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Rotierende Klauenkupplung
Die Erfindung betrifft zur Übertragung von Drehmomenten bestimmte selbsttätige Klauenkupplungen der sogenannten Synchronbauart, bei der Sätze von zusammenarbeitenden Klauenzähnen je auf einem Kupplungsglied und auf einem Zwischenglied vorgesehen sind, die bei synchroner Drehzahl dieser Teile dadurch in oder ausser Eingriff geraten, dass das Zwischenglied sich auf einem zweiten Glied schraubenlinienförmig bewegt, was beispielsweise durch eine schraubenförmige Nutung erreicht wird.
Bei Kupplungen dieser Art werden zur Einleitung des Kupplungseingriffes meist Klinkenräder verwendet, die vom Zwischenglied oder vorn ersten Glied (welches z. B. der treibende Teil der Kupplung sei) getragen werden und so angeordnet sind, dass bei ausgerückter Kupplung die Nasen der Klinken mit merklicher Radialbewegung über oder unter den Zähnen oder sonstigen Vorsprüngen des andern der genannten Glieder rattern, sobald eine Relativdrehung in entsprechender Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Glied auftritt, wogegen, falls eine Relativdrehung im andern Sinne zwischen dem ersten und dem zweiten Glied eintritt, eine Klinke des einen Gliedes von einem am andern Kupplungsteil vorgesehenen Vorsprung gefangen wird,
wodurch das Zwischenglied mit Bezug auf das zweite Glied gedreht und dadurch axial längs der schraubenförmigen Nutung dieses zweiten Gliedes bewegt wird, um so den ein- wandfreien Eingriff der Klauen bzw. Zähne des ersten Gliedes und des Zwischengliedes zugewährleisten, was bei gleichen Drehzahlen der Klauen und Zähne der Fall ist.
Dieser Mechanismus arbeitet in der Praxis gut, ausgenommen dann, wenn der die Klinken tragende Teil mit sehr hoher Winkelgeschwindigkeit umläuft, in welchem Falle sich die Klinken zufolge starker, auf sie wirkender Fliehkräfte nicht mehr frei um ihre Drehzapfen bewegen können. Wegen der auftretenden Abnützung ist es nicht erwünscht, dass die Klinken über eine grössere Zeitspanne bei mittleren oder hohen Geschwindigkeiten rattern, und demgemäss ist es wünschenswert, Hilfseinrichtungen vorzusehen, welche die Klinken aus jenen Stellungen herausbewegen, in denen sie mit den zugeordneten Zähnen ratternd zusammenarbeiten, wenn die Betriebsbedingungen der Kupplung solche sind, dass diese Art der Zusammenarbeit über einen grossen Zeitraum währt.
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schlagen worden, beispielsweise Reibungsbeläge,
doch wirken solche Behelfe etwas unverlässlich und werden nicht gerne angewendet, wenn über lange Arbsitsperioden unter hohen Winkelgeschwindigkeiten vor sich gehende Relativdrehungen sowie grosse Beschleunigungen im Augenblick des Beginns des Kupplungseingriffs auftreten können.
Die Erfindung bezweckt, die genannten, im Zusammenhange mit dem Kuppeln auftretenden Schwierigkeiten zu beheben und zwar bei einer rotierenden Klauenkupplung mit einem ersten, KupplungsKlauen aufweisenden rotierenden Kupplungsteil und einem gleichachsig dazu angeordneten zweiten rotierenden Kupplungsteil, sowie einem auf letzterem nach einer Schraubenlinie beweglichen, ebenfalls Kupplungklauen tragenden Zwischenglied, wobei die Kupplungsklauen des ersten Kupplungsteiles und des Zwischengliedes je nach der Relativlage, welche das letztere auf dem zweiten Kupplungsteil einnimmt, in oder ausser Eingriff stehen.
Bei einer solchen Kupplung besteht die Erfindung darin, dass entweder auf dem ersten Kupplungsteil oder auf dem Zwischenglied eine Magneteinrichtung, bestehend aus wenigstens einem permanenten oder elektrisch erregbaren Magneten angeordnet ist, die in wirkendem bzw. erregtem
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Zustand auf das Zwischenglied bzw. den Kupplungsteil eine Zugkraft ausübt, welche die beiden genannten Teile im Sinne einer gegenseitigen Annäherung zu verstellen trachtet.
Die Magneteinrichtung kann ein vollständiger Magnetring sein oder es kann eine grössere Zahl von ringförmig angeordneten Magneten zusammenwirken.
In einer solchen Anordnung ist die Kraft, welche die Kupplungszähne zufolge der zwischen dem Magnetsystem und dem Anker in axialer Richtung der Kupplung bestehenden magnetischen Anziehung in Eingriff zu bringen trachtet, wirkungsmässig umso niedriger, je grösser die relative Winkelgeschwindigkeit ist, weil eine tangentiale, durch Wirbelstromeffekte hervorgerufene Hemmkraft entsteht, sofern zwischen den Magpeten und dem Anker eine Relativdrehung besteht. Diese Hemmkraft wirkt jener Axialkraft entgegen, welche die Kupplungszähne in Eingriff zu bringen trachtet. Diese Hemmkraft kann durch Vorsehung eines Wirbelstromringes noch verstärkt werden.
Da diese tangentiale Hemmkraft eine Folge der Relativdrehung ist, entfällt sie, wenn die Relativdrehung aufhört, d. h. wenn Synchronlauf erreicht ist ; die magnetische Kraft, welche die Eingriffsbewegung der Klauensätze einleitet, ist alsdann von einer Hemmkraft unbeeinflusst. Diese magnetische Kraft kann auch so eingestellt werden, dass die Klauensätze, bevor noch Synchronlauf hergestellt ist, in einen sanften Kontakt geraten, der so lange währt, bis die Relativdrehung der Klauensätze ungefähr den Nullwert erreicht hat und bevor sich die Relativdrehung umkehrt.
In. diesem Nullwertzeitpunkt ist das Kupplungszwischenglied zur Durchführung der Axialbewegung frei, der
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schengliedes geraten ; die genannte Umkehrung der Relativdrehung verursacht sodann-eine schraubenförmige Bewegung des Zwischengliedes auf dem zweiten Kupplungsglied, auf welche Weise die Zähne des Zwischengliedes in vollen Eingriff mit den Kupplungsklauen des ersten Kupplungsgliedes gebracht werden.
Weitere Merkmale der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Kupplung mit ringförmigem Anker und Wirbelsiromring ; Fig. 2 eine Ansicht in Richtung A der Fig. l, Fig. 3 eine Kupplung mit einem genuteten Anker und Wirbelstromring und Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles B der Fig. 3 ; Fig. 5 zeigt eine Kupplung, in
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trägt ferner einen Ring 4, an welchem längs eines Kreises Magnete 5 befestigt sind ; die Pole benachbarter Magnete berühren sich, wie Fig. 2 zeigt. Der zweite Kupplungsteil wird von einer Welle 6 gebildet, deren Ende im Ende der Welle 2 gelagert ist.
Das Wellenende 6 trägt eine schraubenförmige Nutung 7, die mit einer Innennutung eines Zwischengliedes 8 in Eingriff steht, welches sich dadurch schraubenförmig zwischen axialen Anschlägen 9 und 10 auf der Welle 6 bewegen kann. Das Zwischenglied 8 bildet einen Aussenring von Kupplungsklauen 11, die mit den Kupplungsklauen 3 in oder ausser Eingriff geraten können, je nachdem, in welcher Richtung sich das Zwischenglied 8 schraubenförmig relativ zur Welle 6 bewegt. Im oberen Teil der Fig. 1 sind die Zähne 3 und 11 vollständig ausser Eingriff dargestellt und das Zwischenglied 8 berührt den Anschlag 9. Der untere Teil der Figur zeigt die Kupplungsklauen in vollem Eingriff und das Zwischenglied 8 im Kontakt mit dem Anschlag 10. Das Zwischenglied 8 trägt einen ringförmigen Anker 12, in welchem ein Kupferring 13 eingesetzt ist.
Im entkuppelten Zustand der Kupplung fällt die Mittelebene des Kupferringes 13 praktisch mit der Mittelebene der Magneten 5 zusammen, wie dies aus dem oberen Teil der Fig. 1 ersichtlich ist.
Die Wirkungsweise ist folgende : es sei angenommen, dass sich die Kupplung in der entkuppelten. Stellung befinde und dass die Welle 2 der getriebene Kupplungsteil sei, der vorerst, bei Betrachtung der Fig. 1 von links, in einer dem Uhrzeiger entgegengesetzten Richtung rotiere (z. B. unter dem Einfluss einer Schwungkraft) und dass die Welle 6 in Ruhe sei. Die Wells 6 sei mit einer Antriebsmaschine gekuppelt und werde dann veranlasst, im gleichen Drehsinne wie die Welle 2 zu rotieren, z. B. indem die Antriebsmaschine anläuft ; ihre Geschwindigkeit nehme zu, bis sie synchron mit der Welle 2 umläuft undtrachtet, dieser vorzueilen, d. h. sie zu "überlaufen"..
Die Magnete 5 üben über den Anker 12 auf das Zwischenglied 8 eine axiale Zugkraft aus, die in Fig. l, obere Hälfte, nach links gerichtet ist und versucht, das Zwischenglied 8 gegen das Kupplungsglied 1 zu ziehen ; sofern die Welle 2 sich etwas schneller als die Welle 6 dreht, werden sich die Zähne 11 in gleitendem Kontakt mit den Zähnen 3 befinden. Es stellen somit die Magnete ein Mittel dar, um die beiden Klauenkränze einander zu nähern und dadurch den Eingriff der Klauen einzuleiten.
Der vollständige Eingriff erfolgt ebenfalls unter der Wirkung der Magnete, sobald beide Kränze gleiche Umfangsgeschwindigkeit haben, d. h. der Kupplungsvorgang erfolgt selbsttätig, sobald Gleichlauf zwischen
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beiden Kränzen erreicht ist ; man spricht daher, wie eingangs erwähnt, von einer selbsttätigen Kupplung der Synchronbauart.
Im Gegensatz zu bekannten Kupplungen, bei denen ein (Elektro-) Magnet dazu verwendet wird, zwei drehungsübertragende Teile reibungsschlüssig gegeneinander zu pressen und mithin an der Übertragung des Drehmomentes direkt beteiligt ist, wirken im vorliegenden Falle die Magnete nur als Mittel, welche die relative Kupplungsbewegung zweier Klauenkränze einleiten.
Die Zusammenarbeit der Magnete 5 und des Kupferringes 13 verursacht nun Wirbelströme in letzterem, wodurch ein tangential wirkendes Hemmoment auf den Anker 12 ausgeübt wird, welches versucht, das Zwischenglied 8 in der Richtung mitzunehmen, in der Teil 4, d. h. die Welle 2, rotiert. Dieses hemmende Drehmoment ist also eine Folge der zwischen dem Kupplungsglied 1 und dem Zwischenglied 8 bestehenden Wirkung der Magnete 5, des Ankers 12 und des Kupferringes 13. Das Hemmoment trachtet, das Zwischenglied längs der Welle 6 (in Fig. l nach rechts) zu schrauben, d. h. vom Kupplungsglied 1 weg, und das Hemmoment ist umso grösser, je grösser die zwischen den Wellen 2 und 6 bestehende Relativgeschwindigkeit ist.
Da das Hemmoment den magnetischen Kräften, welche das Zwischenglied 8 gegen das Kupplungsglied 1 zu ziehen trachten, entgegenwirkt, ist dabei bei grosser Relativgeschwindigkeit die zwischen den Zähnen 11 und 3 bestehende Pressung niedrig und kann sogar Null werden, oder es können die Zähne 11 und 3 sogar ausser Kontakt geraten, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Das Hemmoment nimmt mit der relativen Drehgeschwindigkeit ab und fällt im Augenblick des Synchronlaufs auf Null, so dass die axiale magnetische Kraft voll wirksam geworden ist, um die einleitende Eingriffsbewegung derZähne 11 des Zwischengliedes mit den Zähnen 3 des Kupplungsgliedes 1 herbeizuführen.
Wenn sodann die Drehung der Welle 2 durch die Welle 6 erfolgt, wirkt auf das Zwischenglied durch den teilweise ! ! Eingriff eer Zähne 3 und der Zähne 11 bereits ein Drehmoment, welches das Zwischenglied 8 veranlasst, sich längs der Weile 6 auf deren schraubenförmigen Nuten zu bewegen, so dass die Zähne 11 in vollen Eingriff mit den Zähnen 3 geraten, bis die Axialbewegung des Zwischengliedes 8 durch den Anschlag 10
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Sobald die Tendenz einer Umkehrung der Richtung der Relativdrehung auftritt, beispielsweise durch eine Verzögerung des Umlaufes der Antriebsmaschine, die auf die Welle 6 arbeitet, so kehrt sich die Richtung des zwischen den Klauen 3, 11 bestehenden Tangent1aldruckes um, d. h. es schraubt sich das Zwischenglied längs der. Schraubennuten 7 nach rechts, bis seine Zähne 11 von den Zähnen 3 freigegeben
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dass die Magnete nicht mehr imstande sind, ein darauffolgendes Kuppeln einzuleiten ; diese Stellung zeigt die obere Hälfte der Fig. 1.
Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Kupplung ist der eben beschriebenen Kupplung ähnlich. An Stelle des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ringes wird ein'genuteter Anker 15 verwendet, der aus Fig. 4 deutlicher ersichtlich ist ; die Mittel zur Vergrösserung des Wirbelstrom-Hemmomentes umfassen einen Kupferring 16, der zwischen dem Anker 15 und jenem Flansch 17 eingeklemmt ist, der die Klauen 11 des Zwischengliedes 8 ausbildet. Falls gewünscht, kann man den Anker 15 in Umfangsrichtung relativ zum Zwischenglied einstellbar machen, um die Winkellage der Nuten relativ zu den Zähnen 11 verändern zu können.
Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemässe Kupplung, die an Stelle des Wirbelstromringes zur Vergrösserung des tangentialen Hemmomentes die Hemmwirkung von Flüssigkeit, die sich zwischen dem Kupplungsglied 1 und dem Zwischenglied 8 befindet, ausnützt.
Eine Axialbohrung 18 der Welle 2 dient als Zufuhrkanal für Schmieröl, das durch die Bohrung 18 durch das Rollenlager in den Raum um das Ende der Welle 6 gelangt, welches in der Welle 2 gelagert ist.
Ein ringförmiger, das Öl zurückhaltender Deckel 19 ist am Ring 4 befestigt, wodurch während der Drehung der Welle 2 ein Ölring in der dargestellten Weise gebildet wird, wobei das hemmende Moment, welches auf das Zwischenglied 8 ausgeübt wird, bei hohen Relativgeschwindigkeiten der Welle 2 zur Welle 6 ebenfalls gross ist. Im Augenblick des Gleichlaufes der Teile 1 und 8 wird das hemmende Moment des Öles ein Minimum und die Axialkraft zwischen den Magneten 5 und dem Anker 12 wird daraufhin voll wirksam, um den Eingriff der Kupplung einzuleiten.
Bei Erläuterung der Kupplung nach Fig. l, 2 wurde angenommen, dass Teil 6 der treibende und Teil 2 der getriebene Teil sei. Die Wirkungsweise der Kupplung wird aber nicht verändert, wenn man die Welle 2 an eine Antriebsmaschine und die Welle 6 an eine Leistung aufnehmende Maschine, d. h. an eine Arbeitsmaschine anschliesst. Der einzige Unterschied bestünde alsdann darin, dass das Antriebsdrehmoment, bei Betrachtung von der linken Seite der Fig. l, im Uhrzeigersinne wirken würde. Bei eingerückter Kupplung würde das vom Teil 2 auf den Teil 6 übertragene Drehmoment das Zwischenglied 8
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glied ausser Eingriff nach rechts geschraubt werden.
Ferner ist ersichtlich, dass man auch die Steigungsrichtung der Nutung 7 ändern könnte, in welchem Falle Teil 2 der treibende Teil sein könnte, vorausgesetzt, dass er, gesehen von links, im Gegenuhrzeigersinne umläuft.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Rotierende Klauenkupplung mit einem ersten, Kupplungsklauen aufweisenden rotierenden Kupplungsteil und einem gleichachsig dazu angeordneten zweiten rotierenden Kupplungsteil, sowie einem auf letzterem nach einer Schraubenlinie beweglichen, ebenfalls Kupplungsklauen tragenden Zwischenglied, wobei die Kupplungsklauen des ersten Kupplungsteiles und des Zwischengliedes je nach der Relativlage, welche das letztere auf dem zweiten Kupplungsteil einnimmt, in oder ausser Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet., dass entweder auf dem ersten Kupplungsteil (2) oder auf dem Zwischenglied (8) eine Ma- gneteinrichtung (5), bestehend aus wenigstens einem permanenten oder elektrisch erregbaren Magneten, angeordnet ist, die in wirkendem bzw. erregtem Zustande auf das Zwischenglied bzw.
den Kupplungsteil eine Zugkraft ausübt, welche die beiden genannten Teile (2, 8) im Sinne einer gegenseitigen Annä- herung zu verstellen trachtet.