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Die Erfindung betrifft winkelbewegliche Zahnkupplungen, die gegebenenfalls
auch ein- und ausrückbar sein können. Der Begriff »Zahnkupplung« umfaßt im Zuge
der nachstehenden Darlegungen auch hierzu äquivalente Kupplungen, beispielsweise
also auch Klauenkupplungen. Derartige Kupplungen finden beispielsweise zur Kupplung
von Dampf- oder Gasturbinen mit elektrischen Wechselstromgeneratoren Anwendung und
ermöglichen beispielsweise den wahlweisen Antrieb des Generators von der Turbine
aus oder die Unterbrechung dieses Antriebs.
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Bei herkömmlichen Turbogeneratoren werden für die Triebverbindung
zwischen der Antriebsturbine und dem Generator im allgemeinen feste Kupplungen verwendet,
und die Wellen der ganzen Anlage werden in axialer Richtung durch ein einziges Axiallager
festgelegt, in welchem die Turbinenwelle gelagert ist und welches diese in beiden
Axialrichtungen festlegt. Tritt bei derartigen Anordnungen eine Wärmedehnung der
Wellen auf, so verschiebt sich der Rotor des Generators in axialer Richtung mit
Bezug auf die seine Welle abstützenden Radiallager.
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Wird zwischen der Turbine und dem Generator eine ein- und ausrückbare
Zahnkupplung, beispielsweise eine selbsteinrückende Synchronkupplung, angeordnet,
so werden sowohl die Rotorwelle des Generators als auch die Turbinenwelle in Axiallagern
gelagert, damit der bei ausgerückter Kupplung und stillstehender Turbine als kapazitiver
Phasenschieber umlaufende Rotor des Generators auch allein in axialer Richtung festgelegt
ist.
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Bei einer solchen Lagerung der Rotorwelle des Generators ergeben sich
jedoch im Hinblick auf den eingerückten Zustand der Kupplung insofern Schwierigkeiten,
als dann die Welle der Antriebsturbine auf die Rotorwelle des Generators Drehmoment
überträgt und folglich die beiden, jeweils die Turbinenwelle bzw. die Generatorwelle
in axialer Richtung festlegenden Axiallager von besonders kräftiger und schwerer
Bauart sein müssen, da in diesem Fall bei Wärmedehnungen der beiden miteinander
gekuppelten Wellen diese Dehnungen in Form -.,gegenseitiger. Axialverschiebungen
der aneinander "-aniiegendeii' beiderseitigen Berührungsflächen der Kupplungselemente
der beiden Kupplungshälften der unter großer Drehmomentbelastung-stehenden KugpIüng
aufgenommen werden müssen und sich folglich entsprechend große Reaktionskräfte an
den beiden Axiallagern ergeben.
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Durch die Erfindung still- die Aufgabe -gelöst wer-: den, bei
winkelbeweglichen Zahnkupplungen, die gegebenenfalls als ein- und ausrückbare Zahnkupplungen
ausgebildet sein können und sich in der soeben angegebenen Weise uls'.Kupplung zwi$chezt:-der,Turn
bine und dem Generator von Wechselstrom-Turbogeneratoren eignen, auf ein gesondertes
Axiallager zur Festlegung der Rotorwelle des Generators verzichten zu können und
außerdem in gewissem Umfang gegenseitige Richtungsabweichungen der beiden gekuppelten
bzw. zu kuppelnden Wellen ausgleichen zu können.
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Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung demgemäß
eine winkelbewegliche Zahnkupplung, bei der die beiden Kupplungshälften durch ein
in axialer Richtung starres, die beiden mit den Kupplungshälften verbundenen Wellen
in axialer Richtung festlegendes Verbindungselement miteinander verbunden sind,
welches in radialer Richtung genügend Flexibilität aufweist, um Richtungsabweichungen
der beiden Wellen zuzulassen, und welche dadurch gekennzeichnet ist, däß zur Aufnahme
der axialen Drücke ein in radialer Richtung verschiebbares Axiallager vorgesehen
ist, das eine gegenseitige Relativdrehung der beiden Wellen gestattet.
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Es ist in Verbindung mit Stirnräderumlaufgetrieben bereits bekannt,
ein winkelbeweglich urigelagert aufgehängtes Sonnenrad mit dem sein Drehmoment aufnehmenden
Teil des Getriebes über eine doppelte Zahnkupplung zu verbinden, wobei das Getriebegehäuse
ein in axialer Richtung starres, die beiden mit den Kupplungshälften verbundenen
Wellen in axialer Richtung festlegendes Verbindungselement bildet.
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Da jedoch bei derartigen Stirnräderumlaufgetrieben die eingangs dargelegten,
insbesondere bei Herstellung der Triebverbindung zwischen der Antriebsturbine und
dem Generator von Turbogeneratoren auftretenden Schwierigkeiten nicht vorkommen,
ist die bekannte Anordnung auch nicht geeignet, die oben dargelegte, der vorliegenden
Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zu lösen. Der Umstand, daß diese bekannte Anordnung
den einschlägigen Fachkreisen bereits zwei Jahrzehnte vor der vorliegenden erfindungsgemäßen
Lösung bekannt war, beweist ferner, daß die bekannte Anordnung die einschlägigen
Fachkreise .nicht dazu angeregt hat, im Sinn einer Lösung der ebenfalls damals schon
bekannten, der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabestellung eine. der
bekannten Anordnung _ im Prinzip entfernt ähnliche, in ihrer körperlichen Ausbildung
jedoch von dieser grundverschiedene Anordnung mit einem vergehiebbaren Axiallager
zur- Aufnahme der axialen Drücke zu kombinieren, welches eine gegenseitige Relativdrehung
der beiden zu kuppelnden Wellen gestattet.
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In Weiterbildung der Erfindung ist dieses., xiallager als Scheibe
ausgebiIdef-üridweist an mindestens einer Stirnseite eine kreisringförmige Gleitflächp
auf.
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Die erfindungsgemäße Kupplung wird nunmehr unter Bezug auf die Zeiehnungpn
nachstehend an Hand zweier Ausführungsldririeü beispielsweise beschrieben. In den
Zeichnungen stellt dar F i g,1 einen schematischen Axialschnitt einer als selbsteinrückende
Synchronkupplung ausgebildeten Zahnkupplung nach der Erfindung, wobei die Kupplung
in der oberen Hälfte der Zeichnung in ausgerücktem Zustand und in der unteren Hälfte
der Zeichnung in eingerücktem Zustand gezeigt ist, .` i F i g. 2 eine schematische
Teildarstellung einer abgewandelten_ Ausführungsform der Schmiermittelzuführungsknäle
für die Gleitflächen des innerhalb der erfindungsgemäßen Zahnkupplung vorgesellenen
Axiallagers und . . . -F i g. 3 einen Sclinitt `Iärigs 'der Ebene III-III in Fig.2.
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Die eine Kupplungshälfte der in F i g. 1 der Zeichnungen dargestellten
Zahnkupplung weist einen mit einem äußeren Kupplungszahnkranz ausgestatteten und
an einen Ringkörper 3 angeschraubten Ringkörper 1 auf. Der Ringkörper 3 weist einen
hierzu koaxialen zylindrischen Teil 4 auf und ist außerdem mit einem inneren Klinkenzahnkranz
5, einem inneren Hilfs-Kupplungszahnkranz 6 und einem Einrückklinkenkranz 7 ausgestattet.
Der Ringkörper 1 weist einen radial nach innen ragenden Ringflansch 8 auf, der einen
gewissen AxiaIabstand von einem weiteren
Ringkörper 9 hat, welch
letzterer konzentrisch zu dem Ringkörper 3 angeordnet und an diesem angeschraubt
ist. Der Ringkörper 9 ragt radial nach innen und weist an seinem Innenumfang einen
axial vorstehenden zylindrischen Führungskörper 10 auf, dessen vorstehender Teil
mit einem in radialer Richtung etwas erhabenen Führungswulst 11 versehen ist.
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An den Ringkörper 1 ist außerdem der Flansch 12 einer Nabe 13 angeschraubt,
welche auf das Ende der Rotorwelle 14 eines Generators aufgesetzt ist. In der Nabe
13 ist ein Kranz von axial verlaufenden Schmiermittelkanälen 15 vorgesehen, die
von einem Ringraum ausgehen, der durch einen an der Nabe 13 befestigten Fangring
16 mit in Richtung zur Wellenumfangsfläche radial nach innen ragender Fanglippe
17 gebildet wird. An der anderen Seite münden die Schmiermittelkanäle 1.5 in einen
Ringraum, der sich in radialer Richtung zwischen dem Flansch 8 und dem Ringkörper
9 erstreckt. Eine Schmiermittelzuführungsdüse 18 ist derart raumfest angeordnet,
daß das von ihr ausgestoßene Schmiermittel in den Ringraum des Fangringes
16 gelangt und von dort durch die Schmiermittelkanäle 15 in den Ringraum
zwischen dem Flansch 8 und dem Ringkörper 9 strömt,. in welchem es durch Fliehkraft
die Gleitflächen eines später noch zu beschreibenden Axiallagers schmiert.
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Die andere Kupplungshälfte weist einen Ring 19 mit einem äußeren Kupplungszahnkranz
20 auf, an welchem ein in axialer Richtung vorstehender zylindrischer Körper 21
angeschraubt ist, der an seiner Außenseite mit einem linksgängigen Steilgewinde
22 versehen ist und an seinem Außenende einen radial nach innen weisenden Bund 23
aufweist. welch letzterer eine innere zylindrische Gleitfläche 24 besitzt. Die soeben
beschriebene Kupplungshälfte weist außerdem eine Muffe 25 auf, die mittels eines
an ihrem einen Ende angeordneten, radial nach außen ragenden Flansches
26 an dem Ringkörper 19 befestigt und an oder in der Nähe ihrer beiden
Enden mit ringförmig erhabenen Umfangsleitflächen 27 und 28 versehen ist.
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An dem Ringkörper 19 ist außerdem der Flansch 29 einer Nabe 30 angeschraubt,
welche das Ende einer Turbinenwelle 31 umfaßt. In der Nabe 30 sind axial verlaufende
Schmiermittelkanäle 32 angeordnet. An der äußeren Stirnseite der Nabe
30 ist ein Schmiermittelfangring 33 befestigt, in dessen Nähe eine raumfeste
Schmiermittelspritzdüse 34 angeordnet ist, welche Schmiermittel in den innerhalb
des Fangringes 33 befindlichen Raum einspritzt. Von dort gelangt das Schmiermittel
in eine Schmiermittelkammer 35 und von dieser in einen Flüssigkeitsdämpfer, der
nachstehend noch beschrieben wird. Aus dem Flüssigkeitsdämpfer gelangt das Schmiermittel
durch entsprechende Abflußbohrungen zu den aneinandergleitenden Teilen der Kupplung
einschließlich der Kupplungszähne.
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Die Kupplung weist einen Kuppelkörper auf, der im wesentlichen eine
äußere, zylindrische Kupplungsmuffe 36 mit endseitigen inneren Kupplungszahnkränzen
37, 38 und einem radial nach innen ragenden Ringflansch 39 aufweist, an welchen
weitere Teile 40 und 42 des Kuppelkörpers angeschraubt sind. Der Teil 40 hat im
wesentlichen zylindrische Form und ragt in axialer Richtung zum Ringkörper 19 hin.
Er ist mit einem inneren Steilgewinde 41 ausgestattet, welches mit dem äußeren Steilgewinde
22 des zylindrisch ausgebildeten Teils 21 der anderen Kupplungshälfte im Eingriff
steht. Der Teil 42 des Kuppelteils hat die Form eines radial nach innen ragenden
Flansches, der in der Nähe seines radial inneren Randes in nach beiden Seiten axial
abstehende Zylinderteile 43 übergeht. Der in Richtung des Ringkörpers
19
ragende Zylinderteil 43 ruht mit seiner zylindrischen Innenfläche auf der
zylindrischen Außenfläche 27 des Muffenteils 25, und der in Richtung des Ringkörpers
1 ragende Zylinderteil 43 weist eine innere zylindrische Gleitfläche 44 auf, die
bei ausgerückter Kupplung auf der zylindrischen Gleitfläche 28 des Muffenkörpers
25 ruht.
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An den Flansch 42 ist ein Zylinderkörper 45 angeschraubt, dessen zylindrische
Außenfläche entlang der zylindrischen Innenfläche 24 des Flansches 21 gleiten kann.
Der Zylinderteil 45 weist außerdem einen radial nach außen ragenden Ringflansch
46 auf, der zusammen mit der Innenseite des Zylinderteils 21
einen Flüssigkeitsdämpfer
bildet.
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Das dem Ringkörper 1 zugewandte Ende des zylindrischen Ansatzes 43
ist mit einem äußeren, linksgängigen Steilgewinde 47 ausgestattet, in welches ein
entsprechendes Innensteilgewinde 48 einer Relais-. muffe 49 eingreift, die ihrerseits
wiederum einen äußeren Hilfs-Kupplungszahnkranz 50 und einen Ein.., rückklinkenkranz
51 aufweist.
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Das obenerwähnte Axiallager weist eine in Leichtbauweise ausgeführte
Scheibe 52 auf, deren Rand in den zwischen dem Ringkörper 9 und dem Flansch
8
gebildeten Ringraum hineinragt und deren als Gleitflächen ausgebildete Randstirnseiten
60 und 61 an mit Weißmetall ausgegossenen Lagerflächen des Ringkörpers 9 und des
Flansches 8 anliegen. Damit diese Lagerflächen des Axiallagers auch ordnungsgemäß
durch Fliehkraft mit Schmiermittel versorgt werden, wenn die Welle 14 umläuft, müssen
zumindestens Teile der Gleitflächen des Axiallagers radial außerhalb der Austrittsmündungen
der Schrniermittelkanäle 15 angeordnet sein. Die Scheibe 52 ist auf einer
Spindel 53 von verhältnismäßig geringem Durchmesser und folglich einer gewissen
Biegsamkeit befestigt, welche ihrerseits von dem Ringkörper 19
der anderen
Kupplungshälfte gehalten wird und praktisch über die ganze axiale Kupplungslänge
bis zur einen Kupplungshälfte hinüberragt. Die beiden Kupplungshälften und damit
die beiden Wellen 14
und 31 sind dadurch mit Bezug zueinander in axialer Richtung
festgelegt, und die gewisse Biegsamkeit der Spindel 53 und eine gewisse Verformbarkeit
der Scheibe 52 gestatten der Kupplung trotzdem, geringe Richtungsabweichungen der
Wellen 14 und 31 aufzunehmen, ohne daß die miteinander in Berührung stehenden Flächen
der Kupplungszahnkränze oder des Axiallagers durch derartige Richtungsabweichungen
der beiden Wellen einseitigen Belastungsanhäufungen und somit Flächenpressungen
ausgesetzt sind.
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Die Nasen der Einrückklinken 7 weisen radial einwärts, und die Einrückklinken
sind durch Federn belastet, welche ihre Nasen in einer Richtung drängen, in welcher
sie bei ausgerückter Kupplung mit dem Kupplungs-Hilfszahnkranz 50 zusammenwirken.
Die Gewichtsverteilung der Klinken 7 ist mit Bezug auf ihre Schwenkzapfen 54 so
gewählt, daß die Klinkennasen bei Überschreitung einer bestimmten Grenzdrehzahl
der einen Kupplungshälfte 1 durch Fliehkraft außer Zusammenwirkung mit dem Hilfszahnkranz
50 gebracht werden. Die Nasen der Einrückklinken
51 weisen radial
auswärts, und die Gewichtsverteilung dieser Klinken ist mit Bezug auf ihre Schwenkzapfen
55 so gewählt, daß sie unterhalb einer bestimmten Grenzdrehzahl des Kuppelkörpers
bzw. der Kupplungsmuffe 36 unwirksam sind, jedoch bei Erreichung oder überschreitung
dieser Grenzdrehzahl durch Fliehkraftwirkung in Stellungen gedrängt werden, in welchen
ihre Klinkennasen bei ausgerückter Kupplung mit dem inneren Klinkenzahnkranz 5 zusammenwirken.
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Während die Turbinenwelle 31 durch ein übliches AxiaIlager in axialer
Richtung festgelegt ist, wird die Welle 14 des Wechselstromgenerators durch
kein Axiallager in Axialrichtung festgelegt, sondern sie kann sich innerhalb- ihrer
Radiallager frei verschieben und somit jeglichen Wärmedehnungen des Wellensystems
anpassen.
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Bei der in den F i g. 2 und 3 der Zeichnungen dargestellten Ausführungsform
haben die Zuführungskanäle für die Schmiermittelzuführung zu dem Axiallager die
Form von einer Vielzahl von am Umfang der GeneratorweIle 14 angeordneten
Axialnuten 56, welche durch eine Muffe 57 abgedeckt sind, die ihrerseits einen Teil
der Nabe 13 bildet. Das Schmiermittel wird mittels einer raumfest angeordneten Schmiermittelspritzdüse
18 in eine mit den Umfangsnuten 56 in Verbindung stehende äußere Ringnut
58 eingespritzt. Die Muffe 57 steht etwas über die Ringnut 58 über und ist,
wie aus F i g. 2 der Zeichnungen ersichtlich ist, mit einem stirnseitigen Schmiermittelfangring
59 versehen.