DE2048491B2 - Zahnkupplung sowie verfahren und vorrichtung zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

So gefertigte Kupplungsteile konnten somit nicht

gegen andere ausgetauscht werden. Der Markt for-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnkupplung dert aber rasche Austauschbarkeit von An- und

mit einem innen und einem außen verzahnten Kupp- 65 Abtriebsaggregaten sowie Getrieben ohne Wechsel

lungsteil, insbesondere für hochtourige An- und der auf diesen sitzenden Naben.

Abtriebe, sowie auf Verfahren und Vorrichtungen zu Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde,

ihrer Herstellung. Zahnkupplungen, insbesondere für hochtourige An-

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und Abtriebe, zu entwickeln, die bei Einhaltung des ein Zahnspiel entstehen, dessen Große von der Kongeforderten maximalen Spieles eine wesentlich ein- struktion festgelegt werden kann. Dieses Zannspiei fächere Herstellungsweise gestatteu und deren Ein- ist notwendig, damit geringe Ausrichtfehler der zelteile beliebig gegen solche anderei· Kupplungen Achsen von der Kupplung aufgenommen werden austauschbar bzw. mit diesen verbindbar sind. 5 können.

Diese Aufgabe wurde bisher weder gestellt noch Im Sinne einer Ausgestaltung der Erfindung kann

gelöst. ein in den abweichenden Teilkreis des innenverzann-

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ten Kupplungsteiles einbeschriebcsi gedachter Kreis

vor, daß der Teilkreis mindestens eines der beiden einen etwas kleineren Durchmesser als der runde

Kupplungsteile von der Kreisform in der Weise io Teilkreis der Verzahnung des Kupplungsgegen-

abweicht, daß nur im Bereich von drei oder mehr am Stückes aufweisen. Die Elastizität des verwendeten

Umfang verteilten, insbesondere von drei um 120° Materials gestattet dann trotzdem das Aufbringen

zueinander versetzten Zähnen, der abweichende Teil- des Außenteiles.

kreis mit einem ihm zugeordneten ein- bzw. umbe- Weiterhin empfiehlt es sich, den Flankenwinkel der schriebenen Kreis übereinstimmt bzw. sich am 15 Zähne von den üblichen 20° auf etwa 30° zu ändern, weitesten nähert und dazwischen eine allmähliche, was den Vorteil der Vergrößerung der vertikalen periodische Zu- bzw. Abnahme der Abweichung Kraftkomponente beim Zusammensetzen und Vervorhanden ist. formen des einzelnen Kupplungsteiles mit sich

Es ist zwar bei einem Zahnradgetriebe für hohe bringt.

Übersetzungen bekannt, von zwei nach Art einer 20 Gegenstand der Erfindung sind außerdem Verfah-Zahnkupplung konzentrisch ineinander angeordneten ren und Vorrichtungen zur Herstellung des Kupp-Zahnräder das innere elastisch auszubilden und mit lungsteiles mit dem abweichenden Teilkreis. Bei einer geringeren Zähnezahl zu versehen (deutsche einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Patentschrift 1 135 259). Wenn man einen das innere Verfahrens wird das den abweichenden Teilkreis Zahnrad an einer Stelle nach außen drückenden as aufweisende Kupplungsteil während der Verzahnung Spannungserzeuger umlaufen läßt, pflanzt sich der an drei um 120° voneinander versetzten Stellen Zahneingriff entlang des Umfanges fort, was zu einer einer radialen Zug- oder Druckspannung ausgesetzt, starken Übersetzung der Drehzahl führt. Eine solche Ein anderes Ausführungsbeispiel kann darin be-Lehre hat jedoch nichts mit der erfindungsgemäßen stehen, daß zum Herstellen eines abweichenden Teil-Aufgabe und deren Lösung gemeinsam. 30 kreises das Verzahnungswerkzeug während der

Wenn im Sinne einer Erfindungsvariante zwei ab- Verzahnung gegen das Werkzeug periodisch zu- und

weichende Teilkreise aufweisende Kupplungsteile wegbewegt wird.

angewandt werden, empfiehlt es sich, diese mit einem Bei einer vorteilhaften Vorrichtung zur Durch-

Drehversatz der Kurvenmaxima von vorzugsweise führung des erstgenannten Verfahrens erweist es

60 miteinander zu montieren. 35 sich als vorteilhaft, wenn eine das Kupplungsteil mit

Durch erfindungsgemäße Korrektur des Teilkreises Spiel aufnehmende Hülse an drei um 120° voneinerlangt die Verzahnung in übertriebener Darstellung ander versetzten Stellen radial gegen das Kupplungseine dem Dreieck angenäherte Form. Dies hat zur teil wirkende Spannelemente, z. B. Druckschrauben, Folge, daß beim Zusammensetzen der Kupplungs- die über ein Klemmstück auf das Kupplungsteil teile lediglich die drei Zähne, deren Teilkreisbereich 40 einwirken, aufweist. Zur Durchführung des anderen mit dem normalen Teilkreis übereinstimmt bzw. an- Verfahrens ist entweder das Werkstück oder das genähert ist, in den entsprechenden Zahnlücken der Verzahnungswerkzeug auf einem verstellbaren Exzen-Gegenverzahnung einwandfrei geführt sind. Dadurch ter drehbar geführt, derart, daß eine volle Exzentersitzt die Hülse spielfrei und zentrisch auf der Nabe. Umdrehung bei der Verzahnung in einem Segmentin diesem Zustand kann die Hülse ausgewuchtet 45 bereich von 12(P stattfindet.

werden. Bei Inbetriebnahme und Steigern der Dreh- In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch

zahl bleibt die Hülse zentrisch zu den Nabenachsen und beispielsweise dargestellt. Es zeigt

und damit ohne Unwucht. Fig· 1 eine Vorderansicht auf eine im Eingriff

Bei Einleitung von Drehmomenten tragen zuerst befindliche Zahnkupplung,

nur die Flanken der genannten drei Zähne der 50 F i g. 2 eine Vorderansicht eines Spannringes für

Verzahnung. Die an diesen Stellen wirkenden Um- die Verformung eines Kupplungsteiles,

fangskräfte lassen durch die schräg zum Radius Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Spannring

stehenden Zahnflanken radial wirkende Komponen- gemäß Fig. 2.

ten entstehen, die eine elastische Verformung (Fede- F i g. 4 einen Querschnitt durch ein Klemmstück

rung) der Hülse nach außen verursachen. Bei Gleich- 55 und

gewicht mit den radial nach innen wirkenden Hülsen- F i g. 5 ein Rundlauf-Diagramm bezüglich des ab-

spannungen durch die Verformung kommt diese zur weichenden Teilkreises.

Ruhe, nachdem auch weitere Zähne zum Tragen Im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ist das Außengebracht worden sind. teil (Hülse) der Kupplung mit 1 und das Innenteil

Bei geeigneter Wahl der Hülsenwandstärke und 60 (Nabe) der Zahnkupplung mit 2 bezeichnet. Bei

dem EingrifTswinkel der Verzahnung kann die Kupp- diesem Ausführungsbeispiel hi die Nabe 2 in kon-

lung so ausgelegt werden, daß die jeweils tragende ventioncller Weise hergestellt. Der Teilkreis 3 der

Zahl der Zähne für das zu übertragende Drehmoment Außenverzahnung dieser Nabe 2 ist demgemäß genau

ausreichend ist. Hierzu kann auch das Innenteil mit kreisförmig.

herangezogen werden, wenn man die Wandstärke 65 Hingegen ist der Teilkreis 4 der Hülse 1 nicht

unter der Außenverzahnung entsprechend wählt. Bei kreisförmig, sondern er weicht von der Kreisfonvi

geeigneter Auslegung der Verzahnung wird nach der ab. Daher sind drei Zahnlücken 5, die jeweils einen

Verformung der Werkstücke an den Rückflanken Abstand von 120' voneinander aufweisen, so angc-

fertigt, daß ihr Teilkreisbereich übereinstimmt mit dann so zu erfolgen, daß der Teilkreis an den Zen-

dem Teilkreis 3 der Außenverzahnung der Nabe. Alle trierstellen 5, 6 mit der Kreisform übereinstimmt

übrigen Zahnlücken der Nabe 1 liegen mit ihrem und dazwischen periodisch abweicht.

Teilkreisbereich mehr oder weniger entfernt von Eine andere Herstellungsweise besteht darin, daß

Teilkreis 3 der Außenverzahnung der Nabe 2. Dies 5 man die Hülse 1 während der Verzahnung elastisch

hat zur Folge, daß allein die den Zahnlücken 5 verformt. Zu diesem Zweck wird gemäß Fi g. 2 bis 4

zugeordneten Zähne 6 der Nabe 2 mit ihren Flanken ein Spannring 7 verwendet, der die Hülse 1 mit Spiel

tragen und dadurch die Hülse 1 auf der Nabe 2 aufnimmt. An drei um 120° zueinander versetzten

zentrieren. Zugleich ist ein spielfreier Sitz der Hülse 1 Stellen befinden sich Spannschrauben 8, die auf

auf der Nabe gewährleistet. io Klemmstücke 9 radial einwirken und durch diese

Die Dimensionierung der Kupplungsteile 1, 2 ist Klemmstücke 9 die Hülse 1 radial kontraktieren,

so gewählt, daß die drei Zähne 6 zunächst allein das Wenn man die auf diese Weise verformte Hülse 1

Drehmoment zu übertragen in der Lage sind. Die an verzahnt und nach Beendigung der Verzahnung wie-

den Flanken der Zähne 6 wirkenden Umfangskräfte der freigibt, dann stellt man fest, daß im Bereich der

führen zufolge ihrer radialen Komponente zu einer 15 Einwirkung der Klemmstücke 9 der Teilkreisbereich

elastischen Verformung der Hülse 1 nach innen, was der an dieser Stelle verzahnten Hülse am meisten

zur Folge hat, daß die den Zähnen 6 benachbarten vom normalkreisfönnigen Teilkreis nach außen

Zähne 6' nun ihrerseits zum Flankentragen gelangen. abweicht. An der Stelle zwischen den Einwirkungen

Das Ausmaß der elastischen Verformung der Hülse 1 der Klemmstücke 9 hat demgegenüber die Hülse

bestimmt demnach die Anzahl der tragenden 20 keine oder eine nur ganz geringfügige Abweichung

Zähne 6, 6'. vom normalen Teilkreis erfahren. Diese Abweichung

Eine solche Maßnahme hat den Vorteil, daß die kommt dadurch zustande, daß die Hülse 1 nach Frei-Kupplungsteile 1, 2 in besonders einfacher Weise her- gäbe vom Spannring 7 elastisch wieder in ihre Ausgestellt werden können, ohne daß schädliche Ein- gangsstellung zurückfällt.

Wirkungen von Verzahnungsfehlern sowie von Form- as Im Beispiel der F i g. 5 ist die Abweichung des Veränderungen beim Härten auftreten. Zufolge der Teilkreises in übertriebener Weise dargestellt, wobei Zentrierung über die Zähne 6 erhalten die Kupp- man erkennt, daß an den Stellen 10 die radiale Entlungen die Eigenschaft, in beliebiger Weise aus- fernung des Teilkreises zur Achse am geringsten und tauschbar zu sein. Dies bedeutet, daß die Hülse 1 dazwischen am größten ist. Der abweichende Teil- und die Nabe 2 der Kupplungen ständig mit den 30 kreis tendiert mithin in Richtung zu einer Dreieckihnen zugeordneten Antriebsteilen in Verbindung form. Der gedachte kleinste Kreis, der sich in diesen bleiben können, wenn es erforderlich ist, eine An- abweichenden Teilkreis 4 einbeschreiben läßt, soll triebsmascbine wechselweise mit beliebig vielen etwas kleiner im Durchmesser als der runde Teil-Abtriebsmaschinen zusammcnzukuppeln. kreis 3 der Außenverzahnung der Nabe 2 sein. Auch

Es besteht das Problem, wie die Hülse 1 mit dem 35 soll die Größe der Abweichung so bemessen sein, von der Kreisform abweichenden Teilkreis 4 einfach daß sie die jeweils notwendigen Herstellungstoleran- und zweckmäßig hergestellt werden kann. Es bietet zen der Außen- und Innenverzahnung überbrückt sich die Möglichkeit an, entweder das Verzahnungs- und zusätzlich gestattet, das geforderte Funktionswerkzeug oder das Werkstück während der Verzah- spiel zu erreichen.

nungsperiode einander zu nähern, zu welchem 40 Die Montage der Kupplung wird selbstverständ-

Zweck man eines dieser Teile auf einem verstellbaren lieh erleichtert, wenn die Stirnseiten der Verzahnung

Exzenter führen kann. Die Exzenterverstellung hat in üblicher Weise angefast werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 ^ 2 Patentansprüche· Bei den bekannten Zahnkupplungen muß aus her- F ' stellungstechnischen Gründen zwischen den Innen-

1. Zahnkupplung mit einem innen und einem und Außenverzahnungen ein gewisses Spiel bestehen, außen verzahnten Kupplungsteil, insbesondere damit die Kupplungsteile montiert werden können, für hochtourige An- und Abtriebe, dadurch 5 Auch zur Funktion der Kupplung im Betrieb ist ein gekennzeichnet, daß der Teilkreis (3,4) Laufspiel nötig. Je höher die Betriebsdrehzahl der mindestens eines der beiden Kupplungsteile (1, 2) Kupplung ist, um so geringer soll dieses Laufspiel von der Kreisform in der Weise abweicht, daß sein, damit sich beim Anlaufen und Steigern der nur im Bereich von drei oder mehr am Umfang Drehzahlen durch exzentrische Lager der Kupplungsverteilten, insbesondere von drei um 120° zuein- io hülse keine Unwucht ergibt, die für den Betrieb des ander versetzten Zähnen (6), der abweichende Aggregates schädlich werden kann.

Teilkreis mit einem ihm zugeordneten ein- bzw. Die Außen- und Innenverzahnungen werden bei

umbeschriebenen Kreis übereinstimmt bzw. sich niedrigeren Beanspruchungen weich, bei höheren ge-

am weitesten nähert und dazwischen eine all- härtet hergestellt. Durch Härteverzug verändern sich

mähliche, periodische Zu- bzw. Abnahme der 15 die Formen der Verzahnungen derart, daß die Kupp-

Abweichuiig vorhanden ist. lungsteile wegen des erforderlichen engen Spieles

2. Zahnkupplung nach Anspruch 1, dadurch nach dem Härten nicht mehr montiert werden gekennzeichnet, daß bei Anwendung von zwei, können. Umgekehrt würde bei Berücksichtigung abweichende Teilkreise (3,4) der Kurvenmaxima eines größeren Spieles während der vorhergehenden aufweisenden Kupplungsteilen (1,2) diese mit 20 Bearbeitung und unterschiedlichen Formänderung einem Drehversatz von vorzugsweise 60^J mit- während des Härtens das Einhalten enger Spiele einander montiert sind. ohne Nacharbeit völlig unmöglich sein.

3. Zahnkupplung nach Anspruch 1, dadurch Bei den Außenverzahnungen gibt es Werkzeuggekennzeichnet, daß ein in den abweichenden maschinen (Schleifmaschinen), die es gestatten, Teilkreis (4) des innenverzahnten Kupplungs- 25 Werkstücke mit höherer Formgenauigkeit und teiles (1) ein beschrieben gedachter Kreis einen engeren Herstellungstoleranzen herzustellen, als es etwas kleineren Durchmesser als der runde Teil- bei Innenverzahnungen, besonders wenn sie gehärtet kreis (3) der Verzahnung des Kupplungsgegen- sind, möglich ist. Fabrikationsmaschinen, die diese Stückes (2) aufweist. Genauigkeiten bei Innenverzahnungen in wirtschaft-

4. Zahnkupplung nach Anspruch 1 oder fol- 3° licher Weise herzustellen gestatten, sind nicht begenden, dadurch gekennzeichnet, daß der kannt.

Flankenwinkel der Zähne etwa 30° beträgt. Bisher werden die Innenverzahnungen daher

5. Verfahren zur Herstellung der Verzahnung nitriert, um eine mechanische Nacharbeit der Verder Kupplung nach Anspruch 1 oder folgenden, zahnung zu vermeiden. Das Nitrierverfahren hat den dadurch gekennzeichnet, daß das den abweichen- 35 Vorteil geringer Verzugsanfälligkeit, aber die nachden Teilkreis aufweisende Kupplungsteil während teilige Eigenschaft, daß die Oberflächen wachsen der Verzahnung an drei um 120° voneinander (d. h. Außenkörper stärker, Hohlräume schwächer versetzten Stellen einer radialen Zug- oder Druck- werden) je nach Schichtstärke der Nitrierung. Da sich spannung ausgesetzt wird. in der Nitrierschicht Druckspannungen aufbauen,

6. Verfahren zur Herstellung der Verzahnung 40 verformen sich die Hülsen zusätzlich innen und der Kupplung nach Anspruch 1 bis 4 oder fol- außen, wobei das Maß der Verformung vom Verhältgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Her- nis der Querschnitte der nitrierten Fläche zur nicht stellen eines abweichenden Teilkreises das nitrierten abhängt. Da weitere, wenn auch geringe Verzahnungswerkzeug während der Verzahnung Formänderungen stattfinden, ist die Summe aller gegen das Werkstück periodisch zu- und weg- 45 Veränderungen mit einer Toleranz behaftet, die bewegt wird. meist größer als zulässig ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- Bei den ausgeführten Kupplungen sollen wegen rens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, der einwandfreien Funktion maximale Spiele von daß eine das Kupplungsteil (1) mit Spiel aufneh- etwa 0.02 mm eingehalten werden. Bisher wurde mende Hülse (7) an drei um 120° voneinander 50 daher die Innenverzahnung zuerst hergestellt (sei es versetzten Stellen radial gegen das Kupplungs- in weicher oder nitriergehärteter Ausführung). Die teil (1) wirkende Spannelemente, z. B. Druck- erreichten Istmaße wurden ausgemessen und für die schrauben (8), die über ein Klemmstück (9) auf Endbearbeitung der Außenverzahnung zugrunde das Kupplungsteil (1) einwirken, aufweist. gelegt. Wegen der eingetretenen Maßänderungen

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- 55 mußten die Außenverzahnungen spielfrei eingepaßt rens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, werden. Dann wurde nach Auswuchten der Naben daß entweder das Werkstück oder das Verzah- die Hülse montiert und gemeinsam mit den Naben nungswerkzcug auf einem verstellbaren Exzenter ausgewuchtet und anschließend das Betriebsspiel drehbar geführt ist, derart, daß eine volle durch Nacharbeit erzeugt. Bei den vorgenannten Exzcnlerumdrehung bei der Verzahnung in einem 60 geringen Spielen erfordert dies alles einen hohen Segmentbercich von 120° stattfindet. Aufwand.