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Wellenkupplung für achsparallele und winklige Wellenverlagerungen
Die Erfindung betrifft Wellenkupplungen, die achsparallele und winklige Verlagerungen
der Wellen zueinander zulassen und die aus einer Kupplungshülse mit je einer Innenverzahnung
für die beiden Wellenenden und je einem auf den Wellenenden angeordneten Kupplungsglied
bestehen, das mit einer Außenverzahnung in die zugeordnete Innenverzahnung der Kupplungshülse
eingreift und sich mittels beiderseits der Außenverzahnung angeordneten Kugelflächen
gegen entsprechende Hohlkugelflächen der Kupplungshülse abstützt.
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Bei diesen bekannten Kupplungen können normale Parallelverzahnungen
verwendet werden, die zum Ausgleich von Schrägstellungen der Kupplungshülse zu den
Wellenenden mit geringem Spiel ineinandergreifen. Die Stützkräfte werden dabei nicht
über die Verzahnung, sondern über die Kugelflächen der Naben auf die Hohlkugelflächen
der Hülse übertragen, wobei die Kugelflächen gleichzeitig das in der Hülse befindliches
zur sicheren Schmierung der Verzahnung dienende Öl am Herausfließen hindern. Durch
das Spiel zwischen den Zähnen der Verzahnung ist bei hohen Drehzahlen der Öldruck
infolge der Zentrifugalkraft größer als der Zahndruck, so daß sich stets zwischen
den Zahnflanken ein Ölfilm befindet.
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Es ist nun die Aufgabe der Erfindung, bei Kupplungen, die sowohl Zug-
als auch Druckkräfte übertragen sollen, die in axialer Richtung wirkenden Stöße
elastisch abzufangen, ohne daß die dichtende Wirkung der Kugelflächen aufgehoben
wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei den erfindungsgemäßen Wellenkupplungen
der eingangs erwähnten Art die zur Führung dienenden Kugelflächen der Nabe als Ringe
ausgebildet, wobei zwischen jedem Ring und zugehörige Nabe eine Druckfeder eingeschaltet
ist.
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Es ist bereits bekannt, zwischen den beiden Naben mit Außenverzahnung
eine Druckfeder einzuschalten, um die Kugelfläche jeder Nabe an die zugehörige Kugelfläche
der Hülse anzudrücken. Wenn achsparallel gerichtete Stöße elastisch aufgefangen
werden sollen, würde der Dichtungsschluß verlorengehen.
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Es ist ferner eine Wellenkupplung für achsparallele und winklige Verlagerungen
der Wellen bekannt, bei der die Zähne der Verzahnung gewölbt sind, um so die Stützkräfte
für die Kupplungshülse zu übertragen. Bei dieser Kupplung ist die Nabe gegen die
Kupplungshülse durch je eine Feder in Achsrichtung abgestützt, durch die nur in
axialer Richtung wirkende Stöße elastisch aufgefangen werden können. Hierbei tritt
das Problem der Abdichtung nicht auf und kann auch mit den angegebenen Mitteln nicht
gelöst werden.
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Bei einer anderen elastischen Kupplung ist zwischen den beiden fest
eingespannten, mit je einer Kupplungshülse mit Innenverzahnung versehenen Wellenenden
eine Kuppelstange eingeschaltet, die an jedem Ende einen Nabenteil mit kugelförmiger
Stützfläche und mit in eine Innenverzahnung der Kupplungshülsen eingreifenden Außenverzahnung
trägt. Hierbei sind zwischen den Wellenenden und der Kuppelstange schwache Federn
vorgesehen, um die herausnehmbare Kuppelstange in Betriebsstellung halten zu können.
Die erforderliche Längsverschiebung wird auf dem einen Kuppelstangenende mittels
eines doppelt verzahnten Nabenstückes und auf dem anderen Ende mittels eines die
eine Hälfte der Hohlkugelfläche bildenden Stützringes bewirkt, der in der Kuppelhülse
längsverschieblich gelagert ist. Diese Kupplung kann keine axialen Kräfte übertragen,
und beim Verschieben des Stützringes wird die dichte Anlage der Kugelflächen aufgehoben.
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Die Erfindung hat gegenüber den bekannten Kupplungen den Vorteil,
daß sich die kugelförmigen Stützflächen der Kupplungsnabe bei axial gerichteten
Zug-und Druckbeanspruchungen elastisch auf dem Kupplungsglied bewegen, ohne daß
die dichtende Anlage der Kugelflächen aufgehoben wird, wobei die axialen Stöße gedämpft
auf die andere Welle übertragen werden. Dies ist z. B. beim Antrieb von Zweiweggetrieben
über Schnecken, die sich unter Zwischenschaltung der erfindungsgemäßen Kupplung
gegeneinander abstützen, von Vorteil, wobei gleichzeitig Teilungsfehler
in
der Verzahnung, die zu einem einseitigen Kraftfluß führen könnten, aufgehoben werden.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt.
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Abb.1 zeigt die obere Hälfte der Kupplung im Längsschnitt und die
untere Hälfte in Seitenansicht; Abb. 2 zeigt in verkleinertem Maßstab die geteilte,
mit einer Zwischenwelle verbundene Kupplung nach Abb. 1.
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Jedes der zu kuppelnden Wellenenden 1 und 2 geht in einen abgesetzten
Wellenzapfen 1 a bzw. 2 a über, auf den ein Kupplungsglied 3 bzw. 4 aufgeschoben
ist. Die Kupplungsglieder 3, 4 werden von auf den Wellenbund 1 b bzw. 2 6 aufgeschraubten
Ringmuttern 5 od. dgl., die mitSicherungsscheiben 6 gegen Lösen gesichert sind,
auf den Wellenzapfen la, 2a gehalten und mittels Paßfedern 7 od. dgl. gegen Verdrehen
gesichert.
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Die Kupplungsglieder 3, 4 sind mit je einer Außenverzahnung 8 bzw.
9 versehen, zu deren beiden Seiten kugelförmige Stützflächen 10, 11 bzw. 12, 13
angeordnet sind. Diese Stützflächen sind auf den Kupplungsgliedern 3, 4 in axialer
Richtung gleitend gelagert. Der Mittelpunkt M der die kugelförmigen Stützflächen
10, 11 bzw. 12, 13 umhüllenden Kugelfläche 14 bzw.15 liegt auf der Längsachse des
Wellenendes 1 bzw. 2 in der Mittelebene der Außenverzahnung 8 bzw. 9. Der Radius
der umhüllenden Kugelfläche 14 bzw. 15 ist gleich groß dem Radius des Teilkreises
der Außenverzahnung 8 bzw. 9, so daß die umhüllende Kugelfläche 14 bzw. 15 den Teilkreis
tangiert. Die Zahnköpfe und -füße der Außenverzahnungen 8, 9 haben um den
Mittelpunkt M gekrümmte kugelförmige Oberflächen.
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Die Außenverzahnungen 8, 9 stehen mit entsprechenden Innenverzahnungen
16, 17 im Eingriff, die in einer die Kupplungsglieder3, 4 überdeckenden, aus zwei
gleichartigen Hälften 18a, 18b bestehenden Kupplungshülse vorgesehen sind. Die beiden
Kupplungshülsenhälften 18a, 18b sind mit geeigneten Befestigungsmitteln 19, 20 aneinandergeflanscht.
Beiderseits jeder Innenverzahnung 16 bzw. 17 sind in der Kupplungshülse kugelkalottenförmige
Lagerflächen 21, 22 bzw. 23, 24 mittels geeigneter Befestigungsmittel 19, 20 bzw.
25 angebracht. An diesen Lagerflächen werden die gleitend auf den Kupplungsgliedern
gelagerten kugelförmigen Stützflächen 10, 11 bzw. 12, 13 der Kupplungsglieder 3
bzw. 4 zur Aufnahme axialer Kräfte und zur Abstützung der Kupplungshülse 18 a, 18
b mittels Federn 26 angedrückt. Hier- ; durch werden axiale Stöße elastisch aufgefangen,
so daß die Kupplung mit ihren nachgeschalteten Aggregaten, wie Getriebe, Generator,
Turbine, Schiffsschraube usw. geschont wird. Zwischen den aneinandergeflanschten
Kupplungshülsenhälften 18 a und 18 b befindet sich ein Distanzring 27 mit
einer mit einem Stopfen 28 versehenen Einfüllöffnung 29, durch die das Schmiermittel
für die Verzahnung in den Hohlraum der Kupplungshülse eingefüllt wird. Die Lagerflächen
22, 23 sind für den Durchtritt des Schmiermittels mit Bohrungen 22a, 23 a
ausgestattet.
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Zur Verwirklichung der Erfindung kann auch eine einteilige Kupplungshülse
verwendet werden, in der die Lagerflächen 22, 23 und die Einfüllöffnung 29 zweckentsprechend
anzubringen sind.
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Die in der Abb.1 gezeigte Anordnung der Schmiermittelzuführung findet
lediglich bei in horizontaler Lage ungeteilt eingebauten Kupplungen Verwendung.
Wird die Kupplung dagegen vertikal, schräg oder in noch zu beschreibender Weise
in horizontaler Lage geteilt eingebaut, so entfallen die Bohrungen 22a, 23a. In
letzterem Fall ist jede der Kupplungshülsenhälften 18 a,18 b mit einer gesonderten
Einfüllöffnung 29a (Abb.2) zu versehen. Bei vertikalem oder schrägem Einbau der
Kupplung ist ein Übertritt des Schmiermittels von der höherliegenden Kupplungshülsenhälfte
in die untere Hälfte zu unterbinden, weil das Schmiermittel sich dann in der unteren
Hälfte ansammeln würde und keine ordnungsgemäße Schmierung der oberen Verzahnung
gewährleistet wäre. Die an den kugelförmigen Stützflächen anliegenden kugelkalottenförmigen
Lagerflächen stellen in allen Einbaulagen der Kupplung und bei allen Winkellagen,
die die Kupplungsglieder zur Kupplungshülse einnehmen können, eine zuverlässige
Abdichtung der schmiermittelgefüllten Kupplungshülse dar.
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Das zu übertragende Drehmoment wird vom Wellenende 1 über das Kupplungsglied
3 und die im Eingriff befindlichen Verzahnungen 8, 16 auf die Kupplungshülsenhälfte
18a übertragen, um von dieser über die Kupplungshülsenhälfte 18b, die Verzahnungen
9, 17 und das Kupplungsglied 4 an das andere Wellenende 2 abgegeben
zu werden. Das Drehmoment kann selbstverständlich in umgekehrter Reihenfolge vom
Wellenende 2 kommend auf das Wellenende 1 übertragen werden. Die Kupplungshülse
18 a, 18 b stützt sich hierbei mittels der kugelkalottenförmigen
Lagerflächen 21, 22, 23, 24 auf den kugelförmigen Stützflächen 10, 11, 12, 13 ab.
Tritt nun zwischen den Wellenenden 1 und 2 eine winklige oder achsparallele Verlagerung
auf, so erfolgt bei gegenseitigem Verschieben der Verzahnungen 8, 16 und( oder
9, 17 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 M dar, wobei beim gegenseitigen
Verschieben der Verzahnungen die Teilkreise der Außen- und Innenverzahnungen 8,
16 bzw. 9, 17 sich auf der die kugelförmigen Stützflächen 10, 11 bzw. 12, 13 umhüllenden
Kugelfläche 14 bzw. 15 bewegen. Gleichzeitig wird mit den kugelförmigen, auf den
Kupplungsgliedern 3, 4 in axialer Richtung gleitend gelagerten und mittels
Federn26 abgestützten Stützflächen 10, 11, 12, 13, eine verklemmungsfreie
Aufnahme und Überleitung axial gerichteter Kräfte ermöglicht. Das in der Abb. 2
wiedergegebene Ausführungsbeispiel hat die gleiche Wirkungsweise. Zur überbrückung
der in axialem Abstand voneinanderliegenden Wellenenden 1, 2 ist zwischen
den beiden Kupplungshülsenhälften 18a und 18b eine an ihren Enden
mit ortsfesten Kupplungsflanschen30,31 ausgestattete Zwischenwelle 32 vorgesehen.
Die Zwischenwelle 32 ist nicht gelagert und führt bei Verlagerungen der Wellenenden
1, 2 entsprechende Schwenkbewegungen um ihre Längsachse aus, bei denen die Kupplung
in der zuvor beschriebenen Weise in Tätigkeit tritt.