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Überholkupplung
Die Erfindung bezieht sich auf eine als Überholkupplung wirkende Reibungskupplung, insbesondere
Lamellenkupplung, die den Zweck verfolgen soll, den Gleichlauf von An- und Abtriebsglied von dem teildrehbar gelagerten Abtriebsglied regulieren zu lassen.
Es sind Kupplungen dieser Art bekannt, die an ihren Druckgliedern eine in beiden Richtungen wirk- same Keilverzahnung und eine langlochartig wirkende Verbindung zwischen den Keilflächenträgern auf- weisen, zusätzlich aber noch mit einer von aussen zu betätigenden Schalteinrichtung versehen sind. Da- bei ist das lose auf der Welle laufende Zahnrad gleichzeitig als Aussenlamellenkörper ausgebildet, während der Innenlamellenkörper von einem der beiden axial verschiebbaren Druckgliedern aufgenommen wird. Die Betätigung dieser Kupplung ist aber an zusätzliche, als Gegenstücke zu den Druckgliedern ausgebildete Ringe gebunden und erfordert weiterhin eine sperrige Schaltvorrichtung.
Die Funktion der Kupplung macht dazu eine von der Schaltvorrichtung abhängige Bewegung der zwei Druckglieder mit durch ihren Aufbau bedingt relativ grossen Massen notwendig. wodurch infolge der Trägheit derselben beim Einkuppeln eine stossartige Reaktion und beim Auskuppeln ein verzögerndes Lösen der Lamellen zu erwarten ist.
Auf Grund dessen, dass die Axialbewegung der Druckglieder lediglich von einem bestimmten Punkt des Umfanges, u. zw. eben von dem keilförmig gestalteten Zahn ausgeht, ist ein Verkanten der Druckglieder kaum zu vermeiden, was nicht nur eine über den Umfang ungleichmässige Anpressung der Lamellen, sondern auch einen vorzeitigen Verschleiss der wesentlichsten Kupplungsteile nach sich zieht und damit eine Minderung der Betriebssicherheit herbeiführt.
Bei einer andern bekannten Kupplung wird die beabsichtigte Wirkung durch ein im Innern der Kupplung angeordnetes, automatisch arbeitendes Getriebe erreicht, das wiederum auf ein Schaltgestänge zum Zusammenpressen bzw. Lösen der Lamellen einzuwirken hat. Als nachteilig sollte sich bei dieser Ausführung nicht nur die Vielzahl der sich gegenseitig bedingenden Teile, sondern auch die Tatsache erweisen, dass ein Regulieren der Drehzahl durch das Abtriebsglied nicht in direkter Weise erfolgt. Die ohnehin erforderliche Axialbewegung zum Beeinflussen des Lamellenpaketes muss in diesem Fall erst von einer drehenden Bewegung abgewandelt werden, was eine einwandfreie Funktion, genaueste Lage und Herstellung der zusammenarbeitenden Teile innerhalb der Kupplungshauptglieder voraussetzt. Geringe Abweichungen können sich schon in starkem Masse auf die Betriebssicherheit auswirken.
Es lässt sich erkennen, dass durch die zusätzlichen Getriebeteile und das Schaltgestänge der Forderung nach raumsparenden und trotzdem leistungsstarken Maschinenelementen nicht entsprochen werden kann. Ebenso wie bei allen andern bekannten Ausführungen ist eine über den gesamten Umfang erforderliche Anpressung des Druck- gliedesnichtgegeben, da wegender zweidiametral angeordneten Angriffspunkte desschaltgestänges eine- wenn auch geringe - Drehbeweglichkeit des Druckgliedes in Kauf genommen werden muss.
Zwecks Vermeidung dieser Nachteile wird mit vorliegender Erfindung die Aufgabe gestellt, die Überholwirkung nach beiden Drehrichtungen, d. h. die Synchronisation von Abtriebs- mit Antriebsdrehzahl, von dem Abtriebsglied in direkter Weise und ohne zusätzliche Anordnung von Schaltorganen selbsttätig herzuleiten und die dabei für die Funktion der Kupplung notwendigen zu bewegenden Massen auf ein Minimum zu beschränken. Weiterhin steht die Forderung nach kleinsten Abmessungen und Gewährleistung einer über den gesamten Umfang gleichmässigen Anpressung der Lamellen.
Erfindungsgemäss wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass das mittels einer Passfeder auf dem Aussenlamellenkörper angeordnete Zahnrad eine segmentförmige, der verlangten Teildrehbewegung ent-
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sprechende Nut und in Übereinstimmung damit an seiner dem LamellenpaketzugekehrtenStirnseitemeh- rere kreisförmig verlaufende keilartige Ausnehmungen aufweist, die über eine entsprechende Anzahl achsparallel verschiebbar in Aussenlamellenkörper eingelassener Druckstifte und einer Druckscheibe auf das gegenseitig durch die Muffe in seiner bestimmten Einrückstellung begrenzte Lamellenpaket einwir- ken.
Dabei hat es sich jedoch als unumgänglich erwiesen, den bei der Relativbewegung zwischen Zahn- rad und Aussenlamellenkörper hervorgerufenen Endzustand des zusammengepressten bzw. gelösten Lamel- lenpaketes in den sich durch die Nut des mittels einer Passfeder teildrehbar gelagerten Zahnrades erge- benden und von der vorbestimmtenForm der Ausnehmungen abhängigen Umkehrpunkten liegen zu lassen.
Des weiteren sollte die Ausbildung der Kupplung vorteilhafterweise noch den Punkt beachten, dass die vom Aussenlamellenkörper aufgenommenen Druckstifte vorzugsweise oberhalb des mittleren Reibdurch- messers der Lamellen angeordnet sind.
Bei Verwendung derartiger Kupplungen in einem Schaltgetriebe ist es ohne weiteres möglich, die Drehzahlstufen zu verändern, indem jeweils die ineinandergreifenden Zahnräder gegen die eine andere
Stufe bildenden Räder ausgewechselt werden. Bei einer nur geringen Anzahl kaum einem Verschleiss unterworfener aufeinander einwirkender Teile ist eine einwandfreie Funktion der Kupplung gegeben, was letzten Endes mit von der durch die erfindungsgemässe Anordnung auf den gesamten Umfang der Lamellen übertragenen Anpressung abhängt. Wegen des bestimmten Hubes der Druckglieder wird ausserdem ein übermässiges Anpressen der Lamellen vermieden, so dass hievon ausgehend keine Beeinträchtigung der Betriebssicherheit zu erwarten ist.
Nicht unwesentlich ist aber vor allem, dass durch unmittelbare Verbindung des Abtriebsgliedes mit dem Lamellenpaket keine vorherige Umwandlung der in axialer Richtung liegenden Bewegungsänderung der Druckglieder vonstatten gehen muss.
Eine weitere vorteilhafte Massnahme besteht darin, dass die ringförmigen Nuten zwecks Erzielung eines gleichbleibenden Drehmomentes in beiden Drehrichtungen sowohl von ihren Ausläufen aus in einer gewissen Neigung auf den Grund der Nuten. abfallen oder aber umgekehrt von ihren Ausläufern aus nach dem Mittelteil der Nuten hin auf das verlangte Hubmass ansteigen können. Zweckmässig ist es dabei aber, die in das Zahnrad eingearbeitete Passfedernut in ihrer Breite den ringförmigen Nuten anzupassen.
Dies hat den Vorteil, dass, wenn das Zahnrad in einer beliebigen Drehrichtung eine plötzliche Beschleunigung oder Verzögerung erhält, die Kupplung durch die von der Steigung der Nuten abhängige zwangsläufige Bewegung der Druckstifte selbsttätig geöffnet wird und bei gleichbleibendem Drehmoment wieder eine kraftschlüssigeverbindung zwischen Zahnrad-Aussenlamellenträger und Innenlamellenträger herstellt. Der Ungleichförmigkeitsgrad in der Umdrehungszahl der getriebenen Welle wird somit stark herabgemindert, was sich nicht nur vorteilhaft auf die Lebensdauer von Maschine und Lagerung auswirkt, sondern auch im weitgehendsten Masse Werkzeuge und Werkstücke schont. Die überraschende Wirkungsweise dieser Überholkupplung ist also in den beiden Drehrichtungen zu erkennen.
Gleichzeitig wirkt diese Überholkupplung mit der Nutenausführung als Sicherheitskupplung, denn wenn das eingestellte Drehmoment überschritten wird, gleiten die Druckstifte durch das erhöhte Drehmoment über die höchste Stelle der Steigung der Doppelnut hinweg und öffnen die Kupplung selbsttätig. Auf der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Hand eines Ausführungsbeispiels dargestellt, u. zw. zeigen Fig. l einen Querschnitt durch die Kupplung, Fig. 2 den Schnitt nach der Linie A -B der Fig. 1, Fig. 3 einen Teil-Querschnitt aus dem Zahnrad entsprechend der Fig. 2, Fig. 4 den Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1 bei einer Kupplung mit gleicher Wirkung in beiden Drehrichtungen, Fig.
S einen Teil-Querschnitt aus dem Zahnrad entsprechend der Fig. 4 mit von ihren Ausläufen aus abfallenden Nuten und Fig. 6 einen Teil-Querschnitt aus dem Zahnrad entsprechend der Fig. 4 mit von ihren Ausläufen aus ansteigenden Nuten.
Mit 1 ist die Antriebswelle bezeichnet, auf der in bekannter Weise mittels einer Passfeder der Innenlamellenkörper 2 drehfest angeordnet ist. Auf der einen Seite weist der Innenlamellenkörper 2 einen Ansatz auf, gegen den sich zwei in Ausnehmungen der als Lagerung dienenden Nabe des Aussenlamellenkörpers 5 sitzende und durch einen Abstandsring voneinander getrennte Wälzlager 3, 4 abstützen. Dadurch ist der Aussenlamellenkörper 5 axial unverschiebbar, aber drehbeweglich auf der Antriebswelle 1 gelagert. Das Abtriebselement, in diesem Fall das Zahnrad 6, ist mittels einer Passfeder 7 mit dem Aussenlamellenkörper 5 derart verbunden, dass es noch die ihm ausser der Kraftübertragung zugedachte Funktion der selbsttätigen Einregulierung der Drehzahl durch eine gewisse Relativbewegung zum Aussenlamellenkörper 5 erfüllt.
Zu diesem Zweck ist die im Zahnrad 6 eingearbeitete Nut 8 in ihrer Breite so gehalten, dass die verlangte Teildrehbewegung des Zahnrades 6 auf dem Aussenlamellenkörper 5 erreicht wird. Die unveränderte Lage des Zahnrades 6 innerhalb des Kupplungssystemes bestimmt sich einmal durch den als Anlagefläche dienenden stirnseitig abgeflachten Übergang des Aussenlamellenkörpers 5 in dessen Nabe und zum andern durch auf das freie Ende der Nabe aufgebrachte gekonterte Ring-
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mutter 16, denen zusätzlich noch eine Zwischenscheibe 9 zugegeben sein kann.
Auf der der Anlageflä- ehe des Aussenlamellenkörpers 5 zugekehrten Stirnseite sind im Zahnrad 6 mehrere gleichmässig über den
Umfang verteilte, kreisförmig verlaufende Ausnehmungen 10 eingearbeitet, die sich jeweils nach dersel- ben Seite hin keilförmig von ihrem tiefsten Punkt auf die Stirnfläche des Zahnrades 6 erhöhen. Ihre Län- ge, also der Abstand vom tiefsten zum höchsten Punkt, entspricht der Breite der Nut 8. Zweckmässiger- weise ist es angebracht, die Ausnehmungen 10 derart vorzusehen, dass sie kurz oberhalb des mittleren
Reibdurchmessers der den Innenlamellenkörper 2 mit dem Aussenlamellenkörper 5 verbindenden Lamel- len 11, 12 zu liegen kommen.
Im gleichen Abstand zur Kupplungsmittenachse wie die Ausnehmungen 10 im Zahnrad 6 liegen, sind in gleicher Anzahl in Abhängigkeit von der Lage der Passfeder 7 im Aussen- lamellenkörper 5 in Achsrichtung verlaufende Bohrungen eingebracht, die zur Aufnahme von Druckstif- ten 13 dienen. Während jeweils die eine Seite der Druckstifte 13 am Zahnrad 6 anliegt, stützt sich die andere auf die als Zwischenglied zwischen Druckstifte 13 und Lamellenpaket 11, 12 gedachte Druck- scheibe 14. Auf der andem Seite des Lamellenpaketes 11, 12 ist auf dem Innenlamellenkörper 2 eine be- kannte Einschaltmuffe 15 axial verschiebbar angeordnet, die in Einschaltstellung bei normalen Betriebsbedingungen die kraftschlüssige Verbindung zwischen Innen- und Aussenlamellenkörper 2, 5 bewirkt.
Ohne am Aufbau oder an der Wirkungsweise der Kupplung etwas zu ändern, können die Druckstifte 13 selbst- verständlich jede beliebige Form aufweisen, ebenso wie es nicht zwingend vorgeschrieben ist, die aus Fig. 2 ersichtliche Anzahl Ausnehmungen 10 einzuhalten.
Weitere Ausführungsformen lassen sich aus den Fig. 4-6 erkennen. Hier ist das Zahnrad 6 durch eine Passfeder 7 (Fig. 4) mit dem Aussenlamellenträger 5 teildrehbar verbunden, d. h. dass dasselbe entsprechend der Länge der doppelten Steigungsnuten 10a sich auf der Nabe des Aussenlamellenträgers 5 in der einenundder entgegengesetzten Drehrichtung etwas verdrehen kann ; die Passfedernut 8a im Zahnrad 6 ist dem- entsprechendbreit. DieDoppel-Steigtingsnuten10a (Fig. 5) falleninibrerSteigungnachderMitteabund stei- gen in der gleichen Steigungsgrösse nach der andern Seite wieder an. Die doppelten Steigungsnuten 10b sind nach Fig. 6 in umgekehrtem Sinne ausgeführt.
Die Wirkungsweise der Kupplung ist wie folgt :
Bei eingerückter Einschaltmuffe 15 erfolgt die Kraftübertragung bei normalem Drehsinn von der Antriebswelle 1 über den Innenlamellenträger 2, die Innen- und Aussenlamellen 11 bzw. 12 auf den Aussenlamellenträger 5, der durch Anlage der Passfeder 7 an der rechten Kante der Nut 8 (Fig. 2) zwangsläufig das Zahnrad 6 mitnimmt und somit den Kraftfluss auf dieses überträgt. Die Stellung der Druckstifte ist im eingekuppelten Zustand mit I und im ausgekuppelten Zustand mit II bezeichnet. Die Druckstifte 13 nehmen dabei die aus Fig. 1 und Fig. 3 erkennbare Stellung I ein, in welcher sie mittels der Druckscheibe 14 die Innen-und Aussenlamellen 11,12 zusammenpressen.
Das Zahnrad 6 führt dadurch immer mindestens die gleiche Drehzahl aus wie die Antriebswelle 1, d. h. ein Langsamerlaufen kann eben wegen der Mitnahme des Zahnrades 6 durch die Passfeder 7 nicht eintreten. Sollte dagegen durch irgendwelche Umstände das Zahnrad 6 zum Voreilen gegenüber. dem Antrieb gezwungen sein, so führt dieses in bezug auf den Aussenlamellenkörper 5 eine zusätzliche Relativbewegung aus, die bewirkt, dass die Passfeder 7 an der linken Kante der Nut 8 zum Tragen kommt und gleichzeitig der Druckstift 13 in die keilförmige Ausnehmung 10 Stellung II gleitet (Fig.
3). Die Folge davon ist ein Lösen des Lamellenpaketes 11, 12 und die Unterbrechung des Kraftflusses, die so lange anhält, bis das Zahnrad 6 eine geringere Drehzahl aufweist als der Antrieb, also der Aussenlamellenkörper 5, und sich dadurch die Passfeder 7 wieder an die rechte Kante der Nut 8 (Fig. 2) anlehnt. Dies bedingt wiederum die axiale Verschiebung der Druckstifte 13 und das Zusammenpressen des Lamellenpaketes 11, 12 in die Ausgangsstellung.
Ähnlich ist die Wirkungsweise der Kupplung bei der Ausführung mit umkehrbarer Drehrichtung. Hier werden bei Beschleunigung oder Verzögerung des Zahnrades 6 die Druckstifte 13 durch die doppelten Steigungsnuten 10a bzw. 10b je nach der Drehrichtung des Zahnrades 6 gegen die Druckscheibe 14 gedrückt, oder im andern Falle können dieselben zurückweichen und die Kupplung selbsttätig lösen. In dem hier dargestellten Zustand wird das Lamellenpaket, bestehend aus den Aussenlamellen 12 und den Innenlamellen 11, zusammengepresst, also kraftschlüssig gekuppelt und hält die Kupplung so lange geschlossen, bis das Zahnrad 6 in der Pfeilrichtung eine Beschleunigung erhält, wodurch infolge der Stei-
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nen und ein Lösen der Kupplung erfolgt.
In Drehrichtung entgegengesetzt der Pfeilrichtung ist die beschriebene Wirkungsweise die gleiche, denn die Druckstifte 13 gleiten dann in Stellung II (Fig. 5) oder Ilb (Fig. 6) zurück. Die Kupplung ist dadurch gelöst. Die Passfeder 7 begrenzt nach beiden Seiten den Weg des Voreilens des Zahnrades 6 bei der Überholung.