DE2636382B2 - Kupplungsverzahnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsverzahnung zum Übertragen eines Drehmomentes von einem treibenden auf ein getriebenes Bauteil, von denen das eine Bauteil wenigstens zwei zur Drehachse des Bauteils symmetrisch angeordnete, mit abgerundeten Längskanten versehene Zähne aufweist, die vorzugsweise symmetrisch zu einer die Kupplungsachse enthaltenden Mittelebene ausgebildet sind, und das andere Bauteil einen dazu passenden komplementären Querschnitt hat.

Eine Kupplungsverzahnung dieser Gattung ist aus der FR-PS 15 60 270 als Außenverzahnung am Kopf einer Schraube bekannt, der ähnlich einem Sechskantkopf ausgebildet ist und mit einer komplementären Innenver zahnung eines Steckschlüssels zusammenwirkt; aus derselben Patentschrift ist auch die Umkehrung bekannt, bei der eine gattungsgemäße Innenverzahnung am Kopf einer Schraube ausgebildet ist und mit einer Komplementären Außenverzahnung eines Steckschlüssels zusammenwirkt. Dabei sind die Profile der Außenverzahnungen jeweils zusammengesetzt aus Kreisbögen großen Durchmessers, die den Zahnlückengrund /wischen je zwei benachbarten Zahnflanken sowie c.nen großen Zahl dieser Zahnflankcn bilden, und aus Kreisbögen erheblich kleineren Durchmessers, welche die Zahnköpfe begrenzen und jeweils ohne Unstetigkeit in die beiden benachbarten Kreisbögen großen Durchmessers übergehen. Damit soll das bei gegebener Schlüsselweite der Schrauben und Steckschlüssel ohne Gefahr einer Beschädigung der Zahnflanken übertragbare Drehmoment erhöht werden, Ein gewisser Fortschritt in dieser Richtung wird durch die bekannte Gestaltung der Kupplungsverzahnungen deshalb erzielt, weil die bei üblichen Sechskantmuttern und zugehörigen Sechskantschlüsseln mit im wesentlichen scharfen Längskanten wegen des unvermeintlichen Verdrehspiels zwischen Mutter und Schlüssel auftretenden Linienberührungen durch Flächenberührungen konvexer Flächen mit konkaven Flächen ersetzt werden. Jede treibende Zahnflanke berührt dabei die zugehörige getriebene Zahnflanke, jedoch nur längs eines einzigen achsparallelen Flächenstreifens, dessen Breite um so geringer ist je größer das Flankenspiel im Hinblick auf die bei Kupplungsverzahnungen geforderte !eichte axiale Relatiwerschiebbarkeit der Kupplungsbauteile bemessen wird.

Aus der CH-PS 3 28 177 ist ferner ein für Schrauben mit Sechskantkopf vorgesehener Schraubenschlüssel bekannt der als drehmomentübertragendes Bauteil eine Steckhülse mit Sechskantmaul aufweist Die Steckhülse ist um ihre Achse drehbar auf einem Anziehglied gelagert an dem sich ein Hebel zum Handhaben des Schraubenschlüssels befestigen läßt Im Anziehglied sind in gleichmäßigen Winkelabständen von je 60° sechs Kugeln in je einer radialen Bohrung geführt und von je einer Feder radial nach außen vorgespannt Den Kugeln sind zwölf Kugelpfannen zugeordnet, die in gleichmäßigen Winkelabständen von je 30° in der Steckhülse ausgebildet sind; von diesen zwölf Kugelpfannen haben sechs eine größere Tiefe als die zwischen ihnen angeordneten übrigen sechs Kugelpfannen. Wenn die sechs federbelasteten Kugeln in den tiefen Kugelpfannen eingerastet sind, läßt sich ein bestimmtes größtes Drehmoment zum Anziehen der Sechskantschraube vom Anziehglied auf die Steckhülse übertragen. Die weniger tiefen Kugelpfanncn sind dagegen so bemessen, daß sie zusammen mit den Kugeln nur eine Aufstecklage der Steckhülse in bezug auf das Anzieh glied festlegen, nicht aber ein zum Anziehen der Schraube ausreichendes Drehmoment zu übertragen vermögen. Durch die verschieden tiefen Kugelpfannen werden also Aufsteckiagcn und Drehmomentübertragungslagen der Steckhülse in bezug auf das Anziehglied voneinander unterschieden. Um sicherzustellen, daß die Drehmomentübertragung von dem Steckschlüssel auf die Schraube nur in einer der Aufstecklagen begonnen und beendet werden kann, weist die Schraube an ihrem freien Ende eine profilierte Scheibe auf, die durch eine P.ingnut von ihrem Sechskantkopf getrennt ist. An der Scheibe sind sechs Zähne ausgebildet, deren Flanken von je zwei ebenen Flächen gebildet sind, welche in unterschiedlichen Winkeln in bezug auf die Winkelhalbierende Ebene des betreffenden Zahns angeordnet sind. Das Anziehglied weist ein dem Profil der Scheibe angepaßtes Kragenstück auf, dessen axiale Länge geringer ist als die Breite der Ringnut der Schraube. Dieses Kragenstück ist zwischen dem Sechskantmaul der Steckhülse und einer in dem Anziehglied vorgesehenen Ringnut angeordnet. Die Ringnut hat eine die Dicke der Scheibe übersteigende Breite und ist dazu bestimmt, die Scheibe derart aufzunehmen, daß diese sich im Anziehglied frei drehen kann. Zum Übertragen eines Drehmoments ist weder die Scheibe der Schraube noch das Kragenstück des Anziehgliedes vorgesehen: beide

bilden nur eine Sperrvorrichtung, die ein vollständiges Aufstecken des Steckschlüssels auf den Sechskantkopf der Schraube nur dann zuläßt, wenn die Steckhülse in bezug auf das Anziehglied eine der Aufstecklagen einnimmt. Der beschriebenen Gestaltung der Zahnflanken der Scheibe über dem Sechskantkopf der Schraube liegt also nicht die Aufgabe zugrunde, das zwischen Steckschlüssel und Schraube übertragbare Drehmoment zu erhöhen. Im Gegenteil soll dieses gerade durch das Zusammenwirken der federbelasteten Kugeln mit den tiefen Kugelpfannen begrenzt werden.

Wenn man davon ausgeht, daß bei gattungsgemäßen Kupplungsverzahnungen infolge des wegen Herstellungstoleranzen und der notwendigen axialen Relativverschiebbarkeit zwischen den Kupplungsbauteilen unvermeidlichen Verdrehspiels selbst bei stark abgerundeten Längskanten der Zähne nur eine im wesentlichen linienförmige Berührung zwischen jeder treibenden und der zugehörigen getriebenen Zahnflanke erzielbar ist, liegt der Versuch nahe, das zwischen treibendem und getriebenem Bauteil übertragbare Drehmoment durch eine Erhöhung der Zähnezahl zu vergrößern. beispielsweise anstelle von Sechskantschrauben und Sechskantschlüsseln, Zwölfkantschrauben und Zwölfkantschlüssel zu verwenden. Dabei haben jedoch die Kräfte der Längskanten des treibenden Bauteils auf die Flanken des getriebenen Bauteils eine Richtung, die vom Lot auf die betreffende Zahnflanke stark abweicht und deshalb Verklemmungen und Beschädigungen der Zahnflanken und -kanten begünstigt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungsverzahnung der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzubilden, daß das übertragbare Drehmoment im Vergleich zu Kupplungsverzahnungen gleicher Größe und Zähnezahl erhöht und die Gefahr einer Beschädigung der Verzahnungen vermindert wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flanken jedes Zahnes durch mindestens je zwei ebene Flächen gebildet sind, die mit der Mittelebene verschiedene Neigungswinkel einschließen, so daß jeder Zahn des ersten Bauteils nach dem Überwinden eines geringen Verdrehspiels an den entsprechenden benachbarten Flächen des zweiten Bauteils längs wenigstens zweier Mantellinien zur Anlage kommen kann.

Die Erfindung bedeutet eine Abkehr von dem aus der FR-PS 15 00 270 bekannten Gedanken, eine Flächenberührung durch Abstimmung der Zahnflanken zu erzielen. Anstelle von Flächenberührungen werden erfindungsgemäß nur Linienberührungen angestrebt, diese aber längs mehr als einer Mantellinie auf jeder belasteten Zahnflanke. Dabei wird auch mit der Möglichkeit gerechnet, daß sich bei Kupplungsverzahnungen eine gewisse, wenn auch geringe Exzentrizität des einen Kupplungsbauteils gegenüber dem anderen nicht immer vermeiden läßt und daß ferner auch Zahnteilungsfehler nicht vollständig vermeidbar sind.

Die erfindungsgemäße Lehre, daß jede treibende Zahnflanke des treibenden Kupplungsteils jede ihr gegenüberliegende Zahnflanke des getriebenen Kupplungsteils längs mindestens zweier getrennter Mantellinien berührt, läßt sich auch mit großen Krümmungsradien der von den erfindungsgemäßen ebenen I lachen unterbrochenen Rundungen verwirklichen. Im Extremfall kann schon allein die radial äußere Bcriihrungsstelle zwischen jedem Zahn und dem zugehörigen Cjcgcnz.ahn bei gegebenen GcsaTitabmessungcn ebenso tr:igfähig sein wie die einzige beim Stand der Technik mögliche Bcrührungsstelle zwischun jedem Zahn und zugehöri-

gem Gegenzahn. Dies bedeutet, daß die erfindungsgemSß durch die zweite, weiter radial innen an jedem Zahn gelogene Berflhrungsstelle übertragene Last su 100" als Gewinn in die Berechnung der Flanketragfähigkeit, und somit des insgesamt übertragbaren Drehmoments, eingesetzt werden kann.

Die Erfindung ist auf Kupplungen im allgemeinsten Sinn anwendbar, darunter Schrauben, Muttern mit den entsprechenden Spannschlüsseln, sowie auf Verbindungsstücke und die bei diesen zu verwendenden Werkzeuge.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen erläutert Es zeigen

F i g. 1 und 2 eine Seitenansicht bzw. eine Ansicht von oben eines Schraubenkopf es als außenverzahntes Bauteil einer Kupplung,

Fig.3 einen Schnitt senkrecht zur Drehachse des außenverzahnten und eines zugehörigen innenverzahnten Bauteils, zwischen denen ein Drehmoment übertragen wird,

Fig.4 und 5 die Vergrößerung eine; Zahnes der in F i g. 3 dargestellten Außen- und Innenverzahnung bei drehmomentfreiem Eingriff (Fig.4) und beim Übertragen eines Drehmoments(Fig. 5),

Figo eine perspektivische Ansicht einer Schraube mit einem als innenverzahntes Bauteil ausgebildeten Kopf und eines entsprechenden innenverzahnten Bauteils eines Schraubenschlüssels,

F i g. 7 die Bauteile nach F i g. 6 beim Übertragen eines Drehmomentes,

Fig.8, 9 und 10 zum Vergleich Kupplungen gemäß dem Stand der Technik beim Übertragen desselben Drehmomentes und

Fig. 11 einen vergrößerten Ausschnitt aus F i g. 9.

Das in F i g. 1 dargestellte Bauteil 1 einer Kupplung weist sechs Zähne 2 auf, von denen jeder aus vier ebenen Flächen 3, 4, 5 und 6 zusammengesetzt ist In F i g. 2, die das Bauteil 1 von oben zeigt, sind die sechs Zähne 2 und die vier ebenen Flächen 3,4,5 und 6 jedes Zahnes 2 in entsprechender Anordnung zu erkennen. Der in Fig. 3 dargestellte Schnitt in einer zur Drehachse der Kupplung senkrechten Ebene zeigt ein außenverzahntes, treibendes Bauteils 7, das sich in der von einem Pfeil 8 angegebenen Richtung dreht und ein innenverzahntes Bauteil 9 antreibt.

Das Bauteil 7 weist sechs erhabene Zähne, beispielsweise sechs Zähne 2 auf, von denen jeder mit den oben beschriebenen ebenen Flächen 3,4,5 und 6 versehen ist, die zur Winkelhalbierenden Ebene 10 des Zahnes 2 paarweise symmetrisch sind. Das Bauteil 9 ist von sechs Innenzähnen oder vertieften Zähnen ti gebildet, von denen jeder vier ebene Flächen 12, 13, 14 und 15 a>ifw* is!, die zur Winkelhalbierenden Ebene 16 paarweise symmetrisch sind.

Sobald das auJenverzahnte Bauteil 7 in das innenverzahnte Bauteil 9 eingefügt worden ist (Fig.4), sind die ebenen Flächen 3,4,5 und 6 bzw. 12,13,14 und 15 der erhabeneil Zähne 2 und der vertieften Zähne 11 parallel zueinander angeordnet, wie am Beispiel der Flächen 3 und 12 gezeigt. Der zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen 3, 4, 5, 6 und 12, IJ, 14, 15 bestehende freie Raum 17 entspricht den Fcrtigungstolcranzen der beiden Bauteile 7 und 9.

Bei Einwirkung eines Drehmomentes auf das Außenverzahnte Bauteil 7 im Sinne des die Drehrichtung angegebenden Pfeils 8 (Fig. 5) legt sich jede Fläche 5 des außenver/.ahnten Bauteils 7 liings zweier

Mantellinien 18 und 19 an die Flächen 14 und 15 des innenverzahnten Bauteils 9 an. Die Angriffswinkel λ und β sind mit 20 und 21 bezeichnet. Folglich berührt das außenverzahnte Bauteil 7 das innenverzahnte Bauteil 9 nicht Fläche an Fläche, sondern Kante an Fläche.

Fig.6 zeigt eine Kupplung aus einem innenverzahnten Bauteil 9 in Gestalt eines Schraubenkopfes mit Hohlprofil und einem außenverzahnten Bauteil 7 in Gestalt eines Schraubenschlüssels. Die Bauteile 9 und 7 sind mit Zähnen 11 und 2 versehen, die zum Übertragen des Antriebsmomenles ineinandergreifen. Gemäß Fig. 7, die einen Schnitt senkrecht zur Drehachse der Kupplung nach F i g. 6 zeigt, legt sich das außenverzahnte Bauteil 7, das mit einem Drehmoment entsprechend dem Pfeil 8 angetrieben ist, mit den Mantellinien 18 und 19 an das innenverzahnte Bauteil 9 an.

Fig. 8 bis II. welche Schnitte senkrecht zur Drehachse bekannter sechseckiger bzw. sechszähniger Kupplungen darstellen, deren außenverzahntes Bauteil

7 vom Drehmoment in derselben Richtung gemäß Pfeil

8 angetrieben ist. zeigen dagegen deutlich, daß eine Berührung zwischen jeder treibenden Flanke und der zugehörigen getriebenen Flanke nur längs einer einzigen Mantellinie 22 stattfindet.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kupplungsverzahnung zum Obertragen eines Drehmomentes von einem treibenden auf ein getriebenes Bauteil, von «Jenen das eine Bauteil wenigstens zwei zur Drehachse des Bauteils symmetrisch angeordnete, mit abgerundeten Längskanten versehene Zähne aufweist, die vorzugsweise symmetrisch zu einer die Kupplungsachse enthaltenden Mittelebene ausgebildet sind, und das andere Bauteil einen dazu passenden komplementären Querschnitt hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken jedes Zahnes (2, 11) durch mindestens je zwei ebene Flächen (3—6) gebildet sind, die mit der Mittelebene verschiedene Nei- r> gungswinkel (λ, β) einschließen, so daß jeder Zahn (2) des ersten Bauteils (7) nach dem Oberwinden eines geringen Verdrehspiels an den entsprechenden benachbarten Flächen (12—15) des zweiten Bauteils (9) längs wenigstens zweier Mantellinien (18,19) zur 2c Anlage koramen kann.

2. Kupplungsverzahnung nach Anspruch 1, bei der jeder Zahn jedes der beiden Bauteile zur Drehmomentübertragung in den beiden Drehrichtungen je zwei ebene Flächen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die eine ebene Fläche (5,14) einen Winkel (λ) von 58 bis 62°, und die aiidere ebene Fläche (6, 15) einen Winkel (ß) von IO bis 30°, vorzugsweise 15 bis 25°, mit der Winkelhalbierenden Ebene einschließt. JO

3. Kupplungsverzahnung nach Anspruch 1, bei der jeder Zahn ,.ides der beiden Bauteile zur Drehmomentübertragung in den beiden Drehrichtungen je drei ebene Flächen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste ebene Fiäche ^inen Winkel von 58 r> bis 62°,die zweite ebene Fläche einen Winkel von 25 bis 30° und die dritte ebene Fläche einen Winkel von 10 bis 20° mit der Winkelhalbierenden Ebene einschließt