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Selbsttätige Schaltkupplung für Getriebe, insbesondere für Flüssigkeitsgetriebe.
Es sind Flüssigkeitsgetriebe bekannt, bei denen voneinander verschiedene Übersetzungsstufen dadurch erzielt werden, dass einzelne Schaufelräder in mehreren Funktionen arbeiten können. Bei solchen
Getrieben muss häufig ein Schaufelrad, das seine Rolle vertauschen kann, einmal rückwärts gegen das feste Gehäuse abgestützt und einmal vorwärts an einem rotierenden Teil angekuppelt werden. Dieses Abstützen und Ankuppeln wird normal durch Freiläufe oder Gesperre vorgenommen, die im allgemeinen nach dem Rollen-oder Klinkenprinzip arbeiten, Sperrvorrichtungen, wie sie u. a. im Automobilbau schon seit längerer Zeit bekannt sind und verwendet werden.
Wird ein solches hydraulisches Getriebe mit derartigen Gesperren versehen, so ergibt sich, dass bei einer Rückwärtsdrehung der Abtriebswelle die Turbine sieh über das eine Gesperre gegen das verschieden zu schaltende Schaufelrad, im folgenden kurz mit "Umschaltrad" bezeichnet, und dieses wieder über das zweite Gesperre gegen das feste Gehäuse abstützt, eine Rückwärtsdrehung der Abtriebswelle also nicht möglich ist. Die Sperrvorriehtungen in einem solchen Flüssigkeitsgetriebe verhindern also automatisch jegliche Bewegung des Fahrzeuges nach rückwärts. Während diese Eigenschaft in einigen Fällen-z. B. im Strassenfahrzeug-und Hebezeugbau-Vorteile bietet, kann sie in andern Fällen - z.
B. bei mit solchen Flüssigkeitsgetrieben ausgerüsteten Sehienenfahrzeugen. Lokomotiven u. dgl.sehr störend wirken, u. zw. aus folgenden Gründen :
Fährt eine Lokomotive beim Rangieren gegen einen stillstehenden Zug, so wird durch den infolge des Zusammendrückens der Pufferfedern entstehenden Rückstoss die Lokomotive in entgegengesetzter Richtung fortgestossen. Ist nun die Lokomotive mit einem Flüssigkeitsgetriebe der vorbeschriebenen Art ausgerüstet, so besteht u. a. die Gefahr, dass durch diesen sehr harten Rückstoss die besprochenen Sperrvorrichtungen derartig überbeansprucht werden, dass sie brechen.
Zum Beheben dieses Übelstandes wird erfindungsgemäss ein Doppelgesperre verwendet, bei dem zwangsläufig immer nur ein Gesperre in Eingriffstellung sein kann, so dass beispielsweise beim Zurückgestossenwerden einer mit einem derartigen Flüssigkeitsgetriebe ausgerüsteten Lokomotive ein Abstützen über beide Gesperre und damit ein Brechen der übertragenden Teile unmöglich gemacht ist. Hier gibt es nun mehrere parallel laufende Unterlösungen.
Entweder können an dem mit dem Umschaltrad in Verbindung stehenden Sperrkörper zwei Ring- reihen von Sperrgliedern (Klinken, Rollen od. dgl. ) angeordnet sein. von denen die eine mit dem einen die andere mit dem andern Teilgesperre des Doppelgesperres zusammenarbeitet. Dann müssen die beiden Gesperregliederreihen miteinander in beweglicher, z. B. gelenkiger Verbindung stehen, derart. dass zwangsläufig die eine ausser Eingriff ist, wenn die andere in Sperrstellung steht.
Ausserdem muss eine Einrichtung geschaffen werden. welche selbsttätig beim Übergang von der einen zu der andern Sperrstellung ein vollständiges Eingreifen der Sperrglieder gewährleistet und Zwischenstellungen entweder gänzlich verhindert oder nur eine Zwischenstellung gestattet, bei welcher keine der beiden Sperrgliederreihen in Eingriff ist. Der ersten Bedingung kann durch ein Schnappwerk beliebiger Art, der zweiten durch eine Reibverbindung zwischen den umzuschaltenden Sperrgliedern und den beiden oder einer der beiden Kupplungshälften Rechnung getragen werden.
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Oder an dem Sperrkörper ist nur eine Ringreihe von Sperrgliedern angeordnet, von denen jedes
Glied mit jedem der beiden Teilgesperre in Eingriff treten kann. Ein gleichzeitiges Wirksamwerden beider Sperrstellungen ist dann von vornherein ausgeschlossen. Auch hier muss das Umschalten und das vollständige Ineingrifftreten durch eine besondere Einrichtung, vorzugsweise eine Reibverbindung, eingeleitet werden.
Schliesslich kann auch an Stelle einer oder mehrerer mit dem Sperrkörper gelenkig verbundener Ringreihen von Sperrgliedern ein einziges nach beiden Richtungen wirkendes Sperrglied vorgesehen werden. Dieses kann beispielsweise die Form eines kurzen Hohlzylinders haben, der auf dem mit dem wechselweise zu schaltenden Schaufelrad verbundenen Sperrkörper verschiebbar oder verdrehbar oder verschiebbar und verdrehbar angeordnet ist und in dessen beide Stirnseiten Zähne oder Klauen eingeschnitten sind, die beim Verstellen des Sperrgliedes mit entsprechenden Zähnen bzw. Klauen od. dgl. an jeder der beiden Doppelgesperrehälften in Eingriff treten.
Die Verwendung nur eines einzigen Sperrgliedes schaltet mehrere Quellen von Missständen aus, denn es können beispielsweise keine Gelenkbolzen brechen, auf denen die Einzelglieder der ersterwähnten Ausführungsarten schwenkbar befestigt sind,
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zu grossen Spiels solcher Gelenke ist demzufolge ausgeschlossen.
Bei einer solchen Anordnung handelt es sieh im engeren Sinne dann nicht mehr um ein Doppelgesperre, sondern um eine Doppelkupplung. Hierin liegt der weitere sehr wesentliche Vorteil, dass bei gleichem zu übertragendem Drehmoment die Übertragungselemente und damit das ganze Übertragungs- organ kleiner und leichter gehalten werden können. Dies ist deswegen möglich, weil bei Kupplungen die Einlaufwege, welche die Übertragungselemente bis zum vollständigen Erreichen der Kupplungsstellung zurückzulegen haben, in der Regel wesentlich kürzer sind als die Einlaufwege bzw. die Baulängen von Gesperregliedern, so dass die einzelnen Kupplungselemente enger aneinandergereiht und demzufolge eine grössere Anzahl auf den Umfang verteilt werden kann, als es bei den Gliedern eines Gesperres gleichen Umfangs möglieh ist.
Auch bei der Anwendung einer solchen Kupplung muss das Umschalten des Kupplungsgliedes von der einen in die andere Endstellung selbsttätig in dem Augenblick erfolgen, wenn entweder das mit dem Kupplungskörper in Verbindung stehende, wechselweise zu schaltende Schaufelrad sieh rückwärts zu drehen beginnt oder das Turbinenrad überholen will. Zu diesem Zweck ist das Kupplungsglied mit dem Kupplungskörper über ein Gewinde verschiebbar verbunden und steht mindestens an seiner Mittelstellung, d. h. in der Übergangsstellung, in welcher keine der beiden Kupplungen in Eingriff ist, in ela- stischer Reibverbindung mit jeder der beiden Hälften der Doppelkupplung.
Auf den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt, u. zw. zeigt : Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Doppelgesperre mit zwei Sperrgliederringreihen ; Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Doppelgesperre mit einer Ringreihe zweiseitig wirkender Sperrglieder ; Fig. 3 einen durch die Umschalteinrichtung geführten Längsschnitt zu Fig. 2 ; Fig. 4 einen Querschnitt durch ein Doppelrollengesperre ; Fig. 5 einen durch die Umschalteinrichtung geführten Längsschnitt zu Fig. 5 : Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine selbsttätige Doppelkupplung ; Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine selbsttätige Doppelkupplung anderer Ausführung ; Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer selbsttätigen Doppelkupplung und Fig. 9 einen Querschnitt längs der Linie A-B der Fig. 8.
Auf der Welle 1, die in dem vorliegenden Anwendungsbeispiel mit einem Turbinenrad in Verbindung stehen möge, ist ein Sperrzahnrad 2 starr befestigt. Ein zweiter, innen verzahnter Sperrkranz : J ist mit ortsfesten Teilen des Getriebes verbunden. Das Umsehaltrad, welches sich einerseits an das Turbinenrad anschliessen soll, sobald seine Drehzahl diejenige des Turbinenrades übersteigen will, anderseits dagegen fest abgestützt werden muss, wenn es bei Drehmomentwandlung sich nach rückwärts zu drehen anschich1 :, ist an den ringförmig ausgebildeten Sperrkörper 4 angeschlossen.
Dieser Sperrkörper trägt zwei Ringreihen Sperrglieder 5 und 6, welche hier als Klinken ausgebildet sind, von denen die Glieder 5 mit dem Sperrzahnkranz 2, die Glieder 6 mit dem Sperrzahnkranz. 3 in Eingriff treten können.
Um zu verhindern, dass beide Sperrgliederringreihen-es ist der Einfachheit halber von jeder Ringreihe nur ein Glied gezeichnet-gleichzeitig wirksam werden, ist je ein Glied 5 der inneren mit einem Glied 6 der äusseren Ringreihe durch ein Verbindungsstück 7 gekuppelt. Die Länge der Stücke 7 muss so bemessen sein, dass die zuletzt in Eingriff befindliche Ringreihe den ihr zugeordneten Zahnkranz vollständig freigegeben hat, bevor die andere Sperrgliederreihe beginnt, mit ihrem Zahnkranz in Eingriff zu treten.
Da das Umschalten der Sperrgliederreihen in dem Augenblick erfolgen muss, wenn die relative Bewegungsrichtung einerseits des Leitschaufelrades zum Turbinenrad, anderseits des Umsehaltrades zu ortsfesten Teilen des Getriebes sich umkehrt, ist das Einrücken bzw. Herausheben der beiden Sperrgliederreihen über eine Reibverbindung von der relativen Drehrichtung der zugeordneten Sperrzahnkränze abhängig gemacht. Zu diesem Zweck ist jede Sperrklinke 5 und 6 der beiden Klinkenringreihen mit einem Hebel 8 bzw. 9 starr verbunden.
Die freien Enden 10 der Hebel 8 arbeiten mit einem an dem Sperrzahnkranz 2 oder an andern mit dem Turbinenrad verbundenen Teilen angebrachten Reibring 11, die
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Enden 12 der Hebel 9 mit einem an ortsfesten Teilen des Getriebes oder seiner Umgebung befestigten
Reibring H zusammen.
Die Hebel S und 9 schliessen mit den zugehörigen Klinken einen solchen Winkel ein und ihre freien Enden sind so geformt, dass bei vollem Eingreifen beispielsweise der Klinkenreihe 5 nur die ihr zugeordneten Hebel 8 mit dem Ring 11 in Reibverbindung stehen, die Hebel 9 dagegen den
Ring j ! 3 nicht berühren und umgekehrt, so dass während des Betriebes nur diejenigen Reibhebel ein- gerückt werden, welche gegenüber ihrem Reibring keine relative Bewegung ausführen, also während des
Dauerzustandes keiner Abnutzung unterworfen sind.
In der in Fig. 1 gezeichneten Stellung läuft der Sperrkörper 4 und mit ihm beide Klinkenreihen in gleichem Drehsinn und mit gleicher Drehzahl wie der Sperrzahnkranz 2 und die Welle 1, also in
Richtung des eingezeichneten Pfeiles. Der selbsttätige Umschaltvorgang wird dadurch eingeleitet, dass der mit dem Sperrkörper 4 verbundene Getriebeteil und somit der Sperrkörper selbst langsamer zu laufen beginnt als der Zahnkranz 2 und der Reibring 11. Dabei bleibt das Ende 10 des Reibhebels 8 zunächst noch mit dem Reibring 11 in Verbindung und wälzt sich demzufolge auf ihm ab. Dadurch wird die
Klinke 5 ausser Eingriff mit dem SpelTzahnrad 2 und gleichzeitig über das Verbindungsstück y das Ende 12 des Reibhebels 9 mit dem Reibring 13 in Verbindung gebracht.
Da sich der Sperrkörper 4 in diesem
Stadium des Umsehaltvorgangs in bezug auf den stillstehenden Reibring 13 im Uhrzeigersinn dreht, ausserdem die Enden 10 und 12 beider Hebelringreihen 8 und 9 auf den Reibringen 11 und 1. 3 schleifen, werden beide Klinkenreihen 5 und 6 daran gehindert, mit den ihnen zugeordneten Zahnkränzen in Eingriff zu treten.
Sobald aber beispielsweise der Sperrkörper 4 stehenbleibt und anfängt, sich in entgegengesetzter Richtung wie bisher zu drehen, also seine relative Bewegungsrichtung gegenüber dem Sperrzahnkranz 3 und dem Reibring 1. 3 sich umkehrt, werden die Reibhebel 9 und mit ihm die Klinken 6 im Uhrzeigersinn um ihren gemeinsamen Drehpunkt 15 in die Endstellung, d. i. in die Eingriffsstellung der Klinken 6, geschwenkt. Dadurch werden aber auch die Klinken 5 und die mit ihnen starr verbundenen Hebel 8 in ihre andere Endstellung um die Drehpunkte 14 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn geschwenkt, so dass die Reibflächen der Hebelenden 10 ausser Berührung mit dem Reibring 11 kommen.
Sowie der Sperrkörper 4 beginnt, sich wieder im Uhrzeigersinn zu drehen, wälzt sich die Reibfläche des Hebelendes 12 auf dem stillstehenden Reibring 1. 3 ab, worauf sich über die eingriffslose Zwischenstellung der Klinkenringreihen 5 und 6 der ebenbesehriebene Vorgang in umgekehrter Richtung wiederholt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 ist an Stelle der beiden Klinkenreihen 5 und 6 (Fig. 1) eine einzige Klinkenreihe vorgesehen. Jede Klinke 16 dieser Ringreihe ist mit zwei Sperrhaken 17 und 18 versehen. Dem Sperrhaken 17 liegt wieder der mit der Welle 1 verbundene Sperrzahnkranz 2, dem Sperrhaken 18 der an ortsfesten Teilen des Getriebes oder seiner Umgebung angebrachte Sperrzahnkranz 3 gegenüber. Die zum Herbeiführen des selbsttätigen Umschaltvorganges erforderliche Einrichtung wird hier durch zwei in beide Seitenflächen des Sperrzahnkranzes 2 teilweise eingelassene ge-
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Dreht sieh der Sperrkörper 4 langsamer im Uhrzeigersinn als der Sperrzahnkranz 2, so werden infolge der Reibung zwischen den Ringen 19, 20 einerseits und den Hebeln 21, 22 anderseits diese Hebel nach rechts mitgenommen und die Klinke 16 nach aussen bewegt, so dass die Sperrhaken 18 mit dem Zahnkranz. 3 in Eingriff zu treten bestrebt sind. Hieran werden sie jedoch gehindert, solange der Sperrkörper 4 sich noch im Uhrzeigersinn dreht. Erst wenn der Sperrkörper ruht bzw. beginnt, sich rückwärts zu drehen, kommt das Eingreifen zustande.
Die Einrichtung nach Fig. 2 und 3 ermöglicht also keine Zwischenstellung, in der weder die inneren 17 noch die äusseren Sperrhaken 18 in Eingriff sind. Sie eignet sich deshalb besonders für Fälle, wo der Drehzahlenunterschied zwischen den Zahnkränze 2 und 3 relativ gering ist oder aber der Sperrkörper aus andern Ursachen beim Umschalten nur kurze Zeit im Übergangsstadium bleibt, d. h. rasch von der Drehzahl des Zahnkranzes 2 auf die des Zahnkranzes 3 herabsinkt oder umgekehrt rasch von einer niedrigen auf eine höhere Drehzahl ansteigt. Vorteilhaft gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 ist, dass an die Stelle von je vier Gelenken nur ein einziges Gelenk 2. 3 tritt.
Es ist selbstverständlich auch ohne weiteres möglich, eine Doppelklinkenreihe nach Fig. 2 so zu steuern, dass das Umschalten über eine Mittelstellung erfolgt, bei der weder die Sperrhaken 17 noch
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Nur tritt dann an die Stelle der Klinke 5 (oder 6) die Doppelklinke 16, während die neue überflüssige Klinke 6 (bzw. 5) lediglich als Gelenkhebel zum Anbringen des Verbindungsstückes 7 ausgebildet wird.
Bei dem Doppelgesperre nach Fig. 4 und 5 sind statt Klinken Rollen 24, 25 als Sperrglieder verwendet, die in entsprechenden Aussparungen des Sperrkörpers 4 untergebracht sind. Die Bodenflächen 26 und 27 der Aussparungen sind in bekannter Weise so abgeschrägt, dass die Rollen 24 bei ihrer relativen Bewegung entgegen dem Uhrzeigersinn zwischen der Bodenfläche 26 und dem mit der Welle 1 verbundenen Sperring (Klemmring) 28 festgeklemmt werden. Entsprechend klemmen die Rollen 25 bei ihrer relativen Bewegung im Uhrzeigersinn gegenüber dem Sperrkörper 4 zwischen der Bodenfläche 27 und dem mit ortsfesten Teilen des Getriebes verbundenen Sperring 29.
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Zum Einleiten des selbsttätigen Umsehaltvorgangs dienen zwei Reibringe 30, 31. die mit dem Sperring. *M umlaufen und durch Federn 32, 33 od. dgl. an die Stirnflächen der Rollen 24 angedrückt werden.
Sobald der an den Sperrkörper 4 angeschlossene Getriebeteil den mit der Welle 1 verbundenen
Sperring 28 überholen will, halten die nun langsamer als der Sperrkörper 4 im Uhrzeigersinn mit dem
Sperring 28 umlaufenden Reibringe 30, 31 die Rollenringreihe 24 zurück, so dass die Rollen 24 in Sperr- stellung gezogen werden und damit den Sperrkörper 4 über den Sperring 28 an die Welle 1 ankuppeln.
Läuft der Sperrkörper langsamer im Uhrzeigersinn als die Reibringe 30, 31, so wird die Rollenringreihe 24 und über die Verbindungsstücke 34, 35 auch die Rollen 25 relativ zum Sperrkörper 4 im Uhrzeigersinn verschoben. Solange der Sperrkörper gegenüber dem Sperring 29 im Uhrzeigersinn voreilt, verhindert der sich relativ zu den Rollen 25 entgegen dem Uhrzeigersinn sich bewegende Sperring 29 das Festklemmen der Rollen 25.
Erst wenn sich der Sperrkörper 4 in bezug auf den Sperring 29 entgegen dem Uhrzeiger- sinn zu drehen beginnt, wird der Sperrkörper und somit der an ihn angeschlossene Getriebeteil an den
Sperring angekuppelt.
Die Wirkungsweise ist also ähnlich wie die der Vorrichtung nach Fig. 2 und 3, d. h. eine Zwischen- stellung, bei welcher beide Rollenringreihen 24 und 25 die ihnen zugeordneten Sperringe 28 und 29 gleich- zeitig nicht berühren, ist nicht vorgesehen. Um eine solche Zwischenstellung zu erreichen, kann beispiels- weise ein zweites federndes Reibringpaar an dem äusseren Sperring 29 angeordnet werden, das ebenso wie das Paar 30, 31 (Fig. 5) auf den den kegelstumpfartig ausgebildeten Stirnflächen der Sperrollen 25 zugekehrten Seiten abgeschrägt ist, so dass der Federdruck die Rollen von der Klemmfläche des Ringes 29 fernzuhalten bestrebt ist.
Damit während des Dauerzustandes, bei welchem entweder die Rollen 24 oder die Rollen 2 : ; sperren, die jeweils nicht wirksame Rollenreihe nicht nur von der Klemmfläche des ihr zugeordneten
Sperringes sondern auch von dem zugehörigen Reibringpaar aufgehoben wird, können z. B. die gegebenenfalls geschweiften Verbindungsstücke 34, 35 zwischen Stiften 36 und 37 od. dgl. geführt werden.
In manchen Fällen kann es zweckmässig erscheinen, die Sperrglieder jeder Ringreihe in eine der- artige Abhängigkeit voneinander zu bringen, dass sämtliche Glieder einer Reihe im gleichen Sinne gesteuert werden. Dies kann beispielsweise für die Ausführungsform nach Fig. 1 durch zwei zu den Sperrkränzen 2 und 3 konzentrisch angeordnete Ringe erreicht werden, von denen der kleinere über Stifte und Schlitze mit den Reibhebeln 8, der grössere in gleicher Weise mit den Reibhebeln 9 verbunden ist.
Es ist jedoch auch möglich, nur bei einer der beiden Sperrgliederreihen die Glieder in eine derartige Abhängigkeit voneinander zu bringen oder aber beide Sperrgliederreihen durch einen gemeinsamen Ring zu steuern. In diesem letzten Fall kann auch die Funktion der Verbindungsstücke 7, die dadurch entbehrlich werden, von dem Ring mit übernommen werden, in dem die Bolzen 62,63 (Fig. 1) in entsprechend angeordneten Schlitzen des Ringes geführt werden.
Bei der Verwendung von Sperrollen nach Fig. 4 und 5 kann ebenfalls je ein Ring für jede der beiden Rollenringreihen 24 und 25 vorgesehen werden, oder es werden die Rollen nur einer der beiden Rollenringreihen in abhängige Verbindung voneinander gebracht. Auch hier ist es möglich, die Glieder beider Reihen 24 und 25 auf jeder Stirnseite der Rollen durch je einen einzigen Ring in Abhängigkeit voneinander zu steuern.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 ist auch nur ein einziger Ring erforderlich, der über Stifte, die in radiale Schlitze in den Reibhebeln 22 eingreifen, diese und damit die Doppelklinken 16 im gleichen Sinne steuert.
Während bei den drei bisher beschriebenen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes die Sperrglieder in radialer Richtung in oder ausser Eingriff gebracht werden, sind in der Fig. 6 und 7 zwei Anordnungen dargestellt, bei denen durch axiales Verschieben eines muffenartigen Sperrgliedes 38 bzw. 61. das an beiden Stirnflächen Zähne oder Klauen 39, 40 trägt, der mit dem Sperrkörper 41 verbundene Getriebeteil entweder mit der Welle 1 über den Zahn-oder Klauenkranz 42 gekuppelt oder gegen ortsfeste Teile des Getriebes über die Zähne oder Klauen 43 abgestützt wird.
Auch die zum Herbeiführen des Umschaltvorganges erforderliche Reibverbindung wirkt in axialer Richtung und wird gebildet aus zwei gefederten Reibringen 44 und 45, die mit dem Sperrglied 38 (Fig. 6) umlaufen und mit Reibbelägen 46,47 versehen sein können, und zwei Reibgegenringen 48, 49, von denen der eine 48 mit der Welle 1 starr verbunden ist, während der andere 49 an ortsfesten Teilen der Getriebeumgebung befestigt ist. Die Reibringe 44, 45 sind durch Bolzen 50, 51, die zweckmässigerweise als Führungen für die Federn 52, 53 verwendet werden, derart mit dem Sperrglied 38 verbunden. dass die Reibverbindung 44, 48 gelöst wird, kurz bevor die Sperrzähne 40, 43 in Eingriff zu treten beginnen und umgekehrt.
Der Hub der Federbolzen kann jedoch auch so bemessen werden, dass beide Reibverbindungen wirksam bleiben, bis die eine der beiden Kupplungen 39, 42 oder 40, 43 zu greifen beginnt. Dies hat den Vorteil, dass entweder die die Reibringe andrückende Federn schwächer gehalten werden können, da beide Federgruppen bis zum Eingreifen der Zähne wirksam bleiben, oder das zum Verschieben des Sperrgliedes 38 zwischen ihm und dem Sperrkörper 54 angebrachte Gewinde steiler gehalten und dadurch ein rascheres Einrücken der Kupplungen erreicht werden kann, d. h. der Schalt-
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weg verkürzt wird. Auch bei dieser Anordnung ist das Ein-und Ausrücken der beiden Kupplungen 39, 42 bzw. 40, 43 von der relativen Drehrichtung der den Sperrzahnkränzen zugeordneten Getriebeteile ab- hängig.
Dreht sich der mit dem Sperrkörper 41 verbundene Getriebeteil beispielsweise mit einer Dreh- zahl, die zwischen der Drehzahl der Welle 1 und der von Teil 49, der beispielsweise ein Teil des festen
Gehäuses ist, also die Drehzahl 0 haben kann, liegt, so wird das Sperrglied dz in seiner eingriffslosen
Mittelstellung gehalten, denn die Reibverbindungen 44, 48 und 45,49 sind beide im entgegengesetzten
Sinn wirksam, d. h. sie suchen das Sperrglied 38 im entgegengesetzten Sinn zu drehen. Die Kraft- wirkungen der beiden Reibverbindungen heben sieh, falls die Reibungsbeiwerte beider Verbindungen gleich sind, vollkommen auf, so dass das Sperrglied in seiner Mittelstellung verharrt.
Sollten die Reibungsbeiwerte der beiden Reibverbindungen nicht vollkommen gleich sein, so wird schon durch ganz geringe Verschiebung des Sperrkörpers 35 aus seiner Mittellage und dadurch hervor- gerufene verschiedene Spannungen der Federn 52 und 53 Gleichheit der Reibkräfte an beiden Reibver- bindungen erzielt.
Beginnt jedoch der mit dem Sperrkörper 41 verbundene Getriebeteil, die Welle 1 zu überholen, so wird, da nun beide Reibverbindungen 44, 48 und 45, 49 das Sperrglied entgegen der Überholrichtung. also im gleichen Sinne, zurückzuhalten suchen, dieses durch das mit entsprechendem Windungssinn ausgestattete Gewinde 54 (hier Linksgewinde) nach rechts auf dem Klauenring 42 zu bewegt, so dass die
Klauen 39 und 42 ineinandergeschoben werden und sich aneinanderlegen, so dass der mit dem Sperrkörper verbundene Getriebeteil sein Drehmoment an die Welle 1 abgeben muss. Dreht sich dieser Getriebeteil relativ rückwärts, so wiederholt sich der Vorgang im umgekehrten Sinn. d. h. der Sperrkörper wandert in die Mittelstellung zurück.
Versucht jetzt der Sperrkörper 41 unter dem Einfluss des an ihn angeschlossenen Getriebeteils, sich im entgegengesetzten Sinn sowohl der Welle 1 als auch des mit dem Ring 49 verbundenen Getriebeteils zu drehen, also relativ rückwärts zu laufen, so wird der Sperrkörper ebenfalls, allerdings im umgekehrten Drehsinn wie vorher, am Teilnehmen an dieser Rückwärtsdrehung verhindert, wodurch infolge des Gewindes 54 das Sperrglied 38 nach links auf den Sperring 43 zu bewegt wird, bis die Zahnoder Klauenringe 40, z vollständig miteinander in Eingriff stehen.
Werden die Kupplungselemente 39, 49, 42. 43 als Klauen ausgebildet, so ist es vorteilhaft, ihre Stirnfläche, d. i. diejenige Fläche jeder Klaue, die im ausgerückten Zustand der Kupplungen dem gegen- überliegenden Klauenring zugewandt ist, im Sinne der Steigung des Gewindes 54 oder noch etwas steiler abzuschrägen. Die Klauenstirnflächen bilden dann also Flankenabsehnitte eines mehrgängigen Gewindes, dessen Steigung gleich oder grösser als die des Schaltgewindes 54 ist. Dadurch wird verhindert, dass sich Klaue auf Klaue festklemmt, wenn beim Einrücken der Klauenringe nicht genau jeder Klaue eine Lücke entgegensteht.
Um zu verhindern, dass im eingerückten Zustand das Sperrglied 3S über die Klauenringe 42 oder 43 infolge des durch das Gewinde 54 übertragenen Druckes ein schädlicher axialer Schub auf die Welle 1 bzw. den mit dem Ring 49 verbundenen Getriebeteil ausgeübt wird, ist der Hub des Sperrgliedes 38 durch Anschläge 64 und 65, die auf dem das treibende Gewinde tragenden Sperrkörper 41 angebracht sind, begrenzt. Dadurch ist der Kraftfluss zwischen Sperrkörper und Sperrglied kurzgeschlossen.
Die Anordnung nach Fig. 7 unterscheidet sich von der nach Fig. 6 lediglich dadurch, dass die Reibringe 55,56 nicht wie die Reibringe 44, 45 (Fig. 6) mit dem Sperrglied umlaufen, sondern mit den Sperrkränzen 42 und 43 verbunden sind. Die Federbolzen 57, 58 (Fig. 7) sind dementsprechend nicht im Sperrglied, sondern in Verbreiterungen der die SpelTkränze 42, 43 tragenden Ringe 59, 60 geführt.
Um die Reibung zu erhöhen, können auch, wie es beispielsweise in Fig. 7 dargestellt ist, die Reibflächen der Ringe 55 und 56 und demzufolge auch die Gegenreibflächen in dem Sperrglied 61 als Kegel- mantelflächen ausgebildet werden. Das gleiche gilt natürlich auch für die Anordnung nach Fig. 6.
Für die Kraft-und Reibungsverhältnisse gelten folgende Beziehungen :
Bedeutet P die Kraft, mit welcher die Federn die Reibringe an die Gegenfläche andrücken, R den mittleren Radius der Reibringe und ; j. die Reibungszahl zwischen Reibring und Gegenfläehe, so wird mf das Sperrglied 38 ein Moment
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ausgeübt.
Bedeutet weiterhin 7'den mittleren Gewindehalbmesser, fX dt'n Steigungswinkel und p den Reibungwinkel des Gewindes, so erzeugt das Drehmoment Ma an dem Sperrglied eine axiale Kraft Q, die gegeben st durch
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Aus 1 und 2 ergibt sieh
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Bedingung dafür, dass sich das Sperrglied in der oben beschriebenen Weise selbsttätig in beiden Richtungen ankuppeln kann, ist : Q > P, daraus folgt nach Gleichung 1, dass die Bedingung
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erfüllt sein muss.
Werden kegelförmige Reibflächen nach Fig. 7 verwendet, so gilt entsprechend :
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An Stelle der beiden Reibverbindungen zum Einleiten bzw. Durchführen des Anschaltvorganges-
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in der Sperriehtung um einen der Klauenteilung entsprechenden Betrag federnd angeordnet sein müssen.
Bei einer solchen Anordnung muss jedoch vor dem Einrücken der Kupplung das nicht zugeordnete Hilfsgesperre bzw. deren eventuell als Blattfedern ausgebildeten Sperrglieder abgehoben werden.
Bei den Ausführungsformen gemäss den Fig. 6 und 7 ist nach den oben angegebenen Beziehungen die Wahl der Gewindesteigung von der Grösse des Reibungswerte abhängig, was sich auf die Grösse des Schaltwinkels, die Flächenpressungen im Ansehlag und die baulichen Abmessungen sehr unangenehm auswirkt. Dem kann gemäss der Erfindung dadurch abgeholfen werden, dass die Reibverbindung zwischen dem Kupplungsglied und den anzukuppelnde Getriebeteilen so angeordnet wird, dass sie senkrecht zur Richtung der Schaltbewegung angreift. Ist P die Anpresskraft, unter der die Reibverbindung steht, so wird durch sie auf das Kupplungsglied ein Moment ausgeübt.
3 = P. ; i. R..... 1)
Dieses Drehmoment erzeugt durch das Gewinde an dem Sperrglied eine axiale Kraft Q, die man erhalten kann aus der Gleichung
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Bedingung für selbsttätiges Einkuppeln nach beiden Richtungen ist, dass die Muffenkraft Q grösser ist als der Reibungswiderstand in axialer Richtung, also Q > Ptl.
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sein muss.
Hieraus ist sofort ersichtlich, dass man bei einer solchen Anordnung bei der Wahl der Gewindesteigung von der Grösse des Reibungsbeiwertes nicht mehr abhängig ist. Natürlich muss für den Schaltvorgang eine, wenn auch kleine Reibungskraft vorhanden sein. Eine solche Kupplung ist deshalb auch dadurch vorteilhaft, dass sie kleiner, leichter, einfacher und betriebssicherer ist und schneller schaltet.
Dabei muss die Federkraft, die die Reibringe anpresst, mindestens so gross sein, dass auch bei kleiner Drehzahl ein sicheres Schalten gewährleistet ist.
Fig. 8 zeigt beispielsweise eine Ausführungsform einer solchen Doppelkupplung und Fig. 9 einen Schnitt in Richtung A-B der Fig. 8. Auf dem Sperr- oder Kupplungskörper 41 ist über ein Gewinde 54 eine Klauenmuffe 66 verschiebbar angeordnet, die auf ihren Seitenflächen wieder mit Klauen 39 und 4 (). versehen ist, von denen die Klauen 39 mit den Klauen 42 des auf der Welle 1 befestigten Klauenringes 48 und die Klauen 40 mit den am Gehäuse 49 angebrachten Klauen 43 in Eingriff treten können.
In einer Aussparung des Kupplungsgliedes 66 ist nun ein geteilter Ring 67 angebracht, der durch Federn 70 (Fig. 2) nach aussen gedrückt wird und durch Stifte 68 gegen Verdrehung auf dem Kupplungsglied gesichert ist. Dieser Ring, der mit Reibbelagen 69 versehen sein kann, wird nun gegen die Innen- fläche zweier Trommeln 71 und 72 gedrückt, die an dem festen Gehäuse 49 und an dem auf der Welle 1 befestigten Klauenring 48 angeordnet sind. Im vorliegenden Beispiel wirkt dieser Reibring also radial und damit senkrecht zur axialen Schaltbewegung des Kupplungsgliedes.
Dreht sich nun die Welle 1 und mit ihr Klauenring 48 in Pfeilrichtung mit der Drehzahl n1 und versucht der Kupplungskörper 41, die Welle 1 zu überholen, so wird er, solange seine Drehzahl kleiner als 111 ist, in der Mittelstellung gehalten, da. die Reibwirkungen der relativ rückwärts drehenden Festtrommel 72 und der vorwärts drehenden
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wenn die Kupplungsmuffe das Turbinenrad bzw. die Welle 1 überholt, addieren sich die Reibungskräfte, die Klauen 39 kommen mit den Klauen 42. in Eingriff und der Reibring verlässt die Trommel 72 und wird in die an. der Turbine befestigte Trommel 71 hineingezogen.
Derselbe Vorgang wiederholt sich in umgekehrter Weise bei Verzögerung und anschliessender relativer Rückwärtsdrehung des Umschalt- rades. Bei der angegebenen Drehrichtung muss das Schaltgewinde linksgängig sein. Da nun die Klauenmuffe bei der früheren Ausführung mit axialer Anordnung der Reibbelage vom Augenblick des Auskuppelns bis zur Mittelstellung relativ zu dem Körper, an den sie vorher gekuppelt war, in Ruhe ist und in der Mittelstellung durch das gegenseitige Aufheben der Reibwirkung die Drehzahl des Umsehalt- rades haben muss, kann es vorkommen, dass die Reibbelag der Hilfsgesperre bei zu rascher Beschleunigung oder Verzögerung die Muffe, die dabei durch die Federkraft eine Zusatzbesehleunigung erfährt, an die gegenseitigen Klauen werfen.
Dabei ist es möglich, dass, da noch kein Synchronismus herrscht, die Klauen beschädigt werden.
Bei der Ausführung nach Fig. 8 und 9 fallen dagegen nicht nur die axialen Federkräfte hinweg, sondern die Muffe hat noch beim Ausrücken die axiale Reibung in der Trommel Pp.. zu überwinden.
Zudem können die Trommeln an ihren Enden 73 und 74 schwach konisch ausgebildet, abgerundet oder beides zugleich sein, so dass die Muffe eine Rast findet und über die Mittelstellung erst hinauswandern kann, wenn die Reibwirkungen beider Trommeln sich addieren. Da der Umsehaltvorgang bei den verschiedensten Drehzahlen vor sich gehen kann und die Anpresskräfte durch die Zentrifugalkräfte in weiten Grenzen schwanken, empfiehlt es sich, die Reibringe in Leichtmetall auszuführen.
Natürlich ist die Anwendung einer solchen Doppelkupplung nicht auf Flüssigkeitsgetriebe beschränkt, sondern sie kann überall Anwendung finden, wo ein Getriebeteil abwechslungsweise an einen rotierenden und einen langsamer laufenden, feststehenden oder rückwärts drehenden Getriebeteil angekuppelt werden soll. Ebenso kann diese Ausführung mit nur einer Klauenkupplung jederzeit als Freilauf Verwendung finden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Selbsttätige Sehaltkupplung für Getriebe, insbesondere Flüssigkeitsgetriebe, bei denen ein Getriebeteil (Leitschaufelrad) entweder mit dem Antriebsteil (Turbine) oder mit einem dritten Getriebeteil (festes Gehäuse) gekuppelt wird, bestehend aus zwei zu einem Doppelgesperre vereinigten Gesperren oder Kupplungen, dadurch gekennzeichnet, dass ein gleichzeitiges Sperren beider Kupplungen des Doppelgesperres beim Rückwärtsdrehen des Abtriebsteiles dadurch verhindert wird, dass das eine Gesperre zwangsläufig ausser Eingriff gehalten wird, wenn das andere in Eingriffsstellung steht.