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Selbstschaltende Synchron-Klauenkupplung
Die Erfindungbetrifft eineselbstschaltende Synchron-Klauenkupplung, bei der das erste Kupplungsglied einen Satz von Kupplungsklauen und das zweite Kupplungsglied ein Zwischenglied trägt, das ebenfalls einen
Satz von Kupplungsklauen aufweist und hinsichtlich des zweiten Kupplungsgliedes, um die Klauensätzein und ausser Eingriff bringen zu können, schraubenförmig beweglich ist und welche mit der Einleitung der Kupplungsbewegungdienenden Klinkenausgestattet ist, wobei mindestens eine Primärklinke vorgesehen ist, die eine Gewichtsverteilung hinsichtlich ihres Stirn- und Hinterendes mit Bezug auf ihre Kippachse aufweist, so dass ihr durch die auf sie wirkende Fliehkraft die Mcglichkeit genommen ist,
oberhalb eines Bereiches einer vergleichsweise niedrigen Winkelgeschwindigkeit des sie tragenden Teiles über die zugeordneten Klinkenfangzähne zu rattern.
In Kupplungen der vorgenannten Art ist es bekannt, Klinken zu verwenden, welche mit Steuerfedern versehen sind und hinsichtlich des Stirn- und Hinterendes, bezogen auf ihre Drehachse, eine Gewichtsverteilung haben, dass die Klinken oberhalb einer bestimmten Umlaufgeschwindigkeit des die Klinken tragen-. den Teiles durch die auftretende Fliehkraft daran gehindert sind, wirksam zu werden ; zusätzliche Einrichtungen sind noch vorgesehen, um den Kupplungseingriff bei Geschwindigkeiten einzuleiten, bei welchen die Klinken nicht imstande sind, über die Fangzähne zu rattern.
Diese zusätzlichen Einrichtungen bestandenin einem Federglied, das mit dem Zwischenglied der Kupplung verbunden war und entweder von Hand aus oder in Abhängigkeit vonder Winkelgeschwindigkeit in Wirksamkeit trat, um die Kupplungsklauen des Zwischengliedes in seitlichgleitende Berührung mit den Kupplungsklauen des ersten Kupplungsgliedes zu bringen, damit im Augenblick des Gleichlaufes der Kupplungsteile die Klauen des Zwischengliedes mit den Klauen des ersten Kupplungsgliedes in Eingriff geraten.
Die Erfindung bezweckt, diese Kupplungsbauart zu verbessern, wobei die genannten zusätzlichen Einrichtungen einen Klinken- und Zahnmechanismus umfassen, welcher die beiden Klauensätze, zwecks Herstellung des Eingriffes nach Erreichen des Synchronzustandes, zum Fluchten bringen, wobei diese Klinken durch Zentrifugalkraftsteuerung in den wirksamen Rattereingriff gebracht werden, sobald jener Bauteil, der sie trägt, mit einer einen bestimmten Grenzwert übersteigenden Winkelgeschwindigkeit umläuft.
Die Erfindung bezweckt, eine Kupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die Nachteile vermeidet, die mit federbelasteten Klinken bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten verbunden sind, Bei einer selbstschaltenden Synchron-Klauenkupplung besteht die Erfindung darin, dass mindestens eine Sekundärklinke mit einer Gewichtsverteilung hinsichtlich ihres Stirn- und ihres Hinterendes mit Bezug auf ihre Kippachse vorgesehen ist, wodurch sie über einen vorbestimmten Bereich einer vergleichsweise hohen Winkelgeschwindigkeit des sie tragenden Gliedes durch die auf die Sekundärklinke wirkende Fliehkraft in eine Lage gelangt, in der sie über die ihr zugeordneten Klinkenfangzähne rattert.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Kupplung dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 im Längsschnitt eine solche Kupplung in der oberen Hälfte der Figur im entkuppelten Zustande und in der unteren Hälfte im gekuppelten Zustande ; Fig. 2 ist ein Schnitt nach Lihie II-II der Fig. 1, Fig. 3 ein
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- 3eine andere erfindungsgemässe Kupplung und Fig. 6 ein Schnitt nach Linie VI-VI und Fig. 7 ein solcher nach Linie VII- VII der Fig. 5.
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Entsprechend den Fig. 1-3 trägt das erste Kupplungsglied 1 einen Ring mit Innenklauen 2 ; das zweite
Kupplungsglied ist eine Welle 3, welche mit einer linksgängigen Aussennutung 4 versehen ist. Das Zwi- schenglied ist eine Kupplungshülse 5, die auf der Welle 3 sitzt und eine schraubenförmige Innennutung trägt, die mit der entsprechenden Nutung 4 der Welle 3 in Eingriff steht, so dass die Hülse 5 zur Durchfüh- rung einer Schraubbewegung hinsichtlich der Welle 3 gezwungen wird, welche durch axiale Anschläge 6 und 7 der Welle 3 begrenzt wird. Die Hülse 5 trägt einen Ring von äusseren Kupplungsklauen 8, die mit den
Kupplungsklauen2 des ersten Kupplungsgliedes in und ausser Eingriff gebracht werden können, je nachdem, nach welcher Richtung die Kupplungshülse 5 geschraubt wird.
Das erste Kupplungsglied trägt eine Mehrzahl von primären Klinken 9 (Fig. 2), beispielsweise vier
Klinken, welche in diametral einander gegenüberliegenden Paaren angeordnet sind und welche im gelösten ZustandederKupplungundbei einer Winkelgeschwindigkeit der Welle 10, mit der das erste Kupplungsglied
1 verbunden ist, innerhalb eines vorbestimmten niedrigen Geschwindigkeitsbereiches über die Kupplungs- klauen 8 rattern, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel auch als Ratterzähne wirken.
Die Primärklin- ken 9 sind mit Federn 11 versehen, welche das Bestreben haben, die Primärklinken in Ratterstellung mit den Klauen 8 zu halten und die Nasen der Klinken 9 sind so gerichtet, dass bei Durchführung einer Winkel- bewegung der Welle 10 in einer Richtung relativ zur Welle 3 eine oder mehrere der Primärklinken 9 mit
Klauen 8 in Eingriff kommen und die Kupplungshülse 5 schraubenlinienförmig längs der Welle 3 verschieben, so dass es zur Einleitung des Zusammenwirkens der Kupplungsklauen 8 des Zwischengliedes mit den Kupp- lungsklauen2 kommt ; der Volleingriff der Kupplungsklauen 8 und 2 wird durch das Zusammenwirken dieser
Kupplungszähne im Verein mit der Wirkung der Schraubennutung 4 herbeigeführt.
Das Gewicht der Primärklinken 9 ist hinsichtlich ihrer Drehachsen 12 so verteilt, dass sie kopflastig sind, d. h. ein schweres Nasen- oder Stirnende haben und oberhalb einer vorbestimmten Winkelgeschwin- digkeit der Welle 10 und der Klinken 9 trachten, um ihre Klinkenachsen 12 entgegen der Wirkung der Fe- dern 11 in Lagen zu drehen, in denen ihre Nasen 13 nicht imstande sind, über die Klauen 8 zu rattern.
Es ist noch ein weiterer Rattermechanismus vorgesehen, welcher gemäss Fig. 3 Sekundärklinken 14, nämlich vier Klinken umfasst, welche in diametral gegenüberliegenden Paaren angeordnet sind und von der
Kupplungshülse 5 getragen werden und welcher ausserdem einen Ring von inneren Ratterzähnen 15 umfasst, welcher vom ersten Kupplungsglied 1 getragen wird. Die Sekundärklinken 14 besitzen eine Gewichtsverteilung hinsichtlich derDrehachse 16, sodasseineWinkelgeschwindigkeit. weIche unterhalb jener Geschwindigkeit gelegen ist, bei welcher die Primätklinken 9 trachten sich zu lösen, bereits eine Schwenkung der Klinken 14 um ihre Bolzen 16 unter dem Einfluss der Fliehkraft in Lagen bewirkt, in denen ihre Nasen 17 über die Zähne 15 rattern können, wenn sich die Kupplung im gelösten Zustande befindet.
Die Nasen 17 der Sekundärklinken sind entgegengesetzt zu jenen der Primärklinken gerichtet, so dass es, wenn die Sekundärklinken rattern und die Welle 10 sich relativ zur Welle 3 in derselben Richtung zu drehen trachtet, wie im Zusammenhang mit den Sekundärklinken 9 beschrieben, eine oder mehrere der Sekundärklinken 14 mit Ratterzähnen 15 in Eingriff geraten und dadurch die Kupplungshülse 5 schraubenförmig längs der Welle 3 verstellt wird, wodurch es zu einem Zusammenwirken der Kupplungsklauen 8 und 2 kommt.
Es sei nun angenommen, dass die Welle 3 mit einer Antriebsmaschine, z. B. einer Gasturbine,. gekuppelt ist und dass die Welle 10 mit einer angetriebenen Maschine, z. B. einem Gebläse, verbunden ist, welcheswahlweiseauchvoneiner andern Kraftmaschine, beispielsweise einem Elektromotor, getrieben werden kann.
Wenn sich das System in Ruhe befindet, kann angenommen werden, dass die Kupplung ausgerückt ist, und die Kupplungsklauen 2,8 sind gemäss Fig. 1 axial voneinander entfernt und die Kupplungshülse 5 liegt am Anschlag 6 an. Die Primärklinken 9 befinden sich hinsichtlich der Kupplungszähne 8 in Ratterstellung unter der Wirkung ihrer Federn 11.
Sobald die Antriebsmaschine die Welle 3 in geeigneter Richtung (in Fig. 2 im Gegenuhrzeigersinn) zu drehen beginnt, werden von den Kupplungsklauen 8 eine oder mehrere Primärklinken 9 erfasst und die Kupplungshülse 5 wird längs der Welle 3 verschraubt, um so die Kupplungsklauen 8 sauber in eine Anfangsberührung mit den Kupplungsklauen 2 zu bringen, worauf das Zusammenwirken der Kupplungsklauen 2 und 8 die Kupplungshülse 5 weiter längs der Welle 3 verschiebt, bis die Kupplungsklauen 2 und 8 sich in vollem Eingriff befinden, wobei eine Fortsetzung der Schraubbewegung der Kupplungshülse 5 durch den Axialanschlag 7verhindert wird. Nun wird Drehmoment von der Eingangswelle 3 auf die Ausgangswelle 10 übertragen, welche zu rotieren beginnt. Die Primärklinken 9 sind nun axial auf einer Seite (links in Fig. 1) der Kupplungsklauen 8 angelangt.
In dem Masse wie die Antriebsmaschine beschleunigt, wird auch die ange- triebene Maschineüber die Kupplung beschleunigt, und bei einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit der Welle 10, die unterhalb ihrer vollen Geschwindigkeit liegt, wird die Wirkung der Fliehkraft auf die kopf-
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lastigen Primärklinken 9 die Wirkung ihrer Stellfedern 11 überwinden und die Klinken 9 um ihre Drehbol- zen 12 verdrehen, wobei sich die Nasen 13 der Klinken 9 radial nach auswärts bis über die Stirnen der Kupplungsklauen n 8 bewegen. Solange als das erste Kupplungsglied seine Drehung bei oder oberhalb dieser vorbestimmten Geschwindigkeit fortsetzt, verbleiben die PrLnarklinkel1 9 durch die Fliehkraft in diesem
Zustande, nämlich mit ihren Nasen radial nach aussen gedrückt.
Bei dieser vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit der Welle 10 oder etwas unterhalb derselben, wirkt die Fliehkraft auf die kopflastigen Sekundärklinken 14 und veranlasst eine Drehung derselben um ihre Zapfen 16, wobei die Nasen der Sekundärklinken dann radial nach aussen mit Bezug auf die Spitzen der Ratterzähne 15 geschwenkt werden, jedoch auf einer Seite der Ratterzähne 15 bleiben, da die Kupplungshülse 5, welche sie trägt, sich in der im vollen Kupplungseingriff entsprechenden Stellung befindet. Die Sekundärklin- ken 14 bleiben in dieser Stellung in der sie mit ihren Nasen 17 radial nach aussen gedrängt sind, bis zur vollen Geschwindigkeit der Kupplungshülse 5 und bei dieser Geschwindigkeit.
Wenn nun die Antriebsmaschine verlangsamt wird, so löst sich die Kupplung sofort zufolge des Zusammenwirkens der Kupplungsklauen 2 und 8 und durch die Wirkung der Schraubennuten 4, die Kupplungshülse bewegt sich vom Axialanschlag 7 zum Axialanschlag 6 und bringt dabei die Sekundärklinken 14 in Ratterstellung hinsichtlich der Ratterzähne 15. Die Primärklinken 9 werden durch Fliehkraft ausserhalb ihrer Ratterstellung mit Bezug auf die Kupplungsklauen 8 gehalten.
Das getriebene Glied 3 überläuft die Antriebsmaschine (d. h. es dreht schneller als letztere) und kann durch einen Elektromotor (falls vorhanden) mit voller Geschwindigkeit weitergetrieben werden, Wenn nun die Antriebsmaschine abermals über Gleichlauf mit der Drehzahl der Welle 10 hinaus beschleunigt, so erfassen eine oder mehrere Klinken 14 die Ratterzähne 15 und die Kupplung kommt wieder zum Schliessen.
Wenn die Verlangsamung der Antriebsmaschine, mit dementsprechend selbsttätigem Lösen der Kupplung, bis zu einer niedrigen Geschwindigkeit oder bis zum Stillstand geht, so hören die Sekundärklinken 14 auf durch Fliehkraft in den Ratterzustand gezwungen zu werden und ihre Nasen werden von den zugeordneten Ratterzähnen 15 ferngehalten, u. zw. zufolge des Ölringes, welchen das im ringförmigen Wulst 18 enthaltende Schmieröl bildet und der mit den Ratterzähnen, die mit grosser Geschwindigkeit über die Rücken der Klinken wandern, mitrotiert.
Würde man dann die Antriebsmaschine auf volle Drehzahl beschleunigen, um die Antriebsverbindung zwischen Antriebsmaschine und getriebener Machine wieder herzustellen, so wird die Fliehkraft wieder wirksam um die Sekundärklinken 14 in Rattereingriff mit den Ratterzähnen 15 zu bringen, um dadurch die Bereitschaft zur Einrückung der Kupplung bei Synchronlauf zu schaffen.
Die Sekundärklinken können, falls gewünscht, an Stelle von Stellfedern mit magnetischen Einrichtungen versehen sein, um ihre Nasen unterhalb einer Grenzgeschwindigkeit verlässlich ausserhalb eines Rattereingriffes zu halten. Gemäss Fig. 4 sind die Sekundärklinken 14 mit Stellfedern 19 versehen, durch welche die Klinken 14 in Lagen verstellt werden, in welchen ihre Nasen radial einwärts mit Bezug auf die Spitzen der Ratterzähne 15 und mithin im Abstand zu diesen verlaufen. Solange die Geschwindigkeit der getriebenen Maschine bei auf solche Weise unwirksam gemachten Sekundärklinken 14 hinreichend gross ist (wobei die Maschine durch eine andere Antriebsmaschine, z.
B. einen Elektromotor angetrieben sei), werden die Primärklinken 9 in ihren unwirksamen Lagen ausserhalb des Rattereingriffes mit den Kupplungszähnen 2 gehalten und es besteht weder ein Rattern der primären noch der sekundären Klinken.
In der Kupplung, welche in den Fig. 5 - 7 dargestellt ist, ist das Kupplungsglied 20 mit einer Eingangswelle 21 verbunden und trägt einen Ring von nach innen weisenden Kupplungsklauen 22. Das zweite Kupplungsglied ist eine Ausgangswelle 23 die mit rechtsgängigen schraubenförmigen Aussennuten 24 versehen ist, mit denen eine schraubenförmige Innennutung einer Kupplungshülse 25 zusammenarbeitet, welche dadurch zur Durchführung einer Schraubbewegung relativ zur Welle 23 gezwungen wird, u. zw. zwi- schenAnschlägen26und27. Die Kupplungshülse 25 trägt Primärklinken 28 die auf Klinkenbolzen 30 sitzen und mit Stellfedern 31 zusammenwirken, welche die Nasen 32 der Primärklinken in Rattereingriff mit den Kupplungsklauen 22 drücken.
Das erste Kupplungsglied 20 trägt Sekundärklinken 33 die um Bolzen 34 drehbar sind und mit Stellfedern 35 zusammenwirken, welche die Nasen der Sekundärklinken 33 ausser Eingriff mit den Kupplungsklauen36, die von der Kupplungshülse 25 getragen werden, bewegen. Die Primärklinken 28 sind schwanzlastig, so dass, wenn die Ausgangswelle bei genügend hoher Drehzahl umläuft, die Fliehkraft die Wirkung der Stellfedern 31 überwindet und die Klinken 28 so um ihre Bolzen 30 dreht, dass sie nicht mehr imstande sind zu rattern. Die Sekundärklinken 33 sind ebenfalls schwanzlastig, so dass, wenn die Geschwindigkeit der Eingangswelle 21 einen vorbestimmten Wert überschreitet, die Fliehkraft die Wirkung der Stellfedern 35 überwindet und sie um ihre Bolzen 34 in Lagen dreht, in welchen sie über die Kupp- . ungsklauen 36 rattern können.
In den im vorhergehenden beschriebenen Konstruktionen wird die wirksame Länge der Primärklinken
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etwas grösser ausgeführt als jene der Sekundärklinken, damit in jenen Zuständen, in denen beide Sätze von Klinken imstande sind Ratterzähne zu fangen (gleichgültig ob sie sich in Drehung oder in Ruhe befinden) immer eine Primärklinke jene ist, welche einen Ratterzahn aufnimmt und das Kuppeln der Kupplung einleitet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Selbstschaltende Synchron-Klauenkupplung, bei der das erste Kupplungsglied einen Satz von Kupp-
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lungsklauen aufweist und hinsichtlich des zweiten Kupplungsgliedes, um die Klauensätze in und ausser Eingriffbringen zu können, schraubenförmig beweglich ist und welche mit der Einleitung der Kupplungsbewegung dienenden Klinken ausgestattet ist, wobei mindestens eine Primärklinke vorgesehen ist, die eine Ge- wichtsverteilung hinsichtlich ihres Stirn-und Hinterendes mit Bezug auf ihre Kippachse aufweist, so dass ihr durch die auf sie wirkende Fliehkraft die Möglichkeit genommen ist, oberhalb eines Bereiches einer ver-
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zähne zu rattern, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sekundärklinke (14,33)
mit einer Gewichtsverteilung hinsichtlich ihres Stirn- und ihres Hinterendes mit Bezug auf ihre Kippachse vorgesehen ist, wodurch sie über einen vorbestimmten Bereich einer vergleichsweise hohen Winkelgeschwindigkeit des sie tragenden Gliedes (5,20) durch die auf die Sekundärklinke (14,33) wirkende Fliehkraft in eine Lage gelangt, in der sie über die ihr zugeordneten Klinkenfangzähne rattert.