Zahnkupplung Das Hauptpatent bezieht sich auf eine Zahnkupp lung, bestehend aus zwei verzahnten Kupplungsnaben, die mittels einer an den beiden Endabschnitten ver zahnten Kupplungshülse verbunden sind.
Die Tendenz nach immer grösseren Leistungen bei möglichst kleinen Maschinendimensionen eröffnet den Zahnkupplungen ein weites Anwendungsgebiet, da ge rade diese, im Vergleich zu anderen Kupplungsarten, in ganz besonderer Weise befähigt sind, grosse Dreh momente bei kleinen Kupplungsdurchmessern zu über tragen.
Doppelte Zahnkupplungen bestehen mindestens aus drei Einzelteilen: den beiden Kupplungsnaben und der Kupplungshülse. Bei einer bekannten Zahnkupplungs bauart werden die Endabschnitte der Kupplungshülse von den Naben übergriffen. Eine Innenverzahnung einer Kupplungsnabe kämmt dabei ständig mit einer Aussenverzahnung eines Hülsenabschnittes. Es ist jedoch auch die umgekehrte Bauart bekannt, bei der die Endabschnitte der Kupplungshülse die innenliegen den Kupplungsnaben übergreifen. Die Innenverzah nung der Kupplungshülsen kämmen dabei mit den Aussenverzahnungen der Kupplungsnaben.
Von ausschlaggebender Bedeutung für ein gutes Laufverhalten hochtouriger Zahnkupplungen ist, ausser einer guten statischen und dynamischen Auswuchtung, die exakte Zentrierung der Kupplungshülse in den bei den Kupplungsnaben während des gesamten, von der Kupplung zu durchfahrenden Drehzahlbereiches.
Es sind mehrere Ausführungsarten der Zentrierung von Zahnkupplungen bekannt. So wurden Zahnkupp lungen gebaut, bei denen, die Zentrierung unmittelbar durch die Flanken der Kupplungszähne selbst oder durch Berührung des Zahnkopfes mit dem Zahngrund der Gegenverzahnung erfolgt. Eine weitere bekannte Ausführung zentriert die Kupplungshülse durch einen zusätzlich in der Nähe der Verzahnung angeordneten, meist Balligen Zentrierbund.
Alle diese bekannten Kupplungsausführungen haben aber bei einem Betrieb mit höheren Drehzahlen den Nachteil, dass sich die Einzelteile der Kupplung unter Fliehkrafteinwirkung in radialer Richtung dehnen. Die äusseren, im Durchmesser grösseren Teile dehnen sich dabei stärker als die inneren. Es ergeben sich dadurch zum Teil Betriebsspiele, die ganz erheblich über dem herstellungsbedingten Spiel im Ruhezustand liegen. Eine Zentrierung der Kupplungshülse, ob in den Zahnflanken, am Zahnkopf oder durch Zentrier bund, ist dann nicht mehr vorhanden, so dass es zu Exzentrizitäten innerhalb der Kupplung kommen kann, die wiederum sehr grosse Unwuchtkräfte auslösen.
Diese Unwuchtkräfte erreichen leicht Grössenordnun- gen, die zu einer ernsten Gefahr für den gesamten Maschinensatz werden können.
Die Zentrierung am Zahnkopf und mittels eines Zentrierbundes führen darüber hinaus zu einer Überbe stimmung, die ein gleichmässiges Tragen aller Zähne bei Drehmomentübertragung und damit eine eindeutige gleichmässige Kräfteverteilung verhindern. Es ist des halb richtiger, die Zentrierung unmittelbar an den Zahnflanken vorzunehmen und des weiteren geeignete Massnahmen zu treffen, um das Zentriervermögen der Zähne zu vergrössern.
Bekannte Massnahmen dafür sind beispielsweise ein grösserer Eingriffswinkel als 20 , längsballige Flanken, ein möglichst kleines Ge wicht der zu zentrierenden Kupplungshülse, Nitrierhär- tung der Kupplungszähne und eine gute Durchlauf schmierung.
Um letzteres zu erreichen, sind bereits folgende Massnahmen bekannt: radiale Ölzuführungsbohrungen in Mitte jeder Zahnlücke der Aussenverzahnung, kon vexe Form des Zahnkopfes der Innenverzahnung und Abschrägen desselben zur arbeitenden Zahnflanke hin. Diese Massnahmen sind aber aufwendig und nachteilig. Es ist bei dieser Art der Schmierölführung nämlich nicht möglich, den Druck, mit dem das Öl zwischen die Zähne gepresst wird, einzustellen. Auch muss das Schmieröl erst zur Zahnkopfmitte gebracht werden, um sich dann in beiden Richtungen verteilen zu können. Eine gleichmässige Verteilung ist dabei nicht sicherge- stellt, da der Abfluss des Schmiermittels nicht beson ders geregelt ist.
Nach dem Hauptpatent 469 208 kann eine selbsttä tige Zentrierung selbst bei hohen Betriebsdrehzahlen dadurch erreicht werden, dass die die innenliegenden Zahnkränze tragenden Abschnitte wenigstens im Be reich -der Kränze axial geschlitzt sind.
Durch die Schlitzung wird erreicht, dass sich der innere Teil der Zahnkupplung unter der Wirkung der Fliehkräfte stärker aufweitet als der äussere. Dann wird insbesondere bei grossen Drehzahlen stets eine spielfreie Flankenanlage und damit eine gute Zentrie rung herbeigeführt.
Die erfindungsgemässe Zahnkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfkanten der einzelnen Zähne sowohl bei -den aussenliegenden als auch bei den innenliegenden, miteinander kämmenden Zahn kränzen schräg zur Wellenachse verlaufen.
Diese Zahnausbildung führt zu einer kontinuier lichen Verkleinerung bzw. Vergrösserung des Kopf spieles der Kupplungsverzahnungen und -dadurch zu einer Vergleichmässigung der Durchflussschmierung. Damit ist wieder eine Verkleinerung der Reibung zwi schen den Zahnflanken und eine Vergrösserung des Zentriervermögens der Kupplung gegeben.
Eine besonders gleichmässige Verteilung ergibt sich dann, wenn die Schrägungswinkel der Kopfkanten ein ander gleich sind.
Es ist an sich bekannt, bei Zahnrädern, die bei Kupplungen zum Einsatz kommen, axial verlaufende Abschrägungen vorzusehen. Die Abschrägungen sind dabei aber jeweils an den Zahnfüssen angebracht. Auch ist es nicht beabsichtigt, mittels der Abschrägung am Zahnkopf einen Schmierungsvorteil zu erlangen.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Bei der Zahnkupplung sind auf nicht dargestellte Wellenstümpfe Kupplungsnaben 3 aufgeflanscht. In dem dargestellten Beispiel ist nur .die linke Hälfte der Zahnkupplung dargestellt mit der linken Hälfte der Kupplungshülse 5. Der in der Zeichnung dargestellte Teil der Zahnkupplung wiederholt sich auf der rechten nicht dargestellten Seite spiegelbildlich und braucht deshalb nicht näher erläutert zu werden. Die Nabe 3 ist mit einem innen verzahnten Ansatz versehen. Die Zähne 6 der Innenverzahnung des Ansatzes kämmen dabei mit den Zähnen 7 der Aussenverzahnung der Kupplungshülse 5.
Der Schmierstoff, beispielsweise Schmieröl, wird der Zahnkupplung über nicht dargestellte Düsenrohre zugeführt. Diese Düsenrohre spritzen das Schmieröl in äussere Stauräume 11 ein, aus denen es über axiale Bohrungen zu inneren Stauräumen 13 gelangt. Diese inneren Stauräume 13 grenzen dabei an den Eingriffs bereich der Verzahnungen. Die Kopfkanten 14 und 15 der Zähne 6 und 7 ver laufen schräg zur Kupplungsachse hin. Die Kopfkanten 14 und 15 der jeweiligen Zahnkränze, welche gleiche Schrägungswinkel aufweisen, laufen dabei in konischen Ebenen um.
Durch diesen Aufbau wird es dem Schmieröl möglich, in Richtung eines Pfeiles 16 in einen sich keilförmig verjüngenden Spalt 17 einzudrin gen, radial zwischen den Zahnflanken gleichmässig verteilt hindurchzuströmen und sich schliesslich in einem keilförmig aufweitenden Spalt 18 wieder zu sammeln. Aus dem Spalt 18 fliesst das Schmieröl dann in Richtung des Pfeiles 19 in axialer Richtung ab. Das Hindurchtreten des Schmieröles zwischen den Zahn flanken wird dabei noch durch die Fliehkraft unter stützt, welche auf das Schmieröl einwirkt und ihm eine radiale Druckkomponente verleiht.
Die zunehmende Drosselung, hervorgerufen durch die stetige Verkleine rung des Spaltes, sowie die im Öl selbst vorhandenen Fliehkräfte bewirken eine Verteilung des Öles über die ganze Zahnflanke, was zu einer ausgezeichneten Schmierwirkung führt.
Die keilförmige Verjüngung des Einlaufspaltes 17 und die entsprechend keilförmige Aufweitung des Auslasspaltes 18 führen zu einem stän dig gleichmässigen Öldurchfluss, der einerseits den Reibwert innerhalb der Verzahnung verringert und die entstehende Reibungswärme ableitet, der andererseits aber auch verhindert, dass sich die im Öl vorhandenen kleinen festen Partikel in toten Räumen des Zahnein griffes absetzen und zu einer Störung der Schmierung führen.
Die Erhöhung der zentrischen Einstellbarkeit der Kupplung hat ausserdem zur Folge, dass eine gleich- mässige Kräfteverteilung auch bei hohen- Drehzahlen vorhanden ist; somit sind alle Zähne gleihmässig an den Übertragungen des Drehmomentes beteiligt und wird die Lebensdauer der Kupplung, hinsichtlich ihrer Zahnflankenfestigkeit, beträchtlich vergrössert.