DE1142473B

DE1142473B - Shaft coupling for axially parallel and angular shaft displacements

Info

Publication number: DE1142473B
Application number: DEM27785A
Authority: DE
Inventors: Fritz Haege
Original assignee: Maschinenfabrik Buckau R Wolf AG
Current assignee: BWS Technologie GmbH
Priority date: 1955-07-25
Filing date: 1955-07-25
Publication date: 1963-01-17

Description

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.Shaft coupling for axially parallel and angular shaft displacements The invention relates to shaft couplings, the axially parallel and angular displacements of the shafts to each other and that of a coupling sleeve with an internal toothing each for the two shaft ends and one coupling element on each of the shaft ends exist, with an external toothing in the associated internal toothing of the coupling sleeve engages and by means of spherical surfaces arranged on both sides of the external toothing supported against corresponding hollow spherical surfaces of the coupling sleeve.

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.In these known couplings, normal parallel teeth can be used are used to compensate for inclinations of the coupling sleeve to the Interlock shaft ends with little play. The supporting forces are not via the toothing, but via the spherical surfaces of the hubs onto the hollow spherical surfaces transferred to the sleeve, the spherical surfaces at the same time that is located in the sleeve Prevent the oil used to lubricate the toothing from flowing out. By the play between the teeth of the toothing is the oil pressure at high speeds due to the centrifugal force greater than the tooth pressure, so that there is always between there is an oil film on the tooth flanks.

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.It is now the object of the invention, in couplings that both pull as well as compressive forces are to be transmitted, the impacts acting in the axial direction to intercept elastically without the sealing effect of the spherical surfaces being canceled will.

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.To solve this problem, shaft couplings according to the invention of the type mentioned above, the spherical surfaces of the hub serving for guidance as rings formed, with a compression spring switched on between each ring and the associated hub is.

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.It is already known between the two hubs with external teeth turn on a compression spring to connect the spherical surface of each hub to the associated spherical surface the sleeve. If impacts directed axially parallel are absorbed elastically should be, the seal would be lost.

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.It is also a shaft coupling for axially parallel and angular displacements known of the shafts, in which the teeth of the toothing are arched, so the supporting forces for the coupling sleeve to be transferred. With this coupling, the hub is against the Coupling sleeve each supported by a spring in the axial direction, through which only in shocks acting in the axial direction can be absorbed elastically. This occurs the problem of waterproofing does not arise and can not even with the specified means be solved.

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.Another elastic coupling is tight between the two clamped shaft ends each provided with a coupling sleeve with internal teeth a coupling rod switched on, which at each end has a hub part with a spherical shape Support surface and with an internal toothing of the coupling sleeves engaging external toothing wearing. There are weak springs between the shaft ends and the coupling rod provided in order to be able to hold the removable coupling rod in the operating position. The required longitudinal displacement is achieved on one end of the coupling rod by means of a double-toothed hub piece and on the other end by means of a die one half of the support ring forming the hollow spherical surface causes that in the coupling sleeve Is mounted longitudinally displaceable. This coupling cannot transmit any axial forces, and when the support ring is moved, the tight contact between the spherical surfaces is canceled.

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.The invention has the advantage over the known couplings that the spherical support surfaces of the clutch hub are axially directed Tensile and compressive stresses move elastically on the coupling member without the sealing contact of the spherical surfaces is abolished, the axial shocks being dampened be transferred to the other wave. This is e.g. B. when driving two-way transmissions via screws, which are interposed with the coupling according to the invention support against each other, advantageous, with simultaneous pitch errors in the toothing, which could lead to a one-sided flow of force, are canceled.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt.The invention is shown in the drawing in two exemplary embodiments.

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.Fig.1 shows the upper half of the coupling in longitudinal section and the lower half in side view; Fig. 2 shows on a reduced scale the divided, Coupling connected to an intermediate shaft as shown in Fig. 1.

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.Each of the shaft ends 1 and 2 to be coupled goes into a remote one Shaft journal 1 a or 2 a over, onto which a coupling member 3 or 4 is pushed is. The coupling members 3, 4 are screwed onto the shaft collar 1 b or 2 6 Ring nuts 5 or the like, which are secured against loosening with locking washers 6, held on the shaft journal la, 2a and by means of parallel keys 7 or the like. Against rotation secured.

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.The coupling members 3, 4 are each provided with an external toothing 8 and 9, on both sides of which spherical support surfaces 10, 11 and 12, 13 are arranged. These support surfaces are slidably mounted on the coupling members 3, 4 in the axial direction. The center M of the spherical surface 14 or 15 enveloping the spherical support surfaces 10, 11 or 12, 13 lies on the longitudinal axis of the shaft end 1 or 2 in the center plane of the external toothing 8 or 9. The radius of the enveloping spherical surface 14 or 15 is the same size as the radius of the pitch circle of the external toothing 8 or 9, so that the enveloping spherical surface 14 or 15 is tangent to the pitch circle. The tooth tips and feet of the external toothings 8, 9 have spherical surfaces curved around the center point M.

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.The external teeth 8, 9 are in engagement with corresponding internal teeth 16, 17 which are provided in a coupling sleeve which overlaps the coupling members 3, 4 and consists of two halves 18a, 18b of the same type. The two coupling sleeve halves 18a, 18b are flanged to one another with suitable fastening means 19, 20. On both sides of each internal toothing 16 and 17, spherical cap-shaped bearing surfaces 21, 22 and 23, 24 are attached in the coupling sleeve by means of suitable fastening means 19, 20 and 25, respectively. The spherical support surfaces 10, 11 and 12, 13 of the coupling members 3 and 4, which are slidingly mounted on the coupling members, are pressed against these bearing surfaces by means of springs 26 to absorb axial forces and to support the coupling sleeve 18 a, 18 b. Here- ; through axial shocks are elastically absorbed, so that the coupling with its downstream units, such as gear, generator, turbine, propeller, etc., is protected. Between the flanged coupling sleeve halves 18 a and 18 b there is a spacer ring 27 with a filler opening 29 provided with a plug 28 through which the lubricant for the toothing is poured into the cavity of the coupling sleeve. The bearing surfaces 22, 23 are equipped with bores 22 a, 23 a for the passage of the lubricant.

Zur Verwirklichung der Erfindung kann auch eine einteilige Kupplungshülse verwendet werden, in der die Lagerflächen 22, 23 und die Einfüllöffnung 29 zweckentsprechend anzubringen sind.A one-piece coupling sleeve can also be used to implement the invention can be used, in which the bearing surfaces 22, 23 and the filling opening 29 appropriately are to be attached.

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.The arrangement of the lubricant supply shown in Fig only used with couplings installed undivided in a horizontal position. On the other hand, if the coupling is vertical, inclined or in a manner to be described below Installed split in a horizontal position, the bores 22a, 23a are omitted. In in the latter case, each of the coupling sleeve halves 18 a, 18 b with a separate one To provide filling opening 29a (Fig.2). With vertical or inclined installation of the Coupling is a transfer of the lubricant from the higher coupling sleeve half in the lower half because the lubricant is then in the lower half Half would accumulate and not provide proper top gear lubrication would be guaranteed. The spherical cap-shaped bearing against the spherical support surfaces In all installation positions of the coupling and in all angular positions, which can take the coupling members to the coupling sleeve, a reliable one Sealing of the lubricant-filled coupling sleeve.

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.The torque to be transmitted is transmitted from the shaft end 1 via the coupling member 3 and the meshing teeth 8, 16 to the coupling sleeve half 18a, in order to transfer it to the other shaft end 2 via the coupling sleeve half 18b, the teeth 9, 17 and the coupling member 4 to become. The torque can of course be transmitted from the shaft end 2 to the shaft end 1 in the reverse order. The coupling sleeve 18 a, 18 b is supported on the spherical support surfaces 10, 11, 12, 13 by means of the spherical cap-shaped bearing surfaces 21, 22, 23, 24. If an angled or axially parallel displacement now occurs between the shaft ends 1 and 2, a corresponding displacement of the longitudinal axis of the coupling sleeve out of the plane of one or both of the longitudinal axes of the shaft occurs when the toothings 8, 16 and (or 9, 17 are displaced against each other. This displacement represents a pivoting movement the coupling sleeve around one or both center points M, with the mutual displacement of the teeth, the pitch circles of the external and internal teeth 8, 16 and 9, 17 on the spherical support surfaces 10, 11 or 12, 13 enveloping spherical surface 14 or 15. At the same time, the spherical support surfaces 10, 11, 12, 13, which are slidably mounted in the axial direction on the coupling members 3, 4 and supported by springs26, enable jamming-free absorption and transfer of axially directed forces The illustrated embodiment has the same mode of operation m spaced shaft ends 1, 2 between the two coupling sleeve halves 18 a and 18 b is provided at its ends with stationary coupling flanges 30,31 intermediate shaft 32. The intermediate shaft 32 is not supported and when the shaft ends 1, 2 are displaced, it executes corresponding pivoting movements about its longitudinal axis, during which the coupling is activated in the manner described above.

Claims

PATENT CLAIM: Shaft coupling for axially parallel and angular displacements of the shafts to each other, consisting of a coupling sleeve with an internal toothing for each of the two shaft ends, a coupling member arranged on the shaft ends, which engages with an external toothing in the assigned internal toothing of the coupling sleeve and is connected by means of both sides of the external toothing arranged spherical surfaces is supported against corresponding hollow spherical surfaces of the coupling sleeve, characterized in that the spherical surfaces (10, 11; 12, 13) of the hub (3; 4) serving for guidance are designed as rings which are axially displaceable on the hub, with each Ring and associated hub a compression spring (26) is turned on. Documents considered: German Patent No. 647 121; French Patent Nos. 895 859, 914 232; U.S. Patent Nos. 1591398, 1770 744, 1942 973, 2,299,351, 2,455,870, 2,467,902, 2,592,309. Earlier patents considered: German Patent No. 1004,438.