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Zahnkupplung für achsparallele, winklige und axiale Verlagerungen
von miteinander gekuppelten Wellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnkupplung
für achsparallele, winklige und axiale Verlagerungen von miteinander gekuppelten
Wellen, wobei eine Kupplungshülse mit Innenverzahnungen in gewölbte Verzahnungen
von auf den beiden Wellenenden befestigten Kupplungsnaben eingreift.
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Mit der Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Kupplungshülse
gegenüber den Wellenenden in einfacher Weise spielfrei abzustützen, ohne daß die
Verlagerungsfähigkeit der Kupplungshülse gegenüber den Wellenenden beeinträchtigt
wird und ohne daß große Reibungswiderstände in den Verzahnungen auftreten.
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Bei einer bekannten Wellenkupplung weist das mit jedem Wellenende
verbundene Kupplungsglied Nocken mit ebenen, parallelen Flanken auf, die in einem
Schlitz eines aus Bi-Material hergestellten, zylindrischen Zwischenstückes eingreifen,
dessen zylindrischer Teil in der Kupplungshülse drehbar gelagert ist und wobei die
Außenflächen der zylindrischen Zwischenstücke sich auf der Innenfläche der Kupplungshülse
abstützen.
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Diese Kupplung arbeitet zwar ohne Spiel, läßt jedoch nur Bewegungen
in Achsrichtung zu und ist für große Abmessungen und geringe Drehzahlen anwendbar;
denn die zylindrischen Zwischenstücke beanspruchen viel Platz, so daß nur wenige
Nocken vorgesehen werden können, und die Zwischenstücke unterliegen einem hohen
Verschleiß, weil sie bei jeder Umdrehung zweimal zwei entgegengesetzte Eigenbewegungen
ausführen müssen.
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Mit der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß sich
die Kupplungshülse auf mindestens drei Auflagerstellen abstützt, die auf dem Fuß-bzw.
Kopfkreisumfang der Innen- bzw. Außenverzahnungen gleichmäßig verteilt sind.
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Hierdurch wird eine verklemmungsfreie Wellenkupplung großer Verlagerungsfähigkeit
geschaffen, da die Kupplungshülse auf wenigen, gleichmäßig verteilten Auflagerstellen
zentrisch und ohne radiales Spiel abgestützt ist, so daß die Verzahnungen mit dem
für verklemmungsfreie Verlagerungen erforderlichen großen Spiel zwischen den Zahnflanken,
-köpfen und -füßen versehen werden können.
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Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ist vorgesehen, daß die Auflagerstellen
der Innen- bzw. Außenverzahnung des einen Wellenendes gegenüber den Auflagerstellen
der Innen- bzw. Außenverzahnung des anderen Wellenendes um einen halben Auflagerabstand,
gemessen auf dem Fuß- bzw. Kopfkreisumfang, versetzt sind. Die dadurch geschaffene
Punktauflagerung gewährleistet ein gutes Verschwenken der Kupplungshülse. Vorteilhaft
werden hierbei die Auflagerstellen in der einen Kupplungshülsenhälfte in der Außenverzahnung
und in der anderen Kupplungshülsenhälfte in der Innenverzahnung angeordnet.
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An den Auflagerstellen können zylindrische Bolzen in den Zahnlücken
der Außen- bzw. Innenverzahnungen gelagert sein, die an den Zahnköpfen der Innen-
bzw. Außenverzahnung anliegen. Hiebei ist es vorteilhaft, mindestens einen Bolzen
mit einer zu seiner Längsachse geneigten Abflachung zu versehen, mit welcher der
Bolzen an einer entsprechend zur Kupplungshülsenlängsachse bzw. zur Kupplungsnabenlängsachse
geneigten Anlagefläche der Kupplungshülse bzw. der Kupplungsnabe in Bolzenlängsrichtung
verschiebbar anliegt. Es ist auch möglich, an den Auflagerstellen erhöhte Zahnköpfe
in den Außen- bzw. Innenverzahnungen vorzusehen, die über den Kopfkreisdurchmesser
der Außen- bzw. Innenverzahnungen hinausragen und einen Kopfkreisdurchmesser besitzen,
der ebenso groß ist wie der Fußkreisdurchmesser der im Eingriff befindlichen Innen-
bzw. Außenverzahnung.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in Ausführungsbeispielen dargestellt,
und zwar zeigt Abb. 1 die obere Hälfte der Kupplung im Längsschnitt und die untere
Hälfte in Seitenansicht, Abb. 2 einen Querschnitt durch die Kupplung nach Linie
II-II der Abb. 1, Abb. 3 einen Querschnitt durch eine Auflagerstelle mit erhöhtem
Zahnkopf in vergrößertem Maßstab. Jedes der zu kuppelnden Wellenenden 1 und 2 geht
in einen abgesetzten Wellenzapfen 1 a bzw 2 a über, auf den eine Kupplungsnabe 3
bzw. 4 aufgeschoben ist. Die Kupplungsnaben 3, 4 werden von auf den Wellenbund 1
b bzw. 2 b aufgeschraubten Ringmuttern 5 od. dgl., die mit Sicherungsscheiben 6
gegen
Lösen gesichert sind, auf den Wellenzapfen 1 a, 2 a gehalten
und mittels Paßfedern 7 od. dgl. gegen Verdrehen gesichert.
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Die Kupplungsnaben 3, 4 sind mit je einer Außenverzahnung 8 bzw. 9
ausgestattet, deren Zahnköpfe und -fuße zylindrische oder kugelförmige Oberflächen
aufweisen, die um den auf der Längsachse des Wellenendes 1 bzw. 2 in der Mittelebene
der Außenverzahnung 8 bzw. 9 liegenden Mittelpunkt M gekrümmt sind. Die Außenverzahnungen
8, 9 stehen mit entsprechenden Innenverzahnungen 10, 11 im Eingriff, die in einer
die Kupplungsnaben 3, 4 überdeckenden Kupplungshülse 12a, 12b vorgesehen sind. Die
Kupplungshülse besteht im zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel aus zwei
symmetrischen Kupplungshülsenhälften 12a, 12b, die mit geeigneten Befestigungsmitteln
13, 14 aneinandergeflanscht sind. Zur Verwirklichung der Erfindung kann natürlich
auch eine einteilige Kupplungshülse verwendet werden.
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In den Zahnlücken der Innenverzahnungen 10, 11 sind, auf dem Fußkreisumfang
gleichmäßig verteilt, mehrere zweckmäßig zylindrische Bolzen, Stifte od. dgl. 15.
15a eingesetzt, die zur Abstützung der Kupplungshülse 12a, 12b an den Zahnköpfen
der Außenverzahnungen 8, 9 anliegen. Die Bolzen 15 liegen zwecks ortsfester Lagerung
mit ihren den Kupplungshülsenöffnungen zugekehrten Stirnflächen an Verschlußringen
16 an, die an den Kupplungshülsenöffnungen angeflanscht sind. Dagegen sind die Bolzen
15a mit einer zu ihrer Längsachse geneigten Abflachung 15b versehen, mit welcher
sie an einer entsprechend zur Kupplungshülsenlängsachse geneigten Anlagefläche 17
der Kupplungshülse 12a, 12b, in Bolzenlängsrichtung verschiebbar, anliegen. Die
Bolzen 15a werden entweder, was in der Zeichnung nicht wiedergegeben ist, von zwischen
deren Stirnflächen und die Verschlußringe 16 gelegten Beilagen od. dgl. in der gewünschten
Einstellage gehalten oder können, wie dies in der Abb. 1 veranschaulicht ist, mittels
einer in den Verschlußringen 16 gelagerten Feder 18 od. dgl. an den geneigten Anlageflächen
und auf den Zahnköpfen zur Anlage gebracht werden.
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Wie aus der Abb. 2 hervorgeht, sind in den Zahnlücken der Innenverzahnung
10, auf dem Fußkreisumfang gleichmäßig verteilt, drei Auflagerstellen vorgesehen,
die von zwei ortsfest gelagerten Bolzen 15 und einem in seiner Längsrichtung verschiebbar
gelagerten Bolzen 15a gebildet werden. Die in gestrichelten Linien gezeichneten
Bolzen stellen die anderen drei Auflagerstellen in den Zahnlücken der Innenverzahnung
11 dar. Diese Auflagerstellen werden gleichfalls von zwei ortsfest gelagerten Bolzen
15 und einem verschiebbaren Bolzen 15a gebildet, die auf dem Fußkreisumfang, jeweils
um einen halben Auflagerabstand a gegenüber den drei Bolzen der Innenverzahnung
10 versetzt. angeordnet sind.
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Die Abb. 3 zeigt eine weitere zur Verwirklichung der Erfindung geeignete
Ausführungsform der Auflagerstellen. Die Innenverzahnung 8 der Abb. 3 weist einen
erhöhten Zahnkopf H auf, dessen Kopfkreisdurchmesser ebenso groß ist wie der Fußkreisdurchmesser
der Außenverzahnung 10. Der erhöhte Zahnkopf H überträgt somit die bei der Abstützung
der Kupplungshülse auftretenden radialen Kräfte von der einen auf die andere Verzahnung.
Bei diesem ist zwischen den Zahnflanken, -köpfen und -fußen der nicht tragenden
Zähne das für große, verklemungsfreie Verlagerungen der Kupplung erforderliche Spiel
vorhanden. Die Herstellung der erhöhten Zahnköpfe H kann nach fertiggestellter Verzahnung
durch Aufschweißen besonders verschleißfester Werkstoffe erfolgen. Anschließend
werden die Zahnköpfe H auf genaues Maß geschliffen.
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Die Verschlußringe 16 sind mit einem bis dicht an den Außendurchmesser
des Ansatzes 3a bzw. 4a der Kupplungsnaben 3 bzw. 4 reichenden Bund 16a ausgestattet,
der zur Abdeckung des Kupplungsinneren und zur Begrenzung achsparalleler Verschiebungen
der Kupplungshülse 12a, 12b dient. An der Außenseite der Verschlußringe 16
befindet sich eine umlaufende Ölnut 16b, von welcher, am Umfang gleichmäßig verteilt,
Bohrungen 16c zur Innenseite des Verschlußringes führen.
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Zwischen den aneinandergeflanschten Kupplungshülsenhälften 12a und
12b befindet sich ein Distanzring 19, welcher in seinem inneren Teil in einen Innenring
19a übergeht, der von der Innenwandung der Kupplungshülse bis etwa in Höhe des Fußkreisdurchmessers
der Außenverzahnungen 8, 9 in die Kupplungshülse hineinragt. In seiner Mittelebene
ist der Innenring 19a mit einer umlaufenden Ölsammelnut 19b ausgestattet, deren
Nutgrunddurchmesser etwa ebenso groß ist wie der Teilkreisdurchmesser der Innenverzahnungen
10, 11. Vom Nutgrund dieser Ölsammelnut 19 b führen, am Umfang gleichmäßig verteilt,
radial gerichtete Ölaustrittsöffnungen 19 c durch den Innenring 19a und den sich
anschließenden Distanzring 19 zur Kupplungsaußenseite. Der Innenring 19 a besitzt
beiderseits der Ölsammelnut 19 b, am Umfang gleichmäßig verteilt, Öldurchtrittsbohrungen
19 d, die, vom Nutgrund der Ölsammelnut 19 b ausgehend, unmittelbar über den Innenwandungen
der Kupplungshülsenhälften 12a und 12 b münden.
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Wirkungsweise der Kupplung Das Drehmoment wird von der einen Kupplungsnabe
3 über die Verzahnungen 8, 10 auf die Kupplungshülse 12a, 12b und von dieser über
Verzahnungen 11, 9 auf die andere Kupplungsnabe 4 übertragen. Die Kupplungshülse
12a, 12b stützt sich hierbei mittels der Bolzen 15, 15a auf den Zahnköpfen der Außenverzahnungen
8, 9 ab. Tritt zwischen den Wellenenden 1 und 2 eine winklige und/oder achsparallele
Verlagerung auf, so erfolgt bei gegenseitigem Verschieben der Verzahnungen 8, 10
und/oder 9, 11 eine entsprechende Verlagerung der Kupplungshülsenlängsachse aus
der Ebene einer oder auch beider Wellenlängsachsen. Diese Verlagerung stellt eine
Schwenkbewegung der Kupplungshülse um einen oder auch beide Mittelpunkte 31- dar,
wobei beim gegenseitigen Verschieben der Verzahnungen die Kupplungshülse 12a,
12b mit den Bolzen 15, 15a auf den Zahnköpfen der Außenverzahnungen 8, 9
gleitet. Hierdurch wird zufolge des Spieles zwischen den Zahnflanken, -köpfen und
-fußen der ineinandergreifenden Zähne und der in einer Art Punktabstützung auf den
Zahnköpfen aufliegenden, die Kupplungshülse abstützenden Bolzen eine verklemmungsfreie,
von keinen nennenswerten Reibungswiderständen behinderte Verlagerung der Kupplung
erreicht. Weitgehend gleich günstige Verhältnisse liegen vor, wenn an den Auflagerstellen
erhöhte Zahnköpfe (Abb. 3) vorgesehen werden.
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Tritt an den Bolzen 15, 15 a nach längerer Betriebszeit ein Verschleiß
auf, so werden die Bolzen 15a zur Kupplungsmitte hin verstellt und wieder am Zahnkopf
zur Anlage gebracht. Das Nachstellen der Bolzen 15a kann, wie dies aus dem gezeichneten
Ausführungsbeispiel hervorgeht, auch mittels einer Feder od. dgl. selbsttätig erfolgen.
Auf diese Weise legt sich die Kupplungshülse stets selbsttätig mit allen Bolzen
an den Zahnköpfen an. Dieses Erfindungsmerkmal trägt
wesentlich
zur Verbesserung der Laufeigenschaften und Wirtschaftlichkeit der Kupplung bei.
Da die Kupplungshülse sich ständig selbsttätig zentriert, können keine Unwuchten
auftreten, die übermäßige Fliehkraftbeanspruchungen der Kupplung verursachen. Die
verschlissenen Bolzen brauchen erst nach größeren Zeitabständen ausgewechselt zu
werden.
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Zur Schmierung der Verzahnung wird mittels (in der Zeichnung nicht
dargestellter) Spritzdüsen Schmieröl in die Ölnuten 16b der Verschlußringe 16 gespritzt.
Das Schmieröl wird bei umlaufender Kupplung von der Fliehkraft durch die Bohrungen
16 c zahnflankenparallel durch die im Eingriff befindlichen Verzahnungen 8, 10 bzw.
9, 11 gedrückt und staut sich unter der Fliehkrafteinwirkung an der Innenwandung
der Kupplungshülse bis etwa in Höhe der inneren Kante des Innenringes 19a. Hierdurch
ist gewährleistet, daß die Verzahnungen ständig von Öl umgeben sind. Durch den Druck,
den die Fliehkraft auf das an der Innenwandung der Kupplungshülse angestaute Öl
ausübt, wird das unmittelbar an der Innenwandung haftende Öl, das im Ölgrund möglicherweise
die nachfolgend angeführten Verunreinigungen enthält, durch die schrägen Öldurchtrittsbohrungen
19 d in die Ölsammelnut 19 b gefördert, um von da durch die Ölaustrittsöffnungen
19 c aus der Kupplung zu treten. Die Kupplung ist von einem (in der Zeichnung nicht
dargestellten) Ölgehäuse umgeben, in welches das austretende Öl geschleudert wird.
Im Ölgehäuse wird das Öl sodann mittels Sieben od. dgl. von Verunreinigungen befreit
und erneut durch die Spritzdüsen, beispielsweise mittels einer Zahnradpumpe, in
die Kupplung gefördert.
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Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Es ist beispielsweise
im Bedarfsfalle möglich, die Bolzen in den Zahnlücken beider Außenverzahnungen anzuordnen
und die Kupplungshülse mit den Zahnköpfen der Innenverzahnungen auf den Bolzen abzustützen.
Andererseits können auch die Bolzen in einer Kupplungshülsenhälfte in den Zahnlücken
der Innenverzahnung, in der anderen Kupplungshülsenhälfte dagegen in den Zahnlücken
der Außenverzahnung vorgesehen werden. Im letzteren Fall werden die nachstellbaren
bzw. sich selbsttätig nachstellenden Bolzen und deren Federn zweckentsprechend in
der Kupplungsnabe gelagert.