DE3010354A1

DE3010354A1 - Wellenkupplung

Info

Publication number: DE3010354A1
Application number: DE19803010354
Authority: DE
Inventors: Frederick Henry Holmes
Original assignee: British Aerospace PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1979-03-22
Filing date: 1980-03-18
Publication date: 1980-10-02
Also published as: GB2046877A; FR2452028B1; FR2452028A1; US4344305A; GB2046877B

Description

Patentanwälte Dipl.-lng. C U rt Wallach

Dipl.-lng. Günther Koch

-£{- Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 18. März I98O

Unser Zeichen: l6 870 - K/Ap

Anmelder: British Aerospace

Brooklands Road
Weybridge,
Surrey, ΚΓ13 OSJ
England

Titel: Wellenkupplung

030040/0727

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung für zwei koaxiale ein Drehmoment übertragende Wellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zu schaffen, die die Möglichkeit schafft, die Wellen leicht und schnell zu kuppeln und zu entkuppeln, und zwar soll diese Kupplungsbewegung durch Hand und ohne Werkzeuge geschehen, und die Kupplung soll gegenüber unbeabsichtigter Entkupplung geschützt sein.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin eine Kupplung zu schaffen, bei der die Kupplung, Entkupplung und die Mittel, die die Kupplung gegen eine unbeabsichtigte Entkupplung schützen, ein einziges Bauteil aufweisen, beispielsweise ein einziges von außen her leicht erfaßbares Gehäuse.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Kupplung für zwei koaxiale, ein Drehmoment übertragende Wellen dadurch gelöst, daß sie getrennte, ein Drehmoment übertragende Verbindungen aufweist, die axial gleitbar eine Einkupplung bzw. Auskupplung bewirken, daß eine axiale Bewegung bewirkende Mittel vorgesehen sind, um die Verbindungen axial einzukuppeln bzw. auszukuppeln, indem eine Drehbewegung stattfindet, daß eine Drehung verhindernde Mittel vorhanden sind, die in der Lage sind axial in eine Verriegelungsstellung hinein und aus dieser herausbewegt zu werden und eine Drehbewegung der die Axialbewegung bewirkenden Mittel verhindert, und daß eine Arretierungsvorrichtung vorgesehen ist, um eine unbeabsichtigte Axialbewegung der die Drehbewegung verhindernden Mittel in die Verriegelungsstellung hinein und aus dieser heraus zu verhindern.

Vorzugsweise umfaßt die Kupplung ein blechartiges Gehäuse,

030040/0727

welches durch Hand erfaßt werden kann, um sowohl gedreht als auch axial bewegt zu werden, und dieses Gehäuse ist betriebsmäßig mit einer Arretierungsvorrichtung derart verbunden, daß eine begrenzte Drehbewegung die Arretierungsmittel in eine Stellung überführt, in der eine axiale Bewegung des Gehäuses möglich ist oder verhindert wird, wobei die die Drehbewegung verhindernden Mittel derart ausgebildet sind, daß eine Axialbewegung des Gehäuses die Sperrmittel axial in die Kupplungs stellung bzw. aus dieser heraus bewegt,und wobei die die Axialbewegung bewirkenden Mittel derart ausgebildet sind, daß dann,wenn die die Drehbewegung verhindernden Mittel außer Eingriff befindlich sind, eine Drehung des Gehäuses ein Ziehe der Verbindungsmittel in die Drehmomentübertragungsstellung (Kupplungsstellung) oder aus dieser heraus bewirken.

In diesem Fall weist zweckmäßigerweise die Verbindungsvorrich tung eine äußere und innere Keilverzahnung auf, die an den zu kuppelnden Wellen befindlich sind.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Anordnung derart getroffen, daß die das Drehmoment übertragen Verbindungsmittel in Eingriff stehende Keilverzahnungen aufweisen, von denen die AußenkeilverJsahnung auf der einen Welle und die Innenverzahnung auf der anderen Welle angeordnet ist.

Vorzugsweise besitzt die die Drehbewegung verhindernde Einrichtung feste Eingriffsoberflächen auf der Welle, die keine Hülse trägt und ein Eingriffsglied wird von dem Gehäuse getragen, um axial mit diesem in Eingriffsstellung und aus dies« heraus bewegt zu werden.

Vorzugsweise besitzen die Arretierungsmittel zusammenwirkende Schultern bzw. Zapfen, wobei der eine Teil der Hülse und der

030040/0727

andere dem Gehäuse zugeordnet 1st, und die Schulter besitzt Bereiche, die wenn sie in Eingriff stehen, eine relative axiale Bewegung der Hülse und des Gehäuses verhindern, Jedoch eine begrenzte relative Drehung ermöglichen, wobei ein weiterer Bereich vorgesehen ist, der eine relative Axialbewegung zuläßt, jedoch eine relative Drehbewegung verhindert.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Kupplung in eingekuppeltem Zustand, teilweise im Schnitt nach der Längsdrehachse X-X;

Fig. 2,

3*4u.5 Verschiedene Bauteile,von denen einige der Übersichtlichkeit wegen teilweise im Schnitt dargestellt sind;

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI gemäß Fig. j5; Fig. 7 eine Stirnansicht eines Bestandteiles der Fig. j5;

Fig. 8 eine Stirnansicht des Bestandteiles gemäß Fig. 4 betrachtet in Richtung des Pfeiles VIII;

Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX gemäß Fig. 5.

Die in der Zeichnung dargestellten zwei koaxialen Wellen und 2 sind lösbar miteinander kuppelbar um ein Drehmoment, beispielsweise von einem Flugzeugtriebwerk auf eine Hilfseinrich-

030040/0727

tung zu übertragen. Die Welle 1 ist teleskopartig ausgebildet, damit ihr Kupplungsende 3 sich gegenüber der Welle ί während der Einkopplung und der Auskupplung axial bewegen kann. Diese Teleskopausbildung erfolgt in bekannter Weise durch zusammenwirkende axial verlaufende Keilverzahnungen, die mit dem Bezugszeichen 4 angedeutet sind.

Die Kupplung der beiden Wellen 1 und 2 wird durch vier Ieich identifizierbare, aber zugeordnete Merkmale bewirkt. Diese Merkmale sind derart miteinander verknüpft, daß eine Einkupplung und Auskupplung durch Bewegung nur eines Gliedes in spezieller Weise bewerkstelligt werden kann. Natürlich ist dieses Glied so ausgebildet, daß es leicht mit der Hand erfaßt werden kann, um eine derartige Bewegung durchzuführen

Das eine Merkmal besteht in einer getrennten, das Drehmoment übertragenden Verbindung. Diese Verbindung weist einen äußer verzahnten Bereich 5 und einen inneren verzahnten Bereich 6 auf, die gegenseitig gleitbar miteinander in Eingriff stehen und eine Drehmomentübertragung bilden. Der Bereich 5 ist in zweckmäßiger Weise auf einen Nasenabschnitt 7 verminderten Durchmessers angebracht, der fest und koaxial zu dem Kupplun ende 3 der Welle 1 liegt. Die Befestigungsvorrichtung für den Nasenabschnitt 7 ist bei 8 dargestellt. Außer in Fig. 1 ist der Nasenabschnitt 7 im einzelnen in den Figuren 4 und 8 dargestellt. Der innenverzahnte Bereich 6 befindet sich auf einem im Durchmesser verminderten Abschnitt der Welle 2.

Ein zweites Merkmal besteht in einer eine Axialbewegung bewirkenden Schraube, die einen gleitbaren Eingriff von den außen- bzw. innenverzahnten Bereichen 5 bzw. 6 bewirkt. Ein Innengewindeabschnitt 9 und ein Außengewindeabschnitt 10 stehen mit einander in Eingriff, um die verzahnten Bereiche

030040/0727

5 und 6 in Eingriff zu halten, indem ein Drehmoment übertragen wird und sie können auseinandergeschraubt werden, um die verzahnten Bereiche außer Eingriff zu bringen. Um ein schnelles Zu- und Aufschrauben des Gewindes zu ermöglichen, besitzen die Gewinde drei Gänge.

Der Innengewindeabschnitt 9 ist in einer Hülse 11 ausgebildet, die konzentrisch drehbar von einer zylindrischen Lageroberfläche des Nasengliedes 7 getragen wird. Die Hülse 11 ist leicht drehbar, sie ist jedoch gegenüber einer Axialbewegung relativ zum Nasenglied 7 mittels eines Bundes 13 und einer Ringschulter 14 gehindert. Eine Drehung der Hülse 11 zum Aufschrauben oder Abschrauben und demgemäß zum Zwecke einer Axialbewegung der Keilverzahnungsabschnitte 5 und 6 wird in der nachstehend beschriebenen Weise bewirkt.

Der Außengewindeabschnitt 10 ist auf der Welle 12 konzentrisch zu der Innenkeilverzahnung 6 angeordnet.

Das dritte Merkmal ist in einer Verriegelungseinrichtung für die Schraubgewindeabschnitte 9 und 10 zu sehen, durch die die freie Drehbarkeit verhindert wird. Diese Verriegelungseinrichtung umfaßt feste Oberflächen 15, die als hexagonale Abflachungen der Welle 12 ausgebildet sind und mit drei Paßgliedern 16 zusammenwirken, von denen je eines gegen eine flache Oberfläche 15 des Sechsecks anliegt, wenn die Teile miteinander in Eingriff stehen. Die drei Glieder sind im Abstand zueinander angeorndet, um jeweils jede zweite Oberfläche des Sechskants zu erfassen.

Die Paßglieder 16 stehen axial von einem Ring 17 vor, der axial gleitbar auf einer Lageroberfläche 18 montiert ist, die auf der Hülse 11 ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise hat die

030040/0727

Lageroberfläche 18 einen Durchmesser, der ähnlich ist der Abmessung quer über gegenüberliegenden Abflachungen 15 des Sechskants. Wie aus Fig. 1 und 3 ersichtlich, liegt der Ring konzentrisch um das Äußere der Hülse 11 herum. Er wird in dieser Lage durch ein Ringgehäuse I9 getragen, welches die zusammengebaute Kupplung umschließt.Das Gehäuse 19 besteht aus Blech und kann demgemäß leicht erfaßt werden. Durch die Bewegung dieses einzigen Gliedes kann die Einkupplung und die Auskupplung erfolgen, und hierdurch wird die eingekuppelt Kupplung gegenüber einer zufälligen und unbeabsichtigten Entkupplung geschützt. Ein Abschnitt 20 relativ großen Innendurchmessers befindet sich innerhalb des Ringes I7. Der Ring wird radial zwischen der Oberfläche 18,der Hülse 11 und der inneren Oberfläche des Abschnitts 20 aufgenommen. Außerdem besitzt die Hülse einen Abschnitt 21 relativ kleinen Innendurchmessers, der von einer Lageroberfläche 22 getragen wird, die auf der äußeren Oberfläche der Hülse 11 ausgebildet ist.

Auf der Hülse 11 ist ein Ringflansch 23 ausgebildet, der in den Abschnitt 20 des Gehäuses mit großem Durchmesser einsteht, um sowohl einen axialen Anschlag der eine übermäßige Axialbewegung des Gehäuses nach der Welle 2 verhindert, als auch eine radiale Festlegung für das Gehäuse zu bilden.

Der Ring I7 wird relativ zum Gehäuse I9 in axialer Richtung mittels eines Sprengringes 24 und einer Schraubenfeder 25 gehalten. Die Schraubenfeder 25 wird zwischen dem Ring I7 und dem Flansch 23 so zusammengepreßt, daß der Ring I7 axial nach dem Sprengring hin vorgespannt wird. Die Schraubenfeder ist deutlich aus Fig. 2 erkennbar. Sie weist an ihrem dem Flansch 23 zugewandten Ende einen axialen Fortsatz 26 und einen radialen Fortsatz 27 an ihrem anderen Ende auf, das an dem Ring I7 anliegt. Der axiale Fortsatz 26 wird von einem

030040/0727

- li -

Axialloch 28 des Flansches 23 aufgenommen, während der radiale Portsatz 27 von einem Radialloch 29 im Ring aufgenommen wird. Außerdem wird der Radialfortsatz 27 von einem radial verlaufenden, in Achsrichtung sich erstreckenden Schlitz 30 im Gehäuse 19 aufgenommen.

Das Radialloch 29 besitzt eine Breite, betrachtet längs· der Achse X-X, die so bemessen ist, daß eine begrenzte Drehung des Rings 17 gegenüber dem Gehäuse 19 möglich wird. Der Schlitz 30 ermöglicht eine relative Axialbewegung zwischen dem Ring und dem Gehäuse, jedoch ist keine Drehung dazwischen möglich.

Die Feder wird, da sie wirksam zwischen der Hülse 11 und dem Gehäuse 19 zusammengepreßt ist, zweckmäßigerweise dazu benutzt, das Gehäuse axial zusammen mit dem getragenen Ring in die Verriegelungsstellung zwischen den Gliedern 16 und 15 vorzuspannen. Da die Feder außerdem wirksam in Torsionsrichtung gegenüber der Hülse 11 an einem Ende und am anderen Ende am Gehäuse I9 verankert ist, kann sie wirksam benutzt werden, um das Gehäuse I9 in Drehrichtung gegenüber der Hülse 11 vorzuspannen.

Ein viertes Merkmal liegt in einer Arretierungsvorrichtung, die eine unbeabsichtigte Axialbewegung der die Drehung verhindernden Mittel aus der Verriegelungsstellung heraus verhindert. Diese Arretierungsvorrichtung weist drei im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnete Schlitze in der Lageroberfläche 22 der Hülse 11 auf. Jeder Schlitz weist einen axial verlaufenden Teil 3I und einen in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt 32 auf. Beide Teile eines jeden Schlitzes besitzen eine Breite, die so bemessen ist daß gleitbar ein Zapfen 33 einpaßt, der auf einer radial nach innen gerichteten

030040/0727

Schraube 34 ausgebildet ist, die jeweils einem Schlitz zugeordnet sind und vom Gehäuse I9 getragen werden. Natürlich sind die Schrauben 34 ebenfalls im gleichen Winkelabstand zueinander am Gehäuse angeordnet.

Die kombinierte Wirkung der Vorspannung der Feder 25 in zwei unterschiedlichen Richtungen besteht darin, jeden Zapfen 33 längs des Axialschlitzteils 3I nach dem Umfangsschlitzteil 32 zu schieben und bei Erreichen des Umfangsschlitzabschnitts 32 werden die Zapfen 33 veranlaßt, sich nach dem Ende des Schlitzes bajonettartig zu bewegen. Wenn jeder Zapfen 33 im axialen Abschnitt 3I des Schlitzes verläuft, verhindern die Schultern 31a eine Drehung des Gehäuse während dann wenn die Zapfen 33 in den ümfangsabschnitt 32 des Schlitzes liegen, die Schultern 32a eine Axialbewegung des Gehäuses verhindern.

Da die Schrauben 34 zusammen mit ihren Zapfen 33 radial das Gehäuse I9 mit der Hülse 11 verbinden, bewirkt eine Drehung des Gehäuses eine Drehung der Hülse im Sinne eines Aufschraubens oder Abschraubens.

Die Kupplung arbeitet im Betrieb wie folgt. Man muß sich zunächst vergegenwärtigen, daß die Kupplung der beiden Wellen 1 und 2 primär durch Gleiten der Keilverzahnungen 5 und 6 aufeinander erfolgt. Die weiteren Operationen sind demgegenüber von sekundärer Bedeutung. Die Welle 1 ist teleskopartig ausgebildet, um diese Bewegung zuzulassen.

Die Gleitbewegung wird dadurch bewirkt, daß das Gehäuse I9 erfaßt und um einen begrenzten Winkelbetrag gegen die Torsionsvorspannung der Feder 25 gedreht wird, bis die Zapfen 33 aus ihrem Umfangsschlitzabschnitt 32 in ihren Axial-

030040/0727

schlitzabschnitt 31 einlaufen und dann wird das Gehäuse 19 axial gegen die axiale Vorspannung der Feder 25 von der Welle 2 weggezogen. Die lceilverzahnten Bereiche 5 und 6 sind dann gleitbar aufeinander ausgerichtet und die Schraubgewindeabschnitte 9 und 10 werden zusammengeschraubt, indem das Gehäuse 19 gedreht wird, welches seinerseits die Hülse 11 über die Schrauben 34 dreht.

Wenn dann die Keilverzahnungsabschnitte 5 und 6 voll in Eingriff stehen und das Drehmoment übertragen, d.h. wenn die Schraubgewindeabschnitte 9 und 10 soweit als möglich aufgeschraubt sind, dann wird das Gehäuse I9 freigegeben, so daß die axiale Federvorspannung die Hülse nach der Welle 2 verschiebt, bis die Eingriffsglieder 16 jeweils gegen eine flache Oberfläche I5 des Sechskants anliegen, der auf der Welle 2 ausgebildet ist. Eine geringe hin und her Drehbewegung des Gehäuses kann erforderlich sein, um eine Ausrichtung der Glieder 16 mit den Oberflächen I5 zu ermöglichen, damit ein anfänglicher Eingriff zustande kommt. Der volle Eingriff erfolgt unter der axialen Vorspannung der Druckfeder 25.

Wenn die Glieder 16 im vollen Eingriff mit den flachen Oberflächen 15 stehen und eine gegenseitige Drehung verhindern, dann haben sich die Zapfen 33 axial längs des Axialschlitzes 31 bewegt und sind auf den Umfangsabschnitt 32 der Schlitze ausgerichtet. Unter der Torsionsvorspannung der Feder 25 werden sie darin vorgespannt und an einer weiteren Axialbewegung durch die Schultern 32a gehindert. Die Axialbewegung zur Einleitung der Entkupplung ist nur möglich, wenn das Gehäuse 19 erfaßt und über einen kleinen Winkel gegen die Vorspannung der Feder 25 soweit gedreht wird, daß das Gehäuse axial von der Welle 2 abgezogen werden kann. Um diese anfängliche Drehung des Gehäuses 19 trotz des die Drehung verhindern-

030040/0727

-H-

den Eingriffs zwischen den Teilen 16 und I5 zu ermöglichen, muß man sich vergegenwärtigen, daß das Radialloch 29 eine solche Breite hat, daß eine begrenzte seitliche Bewegung
des Pederfortsatzes 27 möglich ist, wodurch eine Relativbewegung in Drehrichtung zwischen dem Ring I7 und dem Gehäuse 19 möglich wird.

030040/0727

Claims

Patentansprüche

Kupplung für zwei koaxiale, ein Drehmoment übertragende Wellen,

dadurch gekennzeichnet, daß sie getrennte, ein Drehmoment übertragende Verbindungen (5,6) aufweist, die axial gleitbar eine Einkupplung bzw. Auskupplung bewirken, daß eine axiale Bewegung bewirkende Mittel (9, 10) vorgesehen sind, um die Verbindungen axial einzukuppeln bzw. auszukuppeln, indem eine Drehbewegung stattfindet, daß eine Drehung verhindernde Mittel (15,16) vorhanden sind, die in der Lage sind, axial in eine Verriegelungsstellung hinein und aus dieser heraus bewegt zu werden, und eine Drehbewegung der die Axialbewegung bewirkenden Mittel verhindert, und daß eine Arretierungsvorrichtung (32,35) vorgesehen ist, um eine unbeabsichtigte Axialbewegung der die Drehbewegung verhindernden Mittel in die Verriegelungsstellung hinein und aus dieser heraus zu verhindern.
2. Kupplung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (I9) vorgesehen ist, welches durch Hand erfaßt werden kann, um sowohl die Drehbewegung als auch die Axialbewegung durchzuführen, daß das Gehäuse betriebsmäßig mit der Arretierungsvorrichtung (32,33) derart verbunden ist, daß eine begrenzte Drehbewegung der Arretierungsmittel in eine Stellung möglich wird, in der eine Axialbewegung des Gehäuses möglich wird bzw. verhindert ist, wobei die die Dr eh-

030040/0727

bewegung verhindernden Mittel (15,16) derart ausgebildet sind, daß die Axialbewegung des Gehäuses die Verriegelungsmittel in die 'Verriegelungsstellung hinein bzw. aus dieser herausbewegt, und daß die die Axialbewegung bewirkenden Mittel (9*10) derart ausgebildet sind, daß dann wenn die die Drehbewegung verhindernden Mittel aus der Sperrstellung herausbewegt sind, eine Drehung des Gehäuses ein Ziehen an den Verbindungsmitteln (5,6) bewirkt, wodurch diese ein- bzw. ausgekuppelt werden.
3. Kupplung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Drehmoment übertragenden Verbindungsmittel (5,6) in Eingriff stehende Keilverzahnungen (5,6) aufweisen, von denen die Außen-Keilverzahnung

(5) auf der einen Welle (1) und die Innenverzahnung

(6) auf der anderen Welle (2) angeordnet ist.
4. Kupplung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die die Axialbewegung bewirkenden Mittel (9, 10) eine Hülse (11) aufweisen, die konzentrisch von einer Welle (1) getragen wird, daß Pestlegemittel (13,14) eine Axialbewegung der Hülse verhindern, jedoch eine Drehung gegenüber der Welle ermöglichen, daß miteinander in Eingriff stehende Gewindeabschnitte (9, 10) auf der Hülse bzw. der anderen Welle angeordnet sind, und daß die Verbindungsmittel (33,34) die Hülse mit dem Gehäuse derart verbinden, daß eine Drehung des Gehäuses bewirkt, daß die Hülse die Gewinde aufschraubt bzw. abschraubt, wodurch eine Entbzw. Einkupplung bewirkt wird.

030040/0727
5. Kupplung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Drehbewegung verhindernden Mittel (15,16) eine feste Oberfläche (I5) aufweisen, die auf der Welle (2) ohne Hülse ausgebildet sind, und daß ein Teil (16) vom Gehäuse getragen wird, um sich mit diesem axial zu bewegen und in Eingriff mit der anderen Oberfläche zu gelangen.
6. Kupplung nach den Ansprüchen 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierungsmittel (32,33) aus einer Schulter (31,32) und einem Zapfen (33) bestehen, wobei der eine Teil der Hülse und der andere dem Gehäuse zugeordnet ist, und daß die Schulter einen Bereich (32a) aufweist, der wenn er von den Zapfen erfaßt ist, eine relative Axialbewegung zwischen Hülse und Gehäuse verhindert, jedoch eine begrenzte relative Drehung zuläßt, wobei ein weiterer Schulterbereich (31a) eine relative axiale Bewegung zuläßt, jedoch eine relative Drehbewegung verhindert.
7. Kupplung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß Vorspannmittel (25) vorgesehen sind, um axial das Gehäuse in eine Stellung vorzuspannen, in der die beiden Teile in Eingriff befindlich sind.
8. Kupplung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß Vorspannmittel (25) vorgesehen sind, um das Gehäuse in Drehrichtung in eine Stellung vorzuspannen, in der eine relative Axialbewegung zwischen Hülse und Gehäuse verhindert ist.

030040/0727