DE1625512A1

DE1625512A1 - Praezisions-Vielnut- bzw. Kerbzahnverbindung

Info

Publication number: DE1625512A1
Application number: DE19671625512
Authority: DE
Inventors: Greenberg Myron L
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1966-08-19
Filing date: 1967-08-09
Publication date: 1970-07-23
Also published as: GB1188686A; US3455122A

Description

The Babcock & Wilcox Company New York, V.St₉A.

Präzisions-Vielnut- bzw. -Kerbzahnverbindung.

Die Erfindung betrifft Präzisions-Vielnut- bzw» -Kerbzahnverbindungen.

Bei der Übertragung von Kräften zwischen einem Teil und einem anderen ist es herkömmlich, eine Vltlnüt·» bzw· -Kerbzahnverbindung zu verwenden, um ein Drehmoment zu übertragen und ; gleichzeitig eine axiale Bewegung 4φβ zur Drehung angetriebenen Teilsmit Bezug auf den treibenden Teil *u emöglichen. Eines der Hauptprobleme bei Vielnutverbiiidungen u, dgl. besttht darin, daß die Teile hängenbleiben oder klemmen, besonders während einer Axial- oder Längsbewegung. Autierdem müssendie Teile axial mit Bezug aufeinander genau ausgerichtet sein. Ferner besteht bei irgendwelchen Ungenauigkeiten in den Gegenflanken

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die Gefahr, daß ein unerwünschtes Flankenspiel bzw. eine axiale Verlagerung auftritt, was in bestimmten Anwendungsfällen, bei denen eine hohe Präzision erforderlich ist, unerwünscht sein kann. Alle diese Probleme führen, wenn sie nicht -gelöst; sindi in Zusammenwirkung innerhalb eines beschränkten Zeitraums zu einem Verschleiß. Ferner rufen Leistungsstösse durch Belastungsveränderungen oder beim Anlaufen einen Hämmereffekt hervor, durch den die Flächen der Verzahnungen ebenfalls beschädigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist vor allem die Schaffung einer Präzisions-Vielnut- bzw. -Kerbzahnverbindung, bei der die vorerwähnten Schwierigkeiten bekannter Verbindungen der erwähnten Art,, wie Hängenbleiben oder Klemmen, Verschleiß, Flankenspiel und die Notwendigkeit zur genauen Ausfluchtung der Achsen, vermieden sind, jedoch gleichzeitig eine Präzisionsverbindung erhalten wird, bei de? jeder metallische Kontakt zwischen den Teilen ausgeschaltet ist* und die Teile !»einem stabilen, steifen und genau*» Verhältnis gehalten werden, sogar ohne daß StoCkrlfte auf die Zahnflächen übertragen werden*

Die Erfindung besteht int we*entliehen darin, daß Drucktaschen oder -Kissen an den Zähnen eines der Teile vorgesehen sind,

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eine Drosselstelle jedem Druckkissen zugeordnet ist, der ein Druckmittel so zugeordnet ist, daß ein Druckmittelfilm kontinuierlich zwischen den komplementärenFlächen der Zähne der beiden Teile fließt. Kräfte, die an den drehbaren Teilen infolge von Belastungen oder infolge der Übertragung eines Drehmoments oder einer anderen Bewegung von dem einen Teil zum anderen auftreten, werden durch die Drücke in den Kissen ausgeglichen, während das Drehmoment von dem einen Teil zum anderen durch den Druckmittelfilm übertragen wird, wobei die Teile in einem genauen und stabilen Verhältnis zueinander während des Betriebs gehalten werden.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen: ...,.-

Fig. 1 eine Ansicht teilweise in schema ti scher D !Erstellung und teilweise im Schnitt und im Aufriß einer Maschine,, bei der ,die Erfindung Anwendung gefunden hat;

Fig. 2 „eine Teilansicht in vergrössertem Maßstab und im Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Teilansicht von der Seite im Aufriß eines Zahnes an einem d.er in Fig. 1 und 2 gezeigten Teile;

!•"ig. 4 eine Teilansicht teilweise im Schnitt ähnlich der

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Fig. 2 einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine Teilansicht in schaubildliche Darstellung eines Teils der in Fig. 4 dargestellten Glieder;

Fig. 6 eine Teilansicht in sehaubildlicher Darstellung eines anderen Elements, das in einer Art ICerbzahnverbindung verwendet ist; .

Fig. 7 eine Teilansicht in schaubildlicher Darstellung eines Teils zur Verwendung in einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbindung;

■ Fig. 8 eine Teilansicht im Schnitt einer weiteren Ausführungs· form der Erfindung;

Fig. 9 eine Teilansicht im Schnitt ebenfalls einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig.Io eine Teilansicht in Draufsicht wieder einer weiteren Ausführungsform der'Erfindung;

Fig.11 eine Teilansicht im Schnitt nach der Linie 11-11 " in Fig. lo.

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Wie Fig, 1 zeigt, kann eine erfindungsgemässe Verbindung beispielsweise für einen Motor Io verwendet werden, der eine Abtriebswelle 11 für den Antrieb des inneren Teils 12 der Verbindung antreibt, welcher seinerseits den äusseren Teil 13 antreibt, welch letzterer ferner mit Bezug auf den inneren Teil 12 sowie mit Bezug auf den Motor Io durch geeignete Mittel, wie ein Gleitstück, einen Schieber oder einen Kolben und einen Zylinder oder eine Leitspindel (nicht gezeigt) axial beweglich ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Zylinder C vorgesehen, dessen Kolbenstange mit dem äusseren Teil 13 verbunden ist.

Der innere und der äussere Teil 12, 13 sind mit komplementären Zähnen von an sich bekanntem Querschnitt ausgebildet,wie sich aus dem Nachfolgenden ergibt.

Wie insbesondere in Fig. 2 und 3 ersichtlich, weisen die Leisten oder Zähne 14 des inneren Teils 12 parallele gerade Seiten 15 auf, die zu radialen Ebenen parallel sind, welche sich durch den Teil 13 erstrecken· Die Nuten oder Zähne 16 am äusseren ¹Ml 13 haben komplementäre Flächen Ein Druckkissen wird jeweils durch eine Tasche 18 und durch einen umgebenden schmalen Filmbereich 15 bis zum Ableitkanal 9 gebildet.

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Einige oder vorzugsweise alle Zähne 14 am inneren Teil 12 sind mit einer Drucktasche 18 auf jeder Fläche 15 versehen. Jeder Drucktasche 18 ist eine Drosselstelle bzw« ein Drosseleinsatz R zugeordnet, der (wie in Fig« 2 und 3 gezeigt) eine Stellschraube 19 sein kann, die in den Grund jeder Tasche eingeschraubt ist und eine Bohrung aufweist, in welche ein Drosseleinsatz, beispielsweise eine Kapillare oder Öffnung

20, angeordnet ist. Es kann auch ein anderes geeignetes Zuführungssystem vorgesehen werden, beispielsweise eines, bei welchem die Kapillaren von den Taschen 18 ziemlich weit entfernt sind, welche Taschen durch einen Kanal beliefert werden, der ausreichend groß ist, damit kein wesentlicher Druckabfall bei der Strömung zwischen dem Drosseleinsatz und der Tasche eintritt. Bei dem in Fig. 1 gezeigten System ist eine axiale Bohrung 21 vorgesehen, die sich durch den inneren Teil 12 erstreckt. Radiale Kanäle ,22 bilden die Verbindung zwischen den Drosseleinsätzen R und der axialen Bohrung

21. Die Druckmittelzufuhr geschieht durch ein Drehverbindungsstück 25, die axiale Bohrung 21, die radialen Kanäle 22 über die Drosseleinsätze R zu jeder der Taschen 18. Es kann ein beliebiges Druckmittel verwendet werden, beispielsweise ein hydraulisches Medium oder Druckluft. Eine viskose Flüssigkeit mit einer angemessenen Schmierfähigkeit, wie Maschinenöl, ist bevorzugt, jedoch nicht wesentlich. Druckluft oder Druckgas kann nur verwendet werden, wenn ein geringes Dreh-

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moment oder geringe Belastungen auftreten, ;^ie sich aus dem Nachfolgenden ergibt. Das Druckmittel wird etwa mit dem atmosphärischen Druck aus den Räumen 9 abgeleitet.

Der Raum zwischen den Flächen 15, 17 ist derart, daß ein Druckmittelfilm vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, laminar durch die Drosseleinsätze R in die Taschen und zwischen den Flächen in Form eines dünnen Films fließt, der die Flächen in Abstand voneinander und die Teile in einem genauen und stabilen Verhältnis zueinander hält.'

Der Raum zwischen den Flächen-kann schwanken, beträgt jedoch vorzugsweise zwischen o,127d mm (o,oo5 "} und o,oo25 mm (o,öoo1 ") und vorzugsweise zwischen o,o5 ran (o,oo2") und o,oo2S.mm (ο,οσοί "). Obwohl es vorzuziehen ist, da" der Raum-zwischen den Flächen durchgehend der gleiche ist, werden irgendwelche Ufi§e'häuigkeiten an den flachen Stellen oder in der Übereinstimmung zwischen den Eingriffs- und Aufnähmeflachen aus- - · geglichen, vorausgesetzt, daß mindestens einige Teile der Räume innerhalb der vorstehend angegebenen Grenzen liegen.

Wenn Druckmittel zwischen den Flachen zugeführt wird,.werden die Teile 12, 15 in einem stabilen genauen Verhältnis zueinander ,-.ehalten, .!ede Kr.aft, wel;che das Bestreben hat, den einen Teil mit Bezug auf den anderen zu bewegen, erfährt eine Gegenwirkung

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durch den Druck in den Druckkissen. So verursacht beispielsweise bei der Ausführungsform nach Fig. 2 jede Kraft, die das Bestreben hat, den Teil 12 mit Bezug auf den Teil nach rechts zu bewegen, daß der Druck in den Kissen, die sich rechts tefinden, zunimmt, während der Druck in den diametral entgegengesetzten Kissen abnimmt. Hierdurch entsteht eine Rückstellkraft, welche das Bestreben hat, die Teile zurückzuführen und sie dadurch in einem relativ stabilen Verhältnis zueinander zu halten. Infolge des Umstandes, daß mehrere in der Umfangsrichtung voneinander in Abstand befindliche Zähne vorgesehen sind, erfährt jede Kraft,· welche das Bestreben hat, einen der Teile mit Bezug auf den anderen zu drehen oder zu verlagern, eine Gegenwirkung durch mindestens einige der Druckkissen.

V.'enn ein Drehmoment auf eines der Teile ausgeübt wird, um dieses zu drehen, wird dieses Drehmoment über den Druckmittelfilm auf den anderen Teil ohne Kontakt von Metall zu Metall zwischen den Teilen übertragen. Das Drehmoment hat das Bestreben, den Druck in den Kissen in der Drehrichtung zu erhöhen und den Druck in den Kissen entgegengesetzt dieser Drehrichtung zu verringern und dieser erhöhte Druck hält die Druckmittel Strömung und damit den Abstand zwischen den Flächen aufrecht.

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Durch eine axiale Bewegung der Teile 12, 13 mit Bezug aufeinander wird das stabile genaue Verhältnis der Teile zueinander nicht beeinträchtigt, jedoch wirkt dieser axialen Bewegung keine wesentliche Reibungskraft entgegen.

Wenn das verwendete Druckmittel eine Flüssigkeit ist, kann diese durch geeignete Öffnungen 9 nach aussen in eine AblaufSammelleitung in einem der Teile ablaufen, wie bei 24 in Fig. 1 gezeigt.

Bei der in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform sind zusätzliche Druckkissen 3o an den Enden der Zähne vorgesehen, welche mit komplementären Flächen 31 in den äusseren Teilen 13' zusammenwirken, wodurch eine zusätzliche Steifigkeit erhalten wird, die einer Querdrehung oder -Verlagerung entgegenwirkt.

Bei der in Fig« 6 dargestellten Ausführungsform haben die Zähne 35 am inneren Teil einen dreieckigen Querschnitt und die Taschen 36 sowie die zugeordneten Drosselstellen bzw. Drosseleinsätze 37 sind in den Seiten der Zähne 35 vorges ehen.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform haben die Zähne 4o einen evolventenförmigen Querschnitt und die Druck-

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taschen 41 sind in den Flächen der Zähne vorgesehen und die Drosseleinsätze 42 im Grund der Druckkissen wie bei der vorangehenden Ausführungsform der Erfindung.

Bei jeder der in Fig. 6 und 7 gezeigten Ausführungsformen hat der äussere Teil Zähne mit komplementären Flächen. Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform sind die Zähne und die komplementären Flächen des inneren Teils 5o und des äusseren Teils 51 in ihrer Form den in Fig. 4 gezeigten ähnlich. Die Drucktaschen oder -Kissen 52, 53 und die zugeordneten Drosseleinsätze R sind jedoch an den Flächen des äusseren Teils 51 statt des inneren Teils 5o vorgesehen. Die Strömung des Druckmittels verläuft zum Umfang der Kissen und dann zu axialen Ablaufnuten 54, 55 wie bei den anderen Ausführungsformen der Erfindung.

Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform sind die Kissen 56, 57 in den komplementären Flächen des äusseren Teils 58 statt des inneren Teils 59 vorgesehen. Statt der Verwendung gesonderter Öffnungen für die Druckkissen57 strömt das Druckmittel aus den Druckkissen 56 durch Nuten 59 von , kapillarer Grosse zu den Druckkissen 57. Das den Druckkissen 57 zugeführte Druckmittel hat daher im wesentlichen den gleichen Druck wie bei den gegenüberliegenden Kissen, jedoch einen geringeren Druck als das den Kissen 56 zugeführte Druck-

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mittel. . : ...

Bei der in Fig. Io und 11 dargestellten Ausführungsform der Erfindung haben der äussere und der innere Teil 6o bzw. 61 komplementäre Flächen und Zähne die so bemessen sind, daß im-wesentlichen der gesamte Raum zwischen den Zähnen ein Druckkissen bildet. An in der Umfangsrichtung in Abstand voneinander befindlichen Stellen wird Druckmittel durch Einlasse 62 und Drosseleinsätze R dem Raum zwischen den Zähnen zugeführt. Das Druckmittel strömt in der Umfangsrichtung zu Ablauföffnungen 63, durch weiche der Überdruck im wesentlichen abgeleitet wird. Das Druckmittel strömt ferner axial zum Umfang der Zähne, wo der Druck im wesentlichen abgeleitet wird. Hs ist ferner möglich, eine entspannte Tasche vorzusehen, wenn sich dies als wünschenswert erweist.

Aus dem Vorangehenden ergibt sich, da!,", durch die Erfindung eine Präzisions-Vielnut- bzw. -Kerbzahnverbindung geschaffen wurde, bei der sowohl eine Drehbewegung als auch eine axiale Bewegung ohne Verschleiß, Hängenblieben oder Ivle/unen erzielt werden kann, wobei die Teile ohne Kontakt von "!etall zu ''etall und in einen stabilen Abstand sowie in einem genauen Verhältnis zueinander gehalten werden.

Tatentansnruc'ie :

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Claims

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Patent a η s ν r ü c h e :

1. Fräzisions-Vielnut- bzw.-Kerbzahnverbindung, gekennzeichnet durch einen ersten Teil mit einer Anzahl von in der Umfangsrichtung voneinander in Abstand befindlichen Zähnen, einen zweiten Teil mit einer Anzahl von komplementären in der Umfangsrichtung voneinander in Abstand befindlichen Zähnen, welche mit den ersterwähnten Zähnen in Eingriff stehen, mindestens einen Satz von in der Umfangsrichtung voneinander in Abstand befindlichen Druckkissen an einem der Zähnesätze, eine Drosselstelle für jedes der Druckkissen, Mittel für den Drehantrieb eines der erwähnten Teile, Mittel zum Bewegen eines deT Teile axial mit Bezug auf den anderen, Mittel für die Zufuhr eines Druckmittels zu den Druckkissen, wobei die relativen Abmessungen der komplementären Flächen derart ist, daß ein Raum zwischen den Flächen vorgesehen ist, durch welchen ein Druckmittelfilm kontinuierlich fließt, so daß Kräfte an den erwähnten Teilen durch Drücke in den Kissen ausgeglichen werden, wodurch eine bleibende Trennung der ächen erhalten wird, über welche ein Drehmoment übertragen werden kann und

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hierbei die Teile in einem genauen, stabilen reibungslosen Verhältnis zueinander gehalten werden.

2. Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei einander im wesentlichen entgegengesetzt gerichtete Druckkissen an jedem der Zähen des erwähnten einen Zähnesatzes vorgesehen ist«

3. Kombination nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein drittes Druckkissen am Scheitel bzw. Kopf der
Zähne vorgesehen ist.

4» Kombination nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkissen an dem inneren Teil vorgesehen sind.

5. Kombination nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkissen an dem äusseren Teil vorgesehen sind,

6. Kombination -nach den Ansprüchen 1 - 5, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Zähne an dem einen Teil einen evolventenförmigen Querschnitt haben,

7. Kombination nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne an dem einen Teil gerade Seiten haben, die zu radialen Ebenen im wesentlichen parallel sind,

8. Kombination nach den Ansprüchen 1-7, dadurch fekennzeichnet, daß die Zähne an dem einen Teil einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt haben,

9. Kombination nach den Ansprüchen 1 - 8,- dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel eine Flüssigkeit ist, und einer der Teile Ableitkanäle aufweist, durch welche die Flüssigkeit austreten kann.

Io, Kombination nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstellen bzw. Drossle ins ätze im Fuß jedes der Druckkissen vorgesehen bzw. angeordnet sind.

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11. Kombination nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß Druckkissen an den Scheiteln bzw» Köpfen der Zahne vorgesehen sind und sich Nuten von kapillarer Grosse von den Druckkissen an den Köpfen zu benachbarten Druckkissen an den Seitenflächen der Zähne erstrecken*

12. Präzisions-Yielnut- bzw. -Xerbzahnverbindung, gekennzeichnet durch einen ersten Teil mit einer Anzahl von in der Umfangsrichtung voneinander in Abstand befindlichen Zähinen, einen zweiten Teil mit einer Anzahl von komplementären in der Umfangsrichtung voneinander in Abstand befindlichen Zähnen, die mit den -ersterwähnten Zähnen in Eingriff stehen, eine Anzahl von in der Omfausrichtung voneinander in Abstand befindlichen Druckmitte!einlassen in. einem der Teile für die Druckmittelzufuhr zu in der Unfangsrichtua<g Voneinnnde^r in Abstand befindlichen Steilem zwischen den Flächen der komplementären Zähne, eine Anzahl von in der Uiafausrichtung voneinander in Abstand befindlichen Ableit «öffnung en zwischen den Einlassen zur Aufnahme von Prüden it ΐ el aus den Häumeai zwischen den Zähnen, eine -öffnung für Jeden linla^, Kobei die relativen Abmessungen der !i<ompL©r.ent:^;!reii Flächen derart sind, da" ein Haur zwischen ■den WJ iche~ \"ori3aiiden ist, durch icelclueii .ein Druclinittelfiln

kontinuierlich fließt, so daß Kräfte an den erwähnten Teilen durch Drücke in den Kissen ausgeglichen werden, wodurch eine bleibende Trennung der Flächen erhalten wird, über welche ein Drehmoment in der Weise übertragen werden kann, daß die Teile in einem genauen stabilen reibungslosen Verhältnis zueinander gehalten werden, Mittel für den Drehantrieb eines der Teile, Mittel zum Bewegen eines der Teile axial mit Bezug auf den anderen Teil, und Mittel für die Zufuhr von Druckmittel durch die erwähnten Einlasse.

13. Vielnut- bzw. Kerbzahnverbindung mit Teilen, die komplementäre ineinandergreifende Zähne aufweisen, welche Teile gemeinsam gedreht werden und einer der Teile mit Bezug auf den anderen axial beweglich ist, gekennzeichnet durch das Verfahren, gemäß welchem Druckkissen aa den Flächen der Zähne eines der Teile vorgesehen werden, eine Drosselstelle bzw. ein Drosseleinsatz für jedes Druckkissen vorgesehen wird, Druckmittel jeder Drosselstelle bzw. jedem Drosseleinsatz zugeführt wird, und ein Druckmittelfilm kontinuierlich zwischen den komplementären Flächen der Teile zum Flies sen gebracht wird, so daß Kräfte an den Teilen durch Drücke in den Kissen

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ausgeglichen werden, um eine Drehmomentübertragung von dem einen Teil zum anderen und eine relative axiale Bewegung des einen Teils mit Bezug auf den anderen zu ermöglichen, wobei jedoch die Teile in einem genauen stabilen reibungslosen Verhältnis zueinander gehalten werden.

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