verzahnungen 36 und 38. So
kann der Schrägungswinkel der Steilgewinde 48 und 50 beispielsweise 40° betragen; der Schrägungswinkel der
Verzahnungen 36 und 38 kann dann, bezogen auf zugehörigen Bezugsdurchmesser, z. B. 25° betragen,
wobei die Verzahnungen 36 und 38 an ihren beim Einrücken zuerst miteinander in Eingriff kommenden
Enden zweckmäßigerweise eine Anschrägung aufwei-
Ji) sen, deren Steigung derjenigen der Steilgewinde 48 und
50 entspricht.
An der Außenseite der Schraubmuffe 46 ist eine Klinkenverzahnung 52 ausgebildet, der ein Satz Klinken
54 zugeordnet ist. Die Klinken 54 sind, wie vor allem aus
i"> Fig. 4 ersichtlich ist, in je einer radial nach innen
offenen Ausnehmung 56 des Kupplungssterns 34 gelagert und haben je eine Kippkante 58, mit der sie sich
kippbar am Kupplungsstern 34 abstützen.
Der Kupplungsstern 34 hat einen von dem Flansch 42
•>o weg gerichteten, im wesentlichen zylindrischen Fortsatz
60, an dessen Ende eine zylindrische oder leicht ballige, mit einer Anschrägung versehene äußere Führungsfläche
62 ausgebildet ist. Der axiale Abstand der Führungsfläche 62 von der balligen Verzahnung 32 des
■45 Kupplungssterns 34 beträgt vorzugsweise 20 bis 50%.
im dargestellten Beispiel etwa 30%, des Außendurchmessers der Verzahnung 32. Der äußeren Führungsfläche
62 ist eine zylindrische innere Führungsfläche 64 an der Antriebsnabe 28 derart zugeordnet, daß beide
V) Führungsflächen gemäß Fig. 2 einen Schiebesitz
miteinander bilden können ohne daß der gegenseitige Eingriff der beiden Verzahnungen 30 und 32 verlorengeht.
Der Durchmesser der Führungsfläche 64 ist kleiner als der Innendurchmesser der Geradverzahnung
"ή 30, so daß der Zusammenbau der Antriebsnabe 28 mit
dem Kupplungsstern 34 ohne Schwierigkeiten möglich ist.
Bei ausgerückter Zahnkupplung 16 ist der Kupplungsstern 34 durch das Zusammenwirken seiner bogenför-
migen Verzahnung 32 mit der Gcradverzahnung 30 sowie durch das Zusammenwirken seiner Führungsfläche
62 mit der Führungsfläche 64 in der Antriebsnabe 28 derart festgehalten, daß beide nicht nur drehfest,
sondern auch biegesteif miteinander verbunden sind;
μ der Kupplungsstern 34 kann sich also in bezug auf die
Antriebsnabe 28 weder um die bei ausgerückter Kupplung gemeinsame Drehachse A drehen, noch um
eine zu dieser Achse A normale Achse kippen. Dagegen
sind im ausgerückten Zustand der Zahnkupplung 16 Bewegungen der Abtriebsnabe 40 samt Lagerschale 26
und Schraubmuffe 46 in bezug auf die Antriebsnabe 28 samt Kupplungsstern 34 in de.i Grenzen möglich, die
durch das Radialspiel zwischen dem Lagerkörper 22 und der Lagerschild 26 festgelegt sind. Wenn also die
Zwischenwelle 14 gegen die Generatorwelle 18 um den Winkel α geneigt ist, tritt dieser Winkel λ auch als
Neigungswinkel zwischen dem Kupplungsstern 34 und der Abtriebsnabe 40 auf.
Im ausgerückten Zustand verharrt die Zahnkupplung 16 solange, wie die Zwischenwelle 14 bei sich
vorwärtsdrehender Generatorwelle 18 stillsteht oder sich langsamer dreht als die Generatorwelle. Sobald die
Zwischenwelie Ϊ4 anfängt, sich schneller zu drehen als die Generatorwelle 18, nehmen die Klinken 54 über die
Klinkenverzahnung 52 die Schraubmuffe 46 in Drehrichtung mit und schrauben diese, von der in F i g. 3
gezeigten Stellung ausgehend, tiefer in die Abtriebsnabe 40 hinein. Dabei nimmt die Schraubmuffe 46 den
Kupplungsstern 34 in axialer Richtung, in den Zeichnungen nach rechts mil, so daß die Innnenverzahnung
36 des Kupplungssterns 34 mit der Außenverzahnung 38 der Abtriebsnabe 40 in Eingriff kommt.
Durch das Drehmoment, das damit durch die Schrägverzahnung geleitet wird, entsteht eine Axialkraft,
die den Kupplungsstern 34 an den Flansch 42 drückt. Dies hat zur Folge, daß eine Winkelabweichung
zwischen dem Kupplungsstern 34 und der Abtriebsnabe 40 nicht mehr bestehen kann; beide sind bei vollständig
eingerückter Zahnkupplung 16 nicht nur drehfest.
sondern auch biegesteif miteinander verbunden. Den noch läßt die Zahnkupplung 16zu,daßdieZwischenwel
Ie 14 in bezug auf die Generatorwelle 18 weiterhin un den Winkel λ schrägsteht. Dies wird dadurch ermög
licht, daß beim Einrücken der Zahnkupplung, währenc des Ineingriffkommens der Verzahnungen 36 und 3f
von Kupplungsstern 34 und Abtriebsnabe 40, die Führungsflächen 62 und 64 infolge der Axialverschie
bung des Kupplungssterns 34 außer Eingriff kommen, se daß der Kupplungsstern 34 nun in bezug auf die
Antriebsnabe 28 um das Zentrum Z seiner balliger Verzahnung 32 kippen kann. Beim Einrücken dei
Zahnkupplung 16 gewinnt also der Kupplungsstern 34 eine zusätzliche Bewegungsfreiheit gegenüber dei
Antriebsnabe 28 während er seine Bewegungsfreiheil gegenüber der Abtriebsnabe 40 verliert.
Die Lagerschale 28 ist durch den äußeren Bund 24 de; Lagerkörpers 22 und durch den inneren Bund 44 dei
Abtriebsnabe 40 in axialer Richtung derart festgelegt daß ihre Mittclebene M bei eingerückter Zahnkupplung
das Zentrum Z der bogenförmigen Verzahnung 32 enthält.
Die beiden durch die Zahnkupplung 16 miteinander verbundenen Wellen 14 und 18 sind also durch die
Zahnkupplung 16 in deren eingerücktem wie in derer ausgerücktem Zustand einerseits aneinander gelagert
so daß sie nur eng begrenzte Radialbewegungen in bezug aufeinander ausführen können, andererseits aber
in ihrer Winkelbeweglichkeit in bezug aufeinander ' durch die Zahnkupplung 16 nicht behindert sind.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Bei Drehzahlgleichheit selbsttätig einrückbare Zahnkupplung mit einer verzahnten Antriebsnabe,
einer verzahnten Abtriebsnabe, einem axial verschiebbaren Kupplungsstern, der durch eine an ihm
ausgebildete erste Verzahnung mit der Antriebsnabe drehfest, jedoch axial verschiebbar verbunden ist
und eine zweite Verzahnung aufweist, die durch axiales Verschieben des Kupplungssterns mit der
Verzahnung der Abtriebsnabe in Eingriff bringbar ist, und mit einer am Kupplungsstern drehbar
gelagerten Schraubmuffe, die durch eine Steilgewindepaarung mit der Abtriebsnabe verbunden ist, über
ein aus Klinken und einer Klinkenverzahnung bestehendes Klinkengesperre vom Kupplur-gsstern
in einer Drehrichtung mitnehmbar ist und bei ihrer dadurch hervorgerufenen Schraubbewegung den
Kupplungsstern in axialer Richtung mitnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebsnabe
(40) an einem mit der Antriebsnabe (28) starr verbundenen Lagerkörper (22) drehbar und
neigbar mit Radialspiel gelagert ist, daß zwischen Schraubmuffe (46) und Kupplungsstern (34) ein
größeres Radialspiel besteht, und daß der Kupplungsstern (34) in axialem Abstand von seiner ersten
Verzahnung (32) eine mit seiner Drehachse (A) konzentrische Führungsfläche (62) hat, die im
ausgerückten Zustand der Zahnkupplung (16) an einer entsprechenden Führungszylinderfläche (64)
einer der beiden Naben (28 oder 40) zentriert, im eingerückten Zustand aber von ihr getrennt ist.
2. Zahnkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper (22) innerhalb
der Abtriebsnabe (40) angeordnet ist.
3. Zahnkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lagerkörper (22) und
Abtriebsnabe (40) eine ringförmige Lagerschale (26) angeordnet ist.
4. Zahnkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verzahnung
(32) des Kupplungssterns (34) eine Verzahnung mit balligen Zähnen ist.
5. Zahnkupplung nach Anspruch 3 und 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum (Z) der ersten
Verzahnung (32) im eingerückten Zustand der Zahnkupplung (16) in der Mittelebene (M) der
Lagerschale (26) liegt.
6. Zahnkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der
Führungsfläche (62) des Kupplungssterns (34) zusammenwirkende Führungsfläche (64) an der
Antriebsnabe (28) ausgebildet ist.
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