<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**.
<Desc / Clms Page number 1>
Shaft coupling
The invention relates to a shaft coupling in which one of two mutually engageable sprockets of power teeth is attached to each of the two shafts, at least one of the sprockets being displaceable in the axial direction of the shafts and at least one of the sprockets being mounted rotatably relative to the associated shaft in a limited area , and the parts of the power teeth of both ring gears that come into contact first when engaging have two roof-shaped surfaces that are inclined in the circumferential direction.
Such clutches are used in hydroelectric machine sets which are set up for both turbine and pump operation and have an electric machine, a turbine and a centrifugal pump. All three machines rotate together while the pump is in operation.
However, it must be possible to uncouple the pump when the turbine is in operation.
To couple when the machine set is at a standstill, in the known shaft couplings, the turbine and pump shafts have to be rotated against each other until the sprockets of the coupling halves, which are non-rotatably connected to the associated shaft, come into engagement. A coupling simply by moving the axially movable ring gear is not possible.
Overhaul clutches are known in which one ring of the power teeth is firmly connected to one of the parts to be coupled, the other ring of the power teeth is axially displaceable but non-rotatably connected to the other part to be coupled. Only shift teeth are rotatably arranged on the part to be coupled that carries them. This clutch can therefore not be engaged when the shafts to be coupled are at a standstill. In this clutch, which can only be engaged while the driving shaft is rotating, the shift teeth are used to prevent the power teeth from engaging in the meshing position (tooth-tooth gap) and to allow engagement only when the power teeth begin to engage as far as possible before the mutual meshing position .
The shift teeth are held above the force teeth of their coupling half by means of springs in the direction of engagement.
Furthermore, a claw coupling suitable only for the smallest torques is known, in which only a single tooth transmits power. One coupling half has two power teeth with a different pitch than the power teeth of the other coupling half. Of the two power teeth mentioned, the one who first encounters a tooth gap of the power tooth ring of the other coupling half engages, while the other remains supporting itself on a tooth tip of the power tooth ring of the other coupling half without force. Elements that can be addressed as shift teeth are not present in this coupling.
Finally, in clutches in which one of the power gear teeth is fixed with its coupling half and the other with its coupling half is axially displaceable and rotatably connected in a limited area, it is known to sharpen the tooth ends facing each other in the engagement direction or to make them roof-shaped. At a standstill, however, these clutches cannot be engaged in all positions of the shafts. If the two shafts are in such a way that the tooth tips of the gear rims meet exactly when one gear rim approaches the other, the tooth tips interlock and prevent engagement.
The invention aims to avoid the disadvantages of the known couplings. At a wave
<Desc / Clms Page number 2>
For this purpose, according to the invention, clutch of the type described at the outset is present in a manner known per se at least one shift tooth which can be retained above the power teeth of its clutch half and whose foremost part in the engagement direction is roof-shaped, this shift tooth being equally spaced with the power teeth of its clutch half and remaining in the division from its held position protruding beyond the power teeth into a position set back behind the power teeth, but the edge of the switching tooth formed by the roof-shaped surfaces is outside the division of the corresponding edges of the power teeth of its coupling half.
In this way, the shafts to be coupled can remain at rest during coupling when the machine set is at a standstill, and coupling takes place automatically as soon as, for example, a servo motor moving the axially movable ring gear in the engagement direction is acted upon, whereby the shafts can be in any mutual position.
When coupling the shafts at approximately synchronous speeds, the axially displaceable ring gear can be engaged in its entire width within the time during which the rotatable ring gear of a coupling half rotates relative to its associated shaft at the same speed as the ring gear of the other coupling half, so that the impact that occurs due to the difference in speed is absorbed by the whole teeth and no longer just by small tooth parts. The coupling takes place more smoothly and the tooth stress is significantly reduced.
By cushioning the stops that limit the range of rotation of the rotatable gear rim with respect to the associated shaft, impact stress on the teeth can be practically completely avoided.
The drawing shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention in a simplified representation. They show: FIG. 1 an axial section through a shaft coupling, along the line I-I of FIG
EMI2.1
Another embodiment of the part shown in FIG. 5, FIG. 7 an enlarged detail from FIG. 1 on a larger scale, FIGS. 8-10 sections along the line XX in FIG. 7 with different positions of the gear rims and FIG. 11 a section along the line XI-XI of FIG. 9.
The coupling shown connects two shafts 1 and 2. A hub 3 is drawn onto shaft 1 and a hub 4 is drawn onto shaft 2. The hubs are secured with nuts 5 and 6 respectively.
The hub 3 has an outside. toothing 3 ', in which a toothed ring 7 with teeth 7' which can be displaced in the axial direction of shafts 1 and 2 engages. The ring gear 7 is guided on the hub 3 by means of an annular shoulder 7 ″.
The hub 4 carries a toothed ring 8 which is rotatably mounted on it by means of balls 9. The toothed ring 8 has teeth 8 ′ and engages between stops 4 ′ of the hub 4 by means of stops 8 ″.
The stops 4 'and 8 "are dimensioned so that the hub 4 and the ring gear 8 can rotate against each other by approximately one tooth pitch.
From the teeth. 8 'of the ring gear 8, the tooth part on the right in the drawing is milled off on eight teeth evenly distributed over the circumference. In the remaining part 8 "'of the teeth and the stops 8" is a switching tooth 10 in the direction of engagement, i. H. in axial direction, movably mounted.
As can be seen in particular from FIGS. 7-10, the shift teeth 10 stand against the engaging ring gear 7 beyond the teeth 8 ′ and are held in this position by springs 11.
The teeth 7 'and 8' are beveled at the ends that touch each other first when engaging, so that they push each other to the side when they meet.
The shift teeth 10 held projecting beyond the teeth 8 ′ have correspondingly beveled ends.
Here, however, the front edges 14 of the inclined ends of the shift teeth 10 are arranged opposite the corresponding edges 12 of the teeth 8 ′ with a pitch offset in the circumferential direction.
The rotatable ring gear 8 is held relative to the shaft 2 or hub 4 by springs 15 in a central position of its range of rotation limited by the stops 4 ′ and 8 ″. These springs 15 are arranged in an annular channel 6 between cams 17 and 18. The cams 17 are attached to the ring gear 8, while the cams 18 are attached to a ring 19 firmly connected to the hub 4.
To engage the clutch when shafts 1 and 2 are at a standstill, from the disengaged position shown in FIG. 1 to the engaged position shown in FIG. 4, the ring attachment 7 ″ is moved from right to left by means of devices not shown.
<Desc / Clms Page number 3>
As can be seen from FIG. 8, the shift teeth 10 first come into contact with the teeth 7 ′. The shift teeth slide on the further movement of the ring gear 7 on the edge 13 and then on the smaller bevel of the teeth 7 'and press the rotatable ring gear 8 against the action of the springs 15 into an engagement position relative to the non-rotating ring gear 7. The shafts 1 and 2 remain at rest without turning.
In the position of the gear rims shown in FIG. 8, automatic engagement without the help of the shift teeth would not be possible, since in this position, as indicated by a dashed line, the edge 12 of the teeth 8 'and the edge 13 of the teeth 7' are straight would collide, so no relative rotation of the ring gears would be initiated.
However, if the edge 14 of the shift teeth 10 should accidentally hit the edge 13 of the teeth 7 ′ when the machines to be coupled are at a standstill, as shown in FIG. 9, the shift teeth will be counter to the action of the spring 11 and a locking device 21 pushed into the position shown in Fig. 10 until the inclined end surfaces of the teeth 7 'and 8' come to rest and turn the ring gear 8 - this time in the other direction of rotation - until an engagement position is reached and the ring gears can be pushed into one another.
In all other possible positions apart from the position shown in FIG. 9, the shift teeth 10 bring the ring gears 7 and 8 into the meshing position during coupling when the shafts 1 and 2 are at a standstill, as described for FIG.
The shift teeth 10 and the shortened teeth 8 '"used to support them are expediently designed so that they have play when the teeth 7' and 8 'engage in the tooth gaps and thus do not transmit any force.
To engage with shafts 1 and 2 running approximately synchronously, the shift teeth 10 must be so strong or so numerous that they can withstand the stresses at the beginning of the engagement in the ring gear 7.
However, it is expedient to attach devices which retract the shift teeth 10 for the coupling process against the spring 11 when the shafts are running, so that they come out of action.
Such a device can have a servo motor that can be actuated by hydraulic fluid, with the switching teeth being able to move at will.
However, as shown in FIG. 6, the device can also have a flywheel 20 which automatically pulls back the shift tooth 10 when a certain speed of the clutch is exceeded.
The engagement with shafts running approximately synchronously then takes place without shift teeth as follows.
Due to the remaining relative speed of the shafts 1 and 2, the teeth 7 'and 8' come into an engagement position of their own once. As soon as the first tooth sections mesh, the ring gear 8 begins to rotate at the same speed as the ring gear 7. whereby it rotates relative to shaft 2. During the time of this relative rotation, the ring gears 7 and 8 can move into one another along the entire width of the teeth 8 'without loading. Only when the aforementioned relative rotation is prevented by the stops 8 ″ 'contacting the stops 4 ′, the shafts 1 and 2 are forced to run at the same speed, and torque transmission begins.
The shift teeth do not have to be arranged in the same ring gear as the load-bearing teeth.
You could also intervene in a separate ring gear, which only needs to have the same number of teeth as the ring gears to be coupled.
The ring gears of the embodiment shown have straight face teeth. However, the measures according to the invention can also be applied analogously to other types of toothing. For example, the gear rims can have helical gears or gearing with teeth running in a plane perpendicular to the shaft axis.
** WARNING ** End of DESC field may overlap beginning of CLMS **.