DE1195560B

DE1195560B - Tooth coupling with a feeler tooth

Info

Publication number: DE1195560B
Application number: DEE18049A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Albert Obrist
Original assignee: Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1959-07-08
Filing date: 1959-07-31
Publication date: 1965-06-24

Description

Zahnkupplung mit einem Tastzahn Die Erfindung bezieht sich auf eine Zahnkupplung mit zwei axial ineinander einrückbaren Kränzen von Kupplungszähnen, deren Stirnseiten in Umfangsrichtung beidseitig abgeschrägt sind, wobei an einem der beiden Zahnkränze ein Zahn durch einen axial vorstehenden, gegen Federdruck zurückschiebbaren Tastzahn ersetzt ist.Tooth coupling with a feeler tooth The invention relates to a Tooth coupling with two axially engageable rings of coupling teeth, whose end faces are beveled on both sides in the circumferential direction, with one of the two ring gears one tooth through an axially protruding against spring pressure retractable contact tooth is replaced.

Bei einer solchen Zahnkupplung mit einem Tastzahn zum Ertasten der gegenüberliegenden Zahnlücken dürfen beim Einrücken nicht der Tastzahn mit seiner Dachkante genau auf die Dachkante eines gegenüberliegenden Zahnes und zugleich auch die Dachkanten der übrigen Zähne des einen Zahnkranzes genau auf die Dachkanten der Zähne des anderen Zahnkranzes treffen.In such a tooth coupling with a feeler tooth to feel the opposing tooth gaps must not be the touch tooth with its Roof edge exactly on the roof edge of an opposing tooth and at the same time too the roof edges of the remaining teeth of one gear rim exactly on the roof edges of the teeth of the other ring gear.

Bei einer bekannten Kupplung ist diese Bedingung dadurch erfüllt, daß der Tastzahn schräg zur Zahnrichtung ausweicht, wenn er zurückgeschoben wird. Dabei ergibt sich aber, daß im Grenzfall die Verdrehung des einen Zahnkranzes gegenüber dem anderen zum Herbeiführen einer Zahn-auf-Lücke-Stellung mehr als eine halbe Zahnteilung beträgt. Insbesondere bei Maschinen mit großen Massen, beispielsweise beim Kuppeln einer Speicherpumpe mit einem Turbogenerator, soll die erforderliche Relativdrehung möglichst klein bleiben.In a known coupling, this condition is met by that the feeler tooth deviates obliquely to the tooth direction when it is pushed back. In this case, however, the result is that in the borderline case, the rotation of the one gear rim with respect to one another the other to bring about a tooth-in-space position more than half a tooth pitch amounts to. Especially with machines with large masses, for example when coupling a storage pump with a turbo generator, the required relative rotation should be stay as small as possible.

Die Erfindung bezweckt, eine Zahnkupplung mit Tastzahn in dieser Hinsicht zu verbessern. Bei einer Zahnkupplung der eingangs beschriebenen Art wird dies durch die gemeinsame Anwendung der folgenden drei Merkmale erreicht: a) Der Tastzahn ist in Richtung der Kupplungszähne verschieblich; b) an dem den Tastzahn aufweisenden Zahnkranz steht die Kante der schrägen Stirnflächen des Tastzahns außerhalb der regelmäßigen Teilung der Kanten der Kupplungszähne; c) einer der beiden Zahnkränze ist gegenüber seiner Welle begrenzt drehbar und durch Federn in der Mittellage seines begrenzten Drehbereichs gehalten.The invention aims to provide a tooth coupling with a feeler tooth in this regard to improve. In the case of a tooth coupling of the type described at the outset, this is achieved by the common application of the following three characteristics achieved: a) The tactile tooth is displaceable in the direction of the coupling teeth; b) on the one having the feeler tooth Tooth rim stands the edge of the inclined end faces of the feeler tooth outside of the regular division of the edges of the clutch teeth; c) one of the two ring gears is rotatable to a limited extent with respect to its shaft and is in the middle position of its due to springs limited range of rotation held.

Das dritte, die begrenzte Drehbarkeit betreffende Merkmal ist bei einer Zahnkupplung bekannt. Die drei Merkmale zusammen bewirken, daß die erfindungsgemäße Zahnkupplung in jeder Lage der zu kuppelnden Maschinen, insbesondere auch bei Stillstand der beiden zu kuppelnden Wellen eingerückt werden kann, wobei die Relativdrehung des einen Zahnkranzes gegenüber dem anderen höchstens eine halbe Zahnteilung betragen muß.The third feature related to limited rotation is at a tooth coupling known. The three features together cause the inventive Tooth coupling in every position of the machines to be coupled, especially when the machine is at a standstill of the two shafts to be coupled can be engaged, with the relative rotation of one ring gear compared to the other amount to a maximum of half a tooth pitch got to.

Wird am Tastzahn und an den ihm axial gegenüberliegenden Kupplungszähnen die Kante der schrägen Stirnflächen in Umfangsrichtung der Kupplung bezüglich des jeweiligen Zahnes an die gleiche Stelle gelegt, so beträgt die erforderliche Relativdrehung der Kupplungskränze im Grenzfall genau eine halbe Teilung. Diese Maßnahme erlaubt überdies, die Kante der schrägen Stirnflächen beliebig weit außerhalb der Zahnmitte anzuordnen, ohne daß die erforderliche Relativdrehung den Grenzwert von einer halben Teilung überschreitet. Hierbei kann die eine der schrägen Stirnflächen der Kupplungszähne als lange, in Umfangsrichtung den größten Teil des Zahnes einnehmende Abweisfläche kleinen Neigungswinkels ausgebildet werden für das Einrücken der Kupplung bei angenähertem Gleichlauf der zu kuppelnden Wellen.Used on the feeler tooth and on the coupling teeth axially opposite it the edge of the inclined end faces in the circumferential direction of the coupling with respect to the If the respective tooth is placed in the same place, the required relative rotation is of the clutch rings in the borderline case exactly half a pitch. This measure allowed In addition, the edge of the inclined end faces as far outside of the center of the tooth as desired to be arranged without the required relative rotation exceeding the limit of half a Division exceeds. Here, one of the inclined faces of the clutch teeth can as a long deflecting surface that takes up most of the tooth in the circumferential direction small angles of inclination are designed for the engagement of the clutch at approximate Synchronization of the shafts to be coupled.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine Kupplung nach der Erfindung vereinfacht dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch eine Zahnkupplung nach der Linie I-1 in F i g. 2 und 3, F i g. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in F i g. 1., F i g. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III in F i g. 1, F i g. 4 einen Axialschnitt nach der Linie IV-IV in F i g. 2 bei eingerückter Kupplung, F i g. 5 einen Ausschnitt aus F i g. 1 in größerem Maßstab, F i g. 6 einen Schnitt ähnlich dem nach F i g. 5, F i g. 7 einen erweiterten Ausschnitt aus F i g. 1 in größerem Maßstab, F i g. 8 bis 10 Schnitte nach der Linie X-X in F i g. 7 mit verschiedenen Stellungen der Zahnkränze und F i g.11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI in F i g. 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 5 bzw. 6 gesichert. Die Nabe 3 weist eine Außenverzahnung 3' auf, in die ein in Achsrichtung der Wellen 1 und 2 verschiebbarer Zahnkranz 7 mit Zähnen 7' eingreift. Auf der Nabe 3 ist der Zahnkranz 7 mittels eines Ringansatzes 7" axial verschieblich 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 bemessen, daß sich die Nabe 4 gegenüber dem Zahnkranz 8 um etwa eine Zahnteilung drehen kann.In the drawing, an exemplary embodiment for a coupling according to the invention is shown in simplified form. It shows F i g. 1 shows an axial section through a tooth coupling along the line I-1 in FIG. 2 and 3, FIG. 2 shows a cross section along the line II-II in FIG. 1., Fig. 3 shows a cross section along the line III-III in FIG. 1, Fig. 4 shows an axial section along the line IV-IV in FIG. 2 with the clutch engaged, FIG. 5 shows an excerpt from FIG. 1 on a larger scale, FIG. 6 shows a section similar to that of FIG. 5, Fig. 7 shows an expanded section from FIG. 1 on a larger scale, FIG. 8 to 10 sections along line XX in FIG. 7 with different positions of the ring gears and FIG. 11 a section along the line XI-XI in FIG. 9. The coupling shown connects two shafts 1 and 2. A hub 3 is drawn onto shaft 1 and a hub 4 is drawn onto shaft 2. The hubs are secured with nuts 5 and 6. The hub 3 has an external toothing 3 ', in which a toothed ring 7 with teeth 7', which can be displaced in the axial direction of the shafts 1 and 2, engages. The ring gear 7 is axially displaceably guided on the hub 3 by means of a ring shoulder 7 ″. The hub 4 carries a ring gear 8 which is rotatably mounted on it by means of balls 9. The ring gear 8 has teeth 8 ' and engages between them by means of stops 8 ″ Stops 4 'of the hub 4. The stops 4' and 8 " are dimensioned so that the hub 4 can rotate relative to the ring gear 8 by approximately one tooth pitch.

Von den Zähnen 8' des Zahnkranzes 8 ist an acht gleichmäßig am Umfang verteilten Zähnen der in der Zeichnung rechts liegende Zahnteil abgefräst. Im verbleibenden Teil 8'" ist je ein Tastzahn 10 in Einrückrichtung, d. h. in Achsrichtung, verschieblich gelagert.Of the teeth 8 'of the ring gear 8 , the tooth part on the right in the drawing is milled off on eight teeth evenly distributed around the circumference. In the remaining part 8 ′ ″, a respective feeler tooth 10 is mounted displaceably in the engagement direction, ie in the axial direction.

Wie besonders aus den F i g. 7 bis 10 ersichtlich, stehen die Tastzähne 10 gegen den einrückenden Zahnkranz 7 hin über die Zähne 8' hinaus und werden durch Federn 11 in.dieser Lage gehalten.As is particularly evident from FIGS. 7 to 10, the tactile teeth are visible 10 against the engaging ring gear 7 beyond the teeth 8 'and are through Springs 11 held in this position.

Die Zähne 7' und 8' sind an den einander beim Einrücken zuerst berührenden Stirnenden beidseitig abgeschrägt, damit die Zähne sich beim Aufeinandertreffen gegenseitig in die Zahn-auf-Lücke-Stellung schieben. Die über die Zähne 8' hinausragenden Tastzähne 10 weisen ebenfalls abgeschrägte Stirnenden auf. Dabei sind aber die vorderen Kanten 14 der schrägen Stirnflächen der Tastzähne 10 gegenüber den entsprechenden Kanten 12 der Zähne 8' mit in Umfangsrichtung versetzter Teilung angeordnet. Der drehbare Zahnkranz 8 wird relativ zur Welle 2 bzw. Nabe 4 durch Federn 15 in der Mittellage seines durch die Anschläge 4' und 8" begrenzten Drehbereichs gehalten. Dieser Federn 15 sind in einem Ringkanal 16 zwischen Nocken 17 und 18 (F i g. 3) angeordnet. Die Nocken 17 sind am Zahnkranz 8 befestigt, während die Nocken 18 an einem mit der Nabe 4 verbundenen Ring 19 befestigt sind.The teeth 7 'and 8' are beveled on both sides at the front ends which first touch each other when engaging, so that the teeth push each other into the tooth-open-gap position when they meet. The tactile teeth 10 protruding beyond the teeth 8 'also have beveled front ends. Here, however, the front edges 14 of the inclined end faces of the feeler teeth 10 are arranged opposite the corresponding edges 12 of the teeth 8 'with a pitch offset in the circumferential direction. The rotatable ring gear 8 is held relative to the shaft 2 or hub 4 by springs 15 in the central position of its range of rotation limited by the stops 4 'and 8 ″. These springs 15 are located in an annular channel 16 between cams 17 and 18 (FIG. 3) The cams 17 are attached to the ring gear 8, while the cams 18 are attached to a ring 19 connected to the hub 4.

Zum Einrücken der Kupplung bei Stillstand der Wellen 1 und 2 von der in F i g. 1 gezeichneten ausgerückten Lage in die in F i g. 4 gezeichnete eingerückte Lage wird der Ringansatz 7" mittels einer nicht dargestellten Schaltgabel von rechts nach links bewegt.For engaging the clutch when shafts 1 and 2 are at a standstill in Fig. 1 in the disengaged position shown in FIG. 4 drawn indented The ring attachment 7 ″ is positioned from the right by means of a shift fork (not shown) moved to the left.

Dabei kommen, wie aus F i g. 8 ersichtlich ist, zunächst die Tastzähne 10 mit den Zähnen 7' in Berührung. Die Tastzähne gleiten beim weiteren Bewegen des Zahnkranzes 7 an der Kante 13 und dann auf der kleineren Abschrägung der Zähne 7' und drücken dabei den drehbeweglichen Zahnkranz 8 entgegen den in Umfangsrichtung wirkenden Federn 15 in die Eingriffsstellung relativ zum nicht drehbeweglichen Zahnkranz 7. Die Wellen 1 und 2 bleiben dabei ohne Drehung in Ruhe.As shown in FIG. 8 it can be seen, first of all, the tactile teeth 10 with the teeth 7 'in contact. The contact teeth slide as you move the Ring gear 7 on edge 13 and then on the smaller bevel of teeth 7 ' and press the rotatable ring gear 8 against the circumferential direction acting springs 15 in the engagement position relative to the non-rotatable ring gear 7. The shafts 1 and 2 remain at rest without rotating.

Bei der in F i g. 8 gezeichneten Stellung der Zahnkränze wäre ein selbsttätiges Einkuppeln ohne Hilfe der Tastzähne nicht möglich, da bei dieser Stellung, wie durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist, die Kanten 12 der Zähne 8' und die Kanten 13 der Zähne 7' gerade aufeinanderstoßen, also keine Relativdrehung der.Zalpnkränze bewirken würden.In the case of the in FIG. 8, an automatic coupling without the help of the feeler teeth would not be possible, since in this position, as indicated by a dash-dotted line, the edges 12 of the teeth 8 ' and the edges 13 of the teeth 7' just meet each other, i.e. no relative rotation der.Zalpnkränze would cause.

Sollten beim Einkuppeln im Stillstand zufällig die Kanten 14 der Tastzähne 10 auf die Kanten 13 der Zähne 7' stoßen, wie dies in F i g. 9 gezeigt ist, so werden die Tastzähne entgegen der Wirkung der Feder 11 und einer Arretiereinrichtung 21 in die in F i g. 1.0 gezeichnete Stellung gestoßen, bis die schrägen Endflächen der Zähne 7' und 8' aufeinanderliegen und den Zahnkranz 8 (diesmal in der anderen Drehrichtung) drehen, bis eine Eingriffsstellung erreicht ist und die Zahnkränze ineinandergeschoben werden können. Should the edges 14 of the feeler teeth 10 accidentally hit the edges 13 of the teeth 7 'when the coupling is at a standstill, as shown in FIG. 9 is shown, the feeler teeth are counter to the action of the spring 11 and a locking device 21 in the in F i g. 1.0 drawn position pushed until the inclined end surfaces of the teeth 7 'and 8' lie on top of one another and rotate the ring gear 8 (this time in the other direction of rotation) until an engagement position is reached and the ring gears can be pushed into one another.

An den Tastzähnen 10 und an den diesen axial gegenüberliegenden Kupplungszähnen 7' liegen die Kanten 14 bzw. 13 der schrägen Stirnflächen in Umfangsrichtung bezüglich des jeweiligen Zahnes an der gleichen Stelle. Treffen die Kanten 14 der Tastzähne 10 auf die Kanten 13 der Zähne 7', so stehen die Zahnkränze in der Zahn-auf-Zahn-Stellung. Das Einfädeln mittels der schrägen Stirnflächen der Kupplungszähne 7' und 8' erfordert dann eine Relativdrehung der Zahnkränze um genau eine halbe Zahnteilung. In allen anderen Stellungen der zu kuppelnden Wellen bleibt die erforderliche Relativdrehung der Zahnkränze kleiner als eine halbe Zahnteilung.On the feeler teeth 10 and on the axially opposite coupling teeth 7 ', the edges 14 and 13 of the inclined end faces in the circumferential direction with respect to the respective tooth are at the same point. If the edges 14 of the feeler teeth 10 meet the edges 13 of the teeth 7 ', the gear rims are in the tooth-on-tooth position. The threading in by means of the inclined end faces of the coupling teeth 7 'and 8' then requires a relative rotation of the gear rims by exactly half a tooth pitch. In all other positions of the shafts to be coupled, the required relative rotation of the ring gears remains less than half a tooth pitch.

Die Tastzähne 10 und die ihrer Lagerung dienenden verkürzten Zähne 8" werden zweckmäßig so ausgebildet, daß sie bei eingerückter Kupplung in den Zahnlücken zwischen den Zähnen 7' Spiel haben und so keine Kraft übertragen.The feeler teeth 10 and the shortened teeth 8 ″ serving to support them are expediently designed so that when the clutch is engaged they have play in the tooth gaps between the teeth 7 'and so do not transmit any force.

Zum Einkuppeln bei angenähert synchron laufenden Wellen 1 und 2 müssen die Tastzähne 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 eine Rückzugsvorrichtung anbringen, die die Tastzähne 10 für den Kupplungsvorgang bei laufenden Wellen entgegen der Feder 11 zurückzieht, so daß sie unwirksam bleiben. Eine solche Rückzugsvorrichtung kann einen durch Druckflüssigkeit betätigbaren Servomotor aufweisen, wobei ein willkürliches Bewegen der Tastzähne möglich ist. Die Rückzugsvorrichtung kann aber auch, wie in F i g. 6 gezeigt, aus einem Schwunggewicht 20 bestehen, das den Tastzahn 10 bei überschreiten einer bestimmten Drehzahl der Kupplung zurückzieht. Das Einkuppeln bei annähernd synchron laufenden Wellen geht dann ohne Tastzähne folgendermaßen vor sich: Bei geringer Drehzahldifferenz der Wellen 1 und 2 kommen die Zähne 7' und 8' einmal in eine Eingriffsstellung. Sobald die Zahnspitzen ineinandergreifen, beginnt der Zahnkranz 8 mit der gleichen Drehzahl wie der Zahnkranz 7 zu drehen, wobei er sich relativ zur Welle 2 dreht. Während der Zeit dieser Relativdrehung können die Zahnkränze 7 und 8 längs der ganzen Breite der Zähne 8' ohne Belastung ineinander einrücken. Erst wenn die genannte Relativdrehung durch Anliegen der Anschläge 8" an den Anschlägen 4' unterbunden wird, sind die Wellen 1 und 2 gezwungen, mit der gleichen Drehzahl zu laufen, und es beginnt eine Drehmomentübertragung.For coupling with shafts 1 and 2 running approximately synchronously, the feeler teeth 10 must be so strong or so numerous that they can withstand the stresses at the beginning of the engagement with the ring gear 7. Appropriately, you will attach a retraction device that withdraws the feeler teeth 10 for the coupling process with running waves against the spring 11, so that they remain ineffective. Such a retraction device can have a servomotor that can be actuated by hydraulic fluid, with the feeler teeth being able to move at will. The retraction device can also, as in FIG. 6, consist of a flywheel 20 which withdraws the feeler tooth 10 when a certain speed of the clutch is exceeded. The coupling with approximately synchronously running shafts then proceeds as follows without contact teeth: If the speed difference between shafts 1 and 2 is small, teeth 7 'and 8' come into an engagement position once. As soon as the tooth tips mesh with one another, the ring gear 8 begins to rotate at the same speed as the ring gear 7, whereby it rotates relative to the shaft 2. During the time of this relative rotation, the ring gears 7 and 8 can engage one another without any load along the entire width of the teeth 8 '. Only when the mentioned relative rotation is prevented by the stops 8 ″ resting against the stops 4 ′, the shafts 1 and 2 are forced to run at the same speed, and torque transmission begins.

Die eine der beiden schrägen Stirnflächen der Kupplungszähne 7' und 8' und der Tastzähne 10 weist einen kleineren Neigungswinkel als die andere auf und erstreckt sich in Umfangsrichtung der Kupplung über den größten Teil der Zahnbreite. Sie bildet eine Abweisfläche, die beim Kuppeln mit einander überholenden Drehzahlen ein Einrücken bei zu großem Drehzahlunterschied verhindert. Trotz dieser unsymmetrischen Ausbildung der Stirnflächen der Kupplungszähne beträgt die erforderliche Relativdrehung der Zahnkränze nur eine halbe Zahnteilung.One of the two inclined faces of the coupling teeth 7 'and 8 'and the feeler teeth 10 has a smaller angle of inclination than the other and extends in the circumferential direction of the coupling over most of the tooth width. It forms a deflecting surface, which when coupling with speeds that overtake each other prevents engagement if the speed difference is too great. Despite this unbalanced Formation of the end faces of the coupling teeth is the required relative rotation of the sprockets only half a tooth pitch.

Die Tastzähne müssen nicht im gleichen Zahnkranz wie die drehmomentübertragenden Kupplungszähne angeordnet werden. Auch könnten sie in einen separaten Zahnkranz, der lediglich gleiche Zähnezahl wie die zu kuppelnden Zahnkränze haben muß, eingreifen. _ Die Zahnkränze der dargestellten Ausführungsform haben eine gerade Stirnverzahnung. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen lassen sich aber sinngemäß auch bei anderen Verzahnungen anwenden. So können die Zahnkränze beispielsweise Schrägverzahnung aufweisen oder mit Kupplungsklauen versehen sein.The contact teeth do not have to be in the same ring gear as the torque transmitting ones Coupling teeth are arranged. They could also be in a separate gear rim, which only needs to have the same number of teeth as the gear rims to be coupled, intervene. _ The ring gears of the embodiment shown have straight face teeth. The measures according to the invention can, however, analogously also be used with other tooth systems use. For example, the gear rims can have helical teeth or be provided with coupling claws.

Claims

Claims: 1. Tooth coupling with two axially engageable Wreaths of coupling teeth, the end faces of which beveled on both sides in the circumferential direction are, with a tooth on one of the two ring gears by an axially protruding, is replaced against spring pressure retractable feeler tooth, marked d u r c h the common use of the following features: a) The feeler tooth (10) is in the direction the coupling teeth (7 ', 8') are displaceable; b) on the one having the feeler tooth (10) Toothed ring (8) is the edge (14) of the inclined end faces of the feeler tooth outside the regular division of the edges (12) of the coupling teeth (8 '); c) one of the two The ring gears (7, 8) can be rotated to a limited extent with respect to its shaft (2) and can be rotated by springs (15) held in the central position of its limited range of rotation.

2. Coupling after Claim 1, characterized in that the at the beveled end faces of the Teeth formed edges (12, 13, 14) in the circumferential direction eccentric to the teeth (7 ', 8', 10) lie.

3. Coupling according to claim 2, characterized in that on the coupling teeth (7 ', 8') and on the feeler tooth (10) the two inclined end faces have different angles of inclination.

4. Coupling according to claim 2 or 3, characterized in that on the coupling teeth (7 ', 8') the edge (13 or 12) of the inclined end faces in the circumferential direction with respect to the respective tooth for the one ring gear (7) on the opposite side Place, on the feeler tooth (10) but in the same place as on the teeth of the other toothed ring (8) (Figs. 8 to 10).

5. Coupling according to one of claims 1 to 4, characterized in that the feeler tooth (10) has a Retraction device is provided.

6. Coupling according to claim 5, characterized in that that the retraction device consists of a flywheel (20) that the feeler tooth (10) the clutch pulls back when a specified speed is exceeded (F i G. 6). Considered publications: German Patent Specifications No. 883 679, 905 563, 1040 385; U.S. Patents Nos. 1036 560, 2014990, 2120 092, 2,633,955, 2,642,970.