CH621610A5

CH621610A5 -

Info

Publication number: CH621610A5
Application number: CH196178A
Authority: CH
Inventors: Otto Staedeli
Original assignee: Maag Zahnraeder & Maschinen Ag
Priority date: 1978-02-23
Filing date: 1978-02-23
Publication date: 1981-02-13
Also published as: JPS54123649A; IT1112014B; GB2015092B; FR2418377B1; IT7920376A0; FR2418377A1; GB2015092A; DE2815604B2; JPS5744856B2; DE2815604A1; US4266647A; DE2815604C3

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsttätig einrückbare Zahnkupplung mit einer verzahnten Antriebsnabe, einer verzahnten Abtriebsnabe, einem in bezug auf die Antriebsnabe axial verschiebbaren Kupplungsstern, der durch eine an ihm ausgebildete erste Verzahnung ständig mit der Antriebsnabe zu gemeinsamer Drehung 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 Schraubmuffe, die durch eine Steilgewindepaarung mit der Abtriebsnabe verbunden ist, gegenüber dem Kupplungsstern radiales Spiel hat, über ein aus Klinken und einer Klinkenverzahnung bestehendes Klinkengesperre vom Kupplungsstern in dessen Drehrichtung mitnehmbar ist und bei ihrer dadurch hervorgerufenen Schraubbewegung den Kupplungsstern in axialer Richtung mitnimmt.

Bekannte Zahnkupplungen dieser Gattung (DE-PS 1959 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 könnein. 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 ja 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 gattungs-gemässe Zahnkupplung miteinander kuppelbar sein sollen, jedenfalls dann verhältnismässig lang, wenn mit grösseren Achsversetzungen der Gasturbinenwelle und der Generatorwelle zu rechnen sind, derentwegen die Gasturbinenwelle über eine in zwei Ebenen flexible Kupplung und eine sich daran anschliessende Zwischenwelle mit der gattungsgemäs-sen 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, Queirlcräfte zwischen den durch sie miteinander kuppelbaren Wellen zu übertragen und dadurch ein ortsfestes Lager zu ersetzen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Abtriebsnabe an einem mit der Antriebsnabe starr verbundenen Lagerkörper drehbar und neigbar mit einem Radialspiel gelagert ist, das geringer als das Radialspiel zwischen Schraubmuffe und Kupplungsstern ist, und dass der Kupplungsstern in axialem Abstand von seiner ersten Verzahnung eine mit seiner Drehachse konzentrische Führungsfläche hat, die im ausgerückten Zustand der Zahnkupplung an einer entsprechenden Führungsfläche einer der beiden Naben zentriert, im eingerückten Zustand aber von ihr getrennt ist.

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 Führungsfläche an einer der beiden Naben zusätzlich zentriert, so dass die Drehachse des Kupplungssterns mit der Drehachse einer der beiden Naben übereinstimmt. Diese zusätzliche Zentrierung wird beim Einrücken der erfindungsge-mässen 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 Zahn5

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kupplung möglichst gering ist, liegt das Zentrum der ersten Verzahnung im eingerückten Zustand der Zahnkupplung vorzugsweise in der Mittelebene der Lagerschale. Damit wird zugleich erreicht, dass die erfindungsgemässe 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 des 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 Achsfluchtungsfeh-lern 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:

Fig. 1 ein Wellenstrang teilweise im Axialschnitt mit einer erfindungsgemässen Zahnkupplung in eingerücktem Zustand;

Fig. 2 einen vergrösserten Axialschnitt der in Fig. 1 dargestellten Zahnkupplung, ebenfalls in eingerücktem Zustand;

Fig. 3 einen Axialschnitt der Zahnkupplung in ausgerücktem Zustand, und

Fig. 4 eine noch stärker vergrösserte Schrägansicht der teilweise aufgeschnittenen Zahnkupplung in ausgerücktem Zustand.

Gemäss Fig. 1 ist eine Gasturbinenwelle 10 durch eine in zwei Ebenein flexible Kupplung 12, eine Zwischenwelle 14 und eine selbsttätig einrückbare Zahnkupplung 16 mit einer Generatorwelle 18 verbunden. 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 in den folgenden Fig. 2 bis 4 beschriebene Gestaltung 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. Die dem Lagerkörper 22 mit Radialspiel zugeordnete Lagerschale 26 ist in einer Abtriebsnabe 40 fest eingefügt.

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 der Abtriebsnabe 40 in Eingriff bringen lässt. 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 Generatorwelle 18 befestigt.

Die Abtriebsnabe 40 umschliesst dia 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 Ge-netratorwelle 18 verbunden, dass diese beiden Wellen sich zwar gegenseitig stützen, aber einen Fluchtungsfehler haben können, der in den Fig. 1 bis 3 mit dem Winkel a stark übertrieben dargestellt ist. Die Zwischenwelle 14 kann auch gegenüber der Gasturbinenwelle 10 einen Fluchtungsfehler aufweisen, der in Fig. 1 mit dem Winkel ß und der Achsversetzung a ebenfalls stark übertrieben dargestellt ist.

Innerhalb des Kupplungssterns 34 ist auf der hohlen Abtriebsnabe 40 eine Schraubmuffe 46 derart gelagert, dass sie in bezug auf die Antriebsnabe 40 sowie in bezug 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 Abtriebsnabe 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 die 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 aufweisen, deren Steigung derjenigen des Steilgewindes 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 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 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 Kupplungssterns 34 beträgt vorzugsweise 20 bis 50 %>, im dargestellten Beispiel etwa 30 o/o, des Aussendurchmessers der Verzahnung 32. Der äusseren Führungsfläche 62 ist eine zylindrische innere Führungsfläche 64 an der Antriebsnabe 28 derart zugeordnet,

dass beide 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 kleineir als der Innendurchmesser der Geradverzahnung 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 bogenförmigen Verzahnung 32 mit der Geradverzahnung 30 sowie durch das Zusammenwirkein seiner Führungsfläche 62 mit der Führungsfläche 64 in der Antriebsnabe 28 derart festgehalten, dass beide nicht nur drehfest, sondern auch biegesteif miteinander verbunden sind; der Kupplungsstern 34 kann sich also in bezug auf die Antriebsnabe 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 den Grenzen möglich, die durch das Radialspiel zwischen dem Lagerkörper 22 und der Lagerschale 26 festgelegt sind. Wenn also die Zwischenwelle 14 gegen die Generatorwelle 18 um den Winkel a geneigt ist,

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tritt dieser Winkel a auch als Neigungswinkel zwischen dem Kupplungsstern 34 und der Abtriefosnabe 40 auf.

Im ausgerückten Zustand verharrt die Zahnkupplung 16 solange, wie die Zwischenwelle 14 bei sich vorwärtsdrehen-' der. Generatorwelle 18 stillsteht oder sich langsamer dreht als die Generatorwelle. Sobald die Zwischenwelle 14 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 Fig; 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 mit, so dass die Innenverzahnung 36 des Kupplungssterns 34 mit der Aussenverzahnung 38 der Abtriebsnabe 40 in Eingriff kommt und schliesslich die in den Zeichnungen rechte Stirnfläche des Kupplungssterns 34 gegen den Flansch 42 gedrückt wird. Durch das Drehmoment, das damit durch die Schrägverzahnung geleitet wird, entsteht eine Axialkrift, die den Kupplungsstern 34 an den Flansch 42 drückt. Dies hat zur Folge, dass eine Winkelabweichung zwischen den 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. Dennoch lässt die Zahnkupplung 16 zu, dass die Zwischenwelle 14 in bezug auf die Generatorwelle 18 weiterhin um den Winkel a schrägsteht. Dies wird dadurch ermöglicht, dass beim Einrücken der Zahnkupplung, während des Ineingriffkommens der Verzahnungen 36 und 38 von Kupplungsstern 34 und Abtriebsnabe 40 die Füh-s rungsflächen 62 und 64 infolge der Axialverschiebung des Kupplungssterns 34 ausser Eingriff kommen, so dass der Kupplungsstern 34 nun in bezug auf die Antriebsnabe 28 um das Zentrum Z seiner balligen Verzahnung 32 kippen kann. Beim-Einrücken der Zahnkupplung 16 gewinnt also der io Kupplungsstern 34 eine zusätzliche Bewegungsfreiheit gegenüber der Antriebsnabe 28, während er seine Bewegungsfreiheit gegenüber der Abtriesbsnabe 40 verliert.

Die Lagerschale 28 ist durch den äusseren Bund 24 des Lagerkörpers 22 und durch den inneren Bund 44 der Abis triebsnabe 40 in axialer Richtung derart festgelegt, dass ihre Mittelebene M bei eingerückter Zahnkupplung das Zentrum Z der bogenförmigen Verzahnung 32 enthält.

Die beiden durch die erfindungsgemässe Zahnkupplung 16 miteinander verbundenen Wellen 14 und 18 sind also 20 durch die Zahnkupplung 16 in deren eingerücktem wie in deren 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 Zahn-25 kupplung 16 nicht behindert sind.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Selbsttätig einrückbare Zahnkupplung mit einer verzahnten Antriebsnabe, einer verzahnten Abtriebsnabe, einem in bezug auf die Abtriebsnabe axial verschiebbaren Kupplungsstern, der durch eine an ihm ausgebildete erste Verzahnung ständig mit der Antriebsnabe zu gemeinsamer Drehung 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 Schraubmuffe, die durch eine Steilgewindepaarung mit der Abtriebsnabe verbunden ist, gegenüber dem Kupplungsstern radiales Spiel hat, über ein aus Klinken und einer Klinkenverzahnung bestehendes Klinkengesperre vom Kupplungsstern in dessen Drehrichtung mitnehmbar ist und bei ihrer dadurch hervorgerufenen Schraubbewegung den Kupplungsstern in axialer Richtung mitnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebsnahe (40) an einem mit der Antriebsnabe (28) starr verbundenen Lagerkörper (22) drehbar und neigbar mit einem Radialspiel gelagert ist, das geringer als das Radialspiel zwischen Schraubmuffe (46) und Kupplungsstern (34) ist, 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 Führungsfläche (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.

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PATENTANSPRÜCHE

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 Führungsfläche (62) des Kupplungssterns (34) mit der zusammenwirkenden Führungsfläche (64) an der Antriebsnabe (28) ausgebildet ist.