Ein- und ausrückbare Wellenkupplung Die Erfindung betrifft eine ein- -und ausrückbare Wellenkupplung, bei der jede Kupplungshäfte einen Zahnkranz aufweist, zumindest deren einer zum gegenseitigen Einrücken der beiden Zahnkränze in Achsrichtung der Welle verschiebbar ist.
Solche Kupplungen werden bei: hydroelektrischen Maschinensätzen verwendet, die sowohl für Turbinen als auch Pumpenbetrieb eingerichtet sind und eine elektrische Maschine, eine Turbine und eine Zentri- fugalpumpe aufweisen. Während des Pumpenbetrie- bes rotieren alle drei Maschinen miteinander. Bei Turbinenbetrieb muss jedoch die Pumpe abgekuppelt werden können.
Zum Einkuppeln bei Stillstand des Maschinen satzes müssen bei den bekannten Wellenkupplungen die Turbinen- und Pumpenwelle gegeneinander ver dreht werden, bis die drehfest mit der zugehörigen Welle verbundenen Zahnkränze der Kupplungshälften in die Eingriffsstellung kommen. Ein Einkuppeln lediglich durch Verschieben des axial beweglichen Zahnkranzes ist also nicht möglich.
Die Erfindung bezweckt, die bekannte Wellen kupplung in dieser Hinsicht zu verbessern und auch ihr Einkuppeln bei synchroner Drehzahl zu ex'leich- tern. Bei einer eingangs genannten Wellenkupplung ist zu diesem Zweck erfindungsgemäss zumindest der eine der Zahnkränze relativ zur zugehörigen Welle in einem begrenzten Bereich um die Wellenachse drehbar gelagert, und es sind Mittel vorhanden, die die Zahnkränze beim Einrücken in eine Eingriffs- stellung relativ zueinander drehen,
bei der die Zähne des einen Zahnkranzes mit den Zahnlücken des anderen Zahnkranzes in Einrückrichtung fluchten.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erörtert: Es können beim Kuppeln bei Stillstand des Ma schinensatzes die zu kuppelnden Wellen in Ruhe bleiben, und das Kuppeln erfolgt selbsttätig, sobald beispielsweise ein den axial verschiebbaren, Zahn kranz in Einrückrichtung bewegender Servomotor beaufschlagt wird.
Beim Kuppeln der Wellen bei annähernd syn chronen Drehzahlen 'kann innerhalb der Zeit, wäh rend der der drehbewegliche Zahnkranz einer Kupp lungshälfte unter Relativverdrehung zu seiner zuge hörigen Welle mit der gleichen Drehzahl wie der Zahnkranz der anderen Kupplungshälfte dreht, der axial verschiebbare Zahnkranz in seiner ganzen Breite eingerückt werden, so dass der wegen des Drehzahlunterschiedes -erfolgende Schlag von den ganzen Zähnen und nicht mehr nur von kleinen Zahnpartien aufgenommen wird.
Das Einkuppeln erfolgt ruhiger, und die Zahnbeanspruchung wird wesentlich herabgesetzt.
Durch Abfedern der den Drehbereich des dreh- beweglichen Zahnkranzes gegenüber der zugehörigen Welle begrenzenden Anschläge kann zudem eine Schlagbeanspruchung der Zähne praktisch ganz ver mieden werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes in vereinfachter Darstellung veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Wellenkupp lung nach der Linie 1-I der Fig. 2 und 3, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 1,
Fig. 4 einen Axialschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 2, für eingerückten Zustand der Kupplung, Fig. 5 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in grösserem Massstab, Fig. 6 einen Schnitt durch eine andere Ausfüh rungsform der in Fig. 5 gezeigten Partie, Fig. 7 einen erweiterten Ausschnitt aus Fig. 1 in grösserem Massstab,
Fig. 8 bis 10 Schnitte nach der Linie X-X der Fig. 7 mit verschiedenen Stellungen der Zahnkränze und Fig. 11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI der Fig. 9.
Die dargestellte Kupplung verbindet zwei Wellen 1 und 2. Auf die Welle 1 ist eine Nabe 3, auf die Welle 2 :eine Nabe 4 aufgezogen. Die Naben sind mit Muttern gesichert.
Die Nabe 3 weist eine Aussenverzahnung 3' auf, in die ein in Achsrichtung der Wellen 1 und 2 ver schiebbarer Zahnkranz 7 mit Zähnen 7' eingreift. Auf der Nabe 3 ist der Zahnkranz 7 mittels eines Ringansatzes 7" geführt.
Die Nabe 4 trägt einen Zahnkranz 8, der auf ihr mittels Kugeln 9 drehbar gelagert ist. Der Zahnkranz 8 weist Zähne 8' auf und greift mittels Anschlägen 8" zwischen Anschläge 4' der Nabe 4.
Die Anschläge 4' und 8" sind so dimensioniert, dass sich die Nabe 4 und der Zahnkranz 8 um un- gefähr eine Zahnteilung gegeneinander verdrehen können.
Von den Zähnen 8' des Zahnkranzes 8 ist an acht gleichmässig über den Umfang verteilten Zähnen der in der Zeichnung :rechts liegende Zahnteil ab gefräst. Im verbleibenden Teil 8"' der Zähne und den Anschlägen 8" ist ein Schaltzahn 10 in Ein rückrichtung, das heisst in Achsrichtung, beweglich gelagert.
Wie besonders aus den Fig. 7 hiss 10 ersichtlich, stehen die Schaltzähne 10 gegen den einrückenden Zahnkranz 7 hin über die Zähne 8' hinaus und wer den durch Federn 11 in dieser Lage gehalten.
Die Zähne 7' und 8' sind an den einander beim Einrücken zuerst berührenden Enden abgeschrägt, damit sie sich beim Aufeinanderauftreffen gegenseitig zur Seite schieben.
Die über die Zähne 8' hinausstehend gehaltenen Schaltzähne 10 weisen: entsprechend abgeschrägte Enden auf.
Dabei sind aber die vorderen Kanten 14 der schrägen Enden der Schaltzähne 10 gegenüber den entsprechenden Kanten 12 der Zähne 8' mit in Um fangsrichtung versetzter Teilung angeordnet.
Der drehbare Zahnkranz 8 wird relativ zur Welle 2 bzw. Nabe 4 durch Federn 15 in einer Mittellage seines durch die Anschläge 4' und 8" begrenzten Drehbereiches gehalten. Diese Federn 15 sind in einem Ringkanal 16 zwischen Nocken 17 und 18 an geordnet. Die Nocken 17 sind am Zahnkranz 8 be festigt, während die Nocken 18 an einem mit der Nabe 4 festverbundenen Ring 19 befestigt sind.
Zum Einrücken der Kupplung bei Stillstand der Wellen 1 und 2 von der in Fig. 1 gezeichneten aus gerückten Lage in die in Fig.4 gezeichnete ein gerückte Lage wird der Ringansatz 7" mittels nicht dargestellter Vorrichtungen von rechts nach links bewegt. Dabei kommen, wie aus Fig. 8 ersichtlich, zu nächst die Schaltzähne 10 mit den Zähnen 7' in Be rührung.
Die Schaltzähne gleiten beim weiteren Be wegen des Zahnkranzes 7 an der Kante 13 und dann auf der kleineren Abschrägung der Zähne 7' und drücken dabei den drehbeweglichen Zahnkranz 8 ent gegen der Wirkung der Federn 15 in eine Eingriffs stellung relativ zum nicht drehbeweglichen Zahn kranz 7. Die Wellen 1 und 2 bleiben dabei ohne Drehung in Ruhe.
Bei der in Fig. 8 gezeichneten Stellung der Zahn kränze wäre ein selbsttätiges Einkuppeln ohne Hilfe der Schaltzähne nicht möglich, da bei dieser Stellung, wie durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist, die Kante 12 der Zähne 8' und die Kante 13 der Zähne 7' gerade aufeinanderstossen würden, also keine Relativdrehung der Zahnkränze eingeleitet würde.
Sollten beim Einkuppeln bei Stillstand der zu kup pelnden Maschinen aber zufällig die Kante 14 der Schaltzähne 10 auf die Kante 13 der Zähne 7' stossen, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist, so werden die Schalt zähne entgegen der Wirkung der Feder 11 und einer Arretiereinrichtung 21 in die in Fig. 10 ge zeichnete Stellung gestossen, bis die schrägen End- flächen der Zähne 7' und 8' aufeinanderzuliegen kommen und den Zahnkranz 8 - dieses Mal in der anderen Drehrichtung - verdrehen, bis eine Eingriffs stellung erreicht ist und die Zahnkränze ineinander geschoben werden können.
Bei allen anderen möglichen Stellungen ausser der in Fig. 9 gezeichneten Stellung werden beim Kuppeln bei Stillstand der Wellen 1 und 2 die Schaltzähne 10 die Zahnkränze 7 und 8 in Eingriffsstellung bringen, wie es für Fig. 8 beschrieben ist.
Die Schaltzähne 10 und die ihrer Lagerung die nenden verkürzten Zähne 8"' werden zweckmässig so ausgebildet, dass sie bei Eingriff der Zähne 7' und 8' in den Zahnlücken Spiel haben und so keine Kraft übertragen.
Zum Einkuppeln bei angenähert synchron laufen den Wellen 1 und 2 müssen die Schaltzähne 10 so stark ausgebildet oder so zahlreich sein, dass sie den Beanspruchungen bei Beginn des Eingreifens in den Zahnkranz 7 gewachsen sind.
Zweckmässig wird man jedoch Vorrichtungen an bringen, die die Schaltzähne 10 für den Kupplungs vorgang bei laufenden Wellen entgegen der Feder 11 zurückziehen, so dass sie ausser Aktion kommen.
Eine so'l'che Vorrichtung kann einen durch Druck flüssigkeit betätigbaren Servomotor aufweisen, wo bei ein willkürliches Bewegen der Schaltzähne möglich ist. Die Vorrichtung kann aber auch, wie in Fig. 6 gezeigt, ein Schwunggewicht 20 aufweisen, das den Schaltzahn 10 bei Überschreiten einer bestimmten Drehzahl der Kupplung automatisch zurückzieht.
Das Einkuppeln bei annähernd synchron lau fenden Wellen geht dann ohne Schaltzähne folgender massen vor sich. Durch die verbleibende Relativdrehzahl der Wel len 1 und 2 kommen die Zähne 7' und 8' von selber einmal in eine Eingriffsstellung. Sobald die ersten Zahnpartien ineinandergreifen, beginnt der Zahn kranz 8 mit der gleichen Drehzahl wie der Zahnkranz 7 zu drehen, wobei er sich relativ zur Welle 2 ver dreht. Während der Zeit dieser Relativverdrehung können die Zahnkränze 7 und 8 längs der ganzen Breite der Zähne 8' ohne Belastung ineinander ein rücken.
Erst wenn die genannte Relativverdrehung durch Anliegen der Anschläge 8" an den An schlägen 4' unterbunden wird, sind die Wellen 1 und 2 gezwungen, mit der gleichen Drehzahl zu lau fen, und es beginnt eine Drehmomentübertragung.
Die Schaltzähne müssen nicht im gleichen Zahn kranz wie die tragenden Zähne angeordnet werden. Sie könnten auch in einen separaten Zahnkranz, der lediglich gleiche Zähnezahl wie die zu kuppelnden Zahnkränze haben muss, eingreifen.
Die Zahnkränze der dargestellten Ausführungs form haben eine gerade Stirnverzahnung. Es lassen sich aber sinngemäss auch andere Verzahnungsarten anwenden. So können die Zahnkränze beispielsweise Schraubenverzahnungen oder eine Verzahnung mit in einer zur Wellenachse senkrechten Ebene verlaufen den Zähnen aufweisen.