AT402093B

AT402093B - CONTINUOUS, SWITCHABLE COUPLING OF COAXIAL ELEMENTS

Info

Publication number: AT402093B
Application number: AT162293A
Authority: AT
Inventors: Martin Ing Fink
Original assignee: Ife Gmbh
Priority date: 1993-08-13
Filing date: 1993-08-13
Publication date: 1997-01-27
Also published as: DE4427681A1; NL9401291A; ATA162293A

Description

AT 402 093 BAT 402 093 B

Die Erfindung betrifft eine formschlüssige, schaltbare Kupplung koaxialer, im wesentlichen drehsymmetrischer Elemente zur Übertragung von Drehmomenten unter Verwendung einer Stirn-Verzahnung, beispielsweise einer Hirth-Verzahnung, bei der eines der beiden einander an der Verzahnungsteilebene der axial gegenüberstehenden gezahnten Elemente im Bereich der Verzahnungsteilebene entlang eines Teilkreises in eine Hülse und einen Kranz geteilt ist und wobei das andere gezahnte Element sich, in radialer Richtung gesehen, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Teilkreises erstreckt, und wobei zumindest eines dieser drei Elemente in axialer Richtung von der Verzahnungsteilebene weg verschiebbar ist.The invention relates to a form-fitting, switchable coupling of coaxial, essentially rotationally symmetrical elements for the transmission of torques using a spur toothing, for example a Hirth toothing, in which one of the two along the toothing part plane of the axially opposed toothed elements in the region of the toothing part plane along a pitch circle is divided into a sleeve and a ring and wherein the other toothed element extends, seen in the radial direction, both inside and outside of the pitch circle, and wherein at least one of these three elements is displaceable in the axial direction away from the partial tooth plane.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 1 425 333 bekannt, die sich mit dem Problem einer Wellenkupplung beschäftigt, die auch bei Stillstand beider koaxial angeordneter, zu kuppelnden Wellen einkuppelbar sein soll, ohne daß auf den Drehwinkel zwischen den beiden Wellen geachtet werden muß.Such a device is known from DE-OS 1 425 333, which deals with the problem of a shaft coupling, which should be able to be coupled even when the two coaxially arranged shafts to be coupled are at a standstill without having to pay attention to the angle of rotation between the two shafts .

Dieses Ziel wird gemäß der DE-OS 1 425 333 dadurch erreicht, daß auf einer Seite der Kupplung zumindest zwei, entlang eines Teilkreises geteilte, Zahnkränze vorgesehen sind, die gegeneinander drehtest, aber axial verschieblich an der Welle befestigt sind. Die zumindest zwei Zahnkränze sind um die halbe Zahnteilung zueinander verdreht angeordnet, sodaß praktisch immer einer der beiden Teilkreise beim Einrücken tatsächlich eingerückt wird, während der andere axial verschoben wird.This goal is achieved according to DE-OS 1 425 333 in that on one side of the coupling there are at least two sprockets divided along a pitch circle, which test against each other but are axially displaceably fastened to the shaft. The at least two ring gears are arranged rotated by half the tooth pitch relative to one another, so that practically always one of the two partial circles is actually engaged when engaging, while the other is axially displaced.

Diese Druckschrift berührt aber das der Erfindung zugrundeliegende Problem, nämlich eine schaltbare Kupplung zwischen einer Welle und einer auf ihr angeordneten Scheibe, einer Rolle, einem Zahnrad od.dgl. zu schaffen, überhaupt nicht, sondern behandelt eben nur eine Einrückhilfe für den Fall, in dem zwei koaxiale Wellen im Stillstand miteinander gekuppelt werden sollen.However, this document touches on the problem underlying the invention, namely a switchable coupling between a shaft and a disk, a roller, a gearwheel or the like arranged on it. to create, not at all, but only deals with an engagement aid for the case in which two coaxial shafts are to be coupled together at a standstill.

Es werden allgemein Kupplungen nach verschiedenen Kriterien unterschieden: formschlüssige und kraftschlüssige, schaltbare und nicht schaltbare, etc.. Formschlüssige Kupplungen sind beispielsweise stirnverzahnte Kupplungen, die Verzahnungen verwenden, deren Zähne in einer Ebene lotrecht zur Drehmomentachse (und somit zur Drehachse) angeordnet sind und im wesentlichen radial verlaufen. Es verändert sich dabei das Profil der Zähne mit dem Radius.Couplings are generally differentiated according to various criteria: positive and non-positive, switchable and non-switchable, etc. Positive couplings are, for example, spur-toothed couplings that use gears whose teeth are arranged in a plane perpendicular to the torque axis (and thus to the axis of rotation) and in run essentially radially. The profile of the teeth changes with the radius.

Eine derartige Verbindung ist beispielsweise die sogenannte Hirth-Verzahnung, die laut Lueger Lexikon der Technik, rororo-Taschenbuchausgabe, Band 2, Seite 275; Band 14, Seite 652 als nicht schaltbare Kupplung anzusprechen ist. Das gleiche gilt für die Gleason-Verzahnung, die im Unterschied zur Hirth-Verzahnung gebogene radiale Zähne aufweist. Diese Kupplungen werden zum Verbinden gebauter Wellen o.dergl. verwendet. Ein wesentliches Merkmal dieser Kupplungen ist es, daß sie die Enden zweier koaxial verlaufender Wellen verbinden.Such a connection is, for example, the so-called Hirth toothing, which according to the Lueger Lexicon of Technology, rororo paperback edition, volume 2, page 275; Volume 14, page 652 can be addressed as a non-shiftable clutch. The same applies to the Gleason teeth, which, in contrast to the Hirth teeth, have curved radial teeth. These couplings are used to connect built shafts or the like. used. An essential feature of these couplings is that they connect the ends of two coaxial shafts.

Es ist bei diesen Kupplungen zumindest eines der beiden einander in axialer Richtung gegenüberstehenden, mit der Verzahnung versehenen Elemente mit seiner Stummelachse verschieblich, um beim Zusammenbau bzw. dem Zerlegen der Vorrichtung mit dem ihm entgegenstehenden Element in Wirkverbindung zu treten oder um von ihm frei zu kommen.In these couplings, at least one of the two axially opposed, toothed elements with its stub axis is displaceable, in order to come into operative connection with the element opposing it when the device is assembled or disassembled, or to be released from it .

Bei einer Vielzahl von Anwendungsgebieten ist es notwendig, eine Scheibe, eine Rolle, ein Zahnrad od.dgl. auf einer Welle, je nach dem Betriebszustand der Vorrichtung, in die dieses Element eingebaut ist, drehtest oder drehbar angeordnet zu haben (schaltbare Kupplung). Bei diesen Anwendungsgebieten gibt es im allgemeinen eine Welle und ein darauf sitzendes Element, das mit der Welle schaltbar zu kuppeln sein soll.In a variety of applications, it is necessary to use a washer, a roller, a gear or the like. on a shaft, depending on the operating state of the device in which this element is installed, rotatably or rotatably arranged (switchable coupling). In these fields of application there is generally a shaft and an element seated thereon which is to be switchably coupled to the shaft.

Um das oben genannte Problem zu lösen, sind verschiedene Wege vorgeschlagen worden, beispielsweise die aus der BE-A 530 097 für Werkzeugmaschinen bekanntgewordene Konstruktion, bei der Kugeln in axialen Nuten der Welle und des Zahnrades verschieblich angeordnet sind und je nach ihrer axialen Position entweder über den Umfang der Welle ragen und so eine drehfeste Verbindung schaffen, oder gänzlich in den Ausnehmungen der Welle oder des Rades sitzen und so ein Verdrehen erlauben. Diese Kupplung wurde gemäß der EP-B 0 217 228 auf Türantriebe übertragen.In order to solve the above-mentioned problem, various ways have been proposed, for example the construction known from BE-A 530 097 for machine tools, in which balls are arranged displaceably in axial grooves of the shaft and the gear and depending on their axial position either over protrude the circumference of the shaft and thus create a non-rotatable connection, or sit entirely in the recesses of the shaft or the wheel and thus allow rotation. This coupling was transferred to door drives in accordance with EP-B 0 217 228.

Derartige Vorrichtungen leiden unter der extremen punktuellen Beanspruchung sowohl der Kugeln als auch der Kanten der Nuten und unter der Schwächung des Wellenquerschnittes. Darüberhinaus müssen sie extrem sorgfältig gefertigt werden und sind daher teuer. Zusätzliche Schwierigkeiten bereitet die komplizierte Zwangsbewegung der Kugeln, da diese zwischen dem Rad und der Welle erfolgen muß und daher eine zentrale Bohrung in der Welle erfordert, in der eine Betätigungsvorrichtung sitzt.Such devices suffer from the extreme punctiform stress on both the balls and the edges of the grooves and from the weakening of the shaft cross section. In addition, they have to be manufactured extremely carefully and are therefore expensive. The complicated forced movement of the balls presents additional difficulties, since this must take place between the wheel and the shaft and therefore requires a central bore in the shaft in which an actuating device is seated.

In den meisten Fällen verwendet man daher fest auf der Welle sitzende Elemente (Zahnräder), die ihrerseits mit dem An- bzw. Abtrieb lösbar, beispielsweise ausrückbar, verbunden sind. Es werden zwar dadurch die oben geschilderten Probleme vermieden, doch sind die so geschaffenen Vorrichtungen voluminös und benötigen eigene Kupplungen und deren Betätigungsvorrichtungen. Im Falle der Ausrück-barkeit müssen entsprechende Schwenklager und Betätigungsvorrichtungen geschaffen werden.In most cases, therefore, elements (gearwheels) that are firmly seated on the shaft are used, which in turn are releasably connected, for example disengageable, to the input or output. Although this avoids the problems described above, the devices created in this way are bulky and require their own couplings and their actuating devices. In the event of disengagement, appropriate swivel bearings and actuators must be created.

Es ist somit das Ziel der Erfindung, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu vermeiden und eine Vorrichtung zu schaffen, die wenig Platz beansprucht, zuverlässig und langlebig ist und die darüberhinaus leicht für verschiedene Anwendungszwecke und Gebiete adaptierbar ist. 2It is therefore the object of the invention to avoid the disadvantages of the previously known solutions and to create a device which takes up little space, is reliable and durable and which, moreover, is easily adaptable for various applications and fields. 2nd

AT 402 093 BAT 402 093 B

Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, daß bei einer Vorrichtung der eingangs definierten Art die Hülse und der Kranz bei ausgerückter Kupplung relativ zueinander rotierbar angeordnet sind.According to the invention, it is provided that in a device of the type defined in the introduction, the sleeve and the ring are arranged so that they can rotate relative to one another when the clutch is disengaged.

Dies bedeutet, daß die beiden koaxial und im gleichen axialen Bereich angeordneten, einander entlang des Teilzylinders berührenden Teile über die frontal gegenüberstehende Hirth-Verzahnung miteinander 5 drehfest verbunden sind. Wird nun einer der drei Teile, beispielsweise der gegenüberstehende Teil, in axialer Richtung von der Teilebene weggeschoben, so sind die beiden anderen radial entlang des Teilzylinders voneinander getrennten Elemente nicht mehr an einer Relativverdrehung zueinander gehindert. In diesem Fall kann der Teilzylinder auch gestuft sein oder zu einem Kegelstumpf entarten.This means that the two parts arranged coaxially and in the same axial area, touching each other along the part cylinder, are connected to one another in a rotationally fixed manner via the frontally opposed Hirth toothing. If one of the three parts, for example the opposite part, is now pushed away from the part plane in the axial direction, the two other elements which are separated radially along the part cylinder are no longer prevented from rotating relative to one another. In this case, the partial cylinder can also be stepped or degenerate into a truncated cone.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung, insbesondere für höhere Lasten oder Drehzahlen, sind zwischen το den geteilten Elementen Wälzlager vorgesehen, wodurch die Bearbeitungskosten für die Elemente niedrig gehalten werden können.In an advantageous embodiment, in particular for higher loads or speeds, roller bearings are provided between the divided elements, as a result of which the processing costs for the elements can be kept low.

In einer bevorzugten Variante ist zwischen dem ungeteilten Element und zumindest einem der geteilten Elemente ein Synchronring vorgesehen. Diese Version ist besonders für häufiges Schalten unter Last vorteilhaft. 15 Es ist bei verschiedenen Vervendungszwecken möglich, verschiedene Zustände der Vorrichtung, in denen eine derartige Verbindung eingebaut ist, dadurch zu berücksichtigen, daß zwei oder alle drei der Elemente axial verschieblich angeordnet sind, so daß eine rotative Kupplung der einzelnen Elemente untereinander nur bei genau festgelegten Zuständen erfolgt.In a preferred variant, a synchronizer ring is provided between the undivided element and at least one of the divided elements. This version is particularly advantageous for frequent switching under load. 15 It is possible for different uses to take into account different states of the device in which such a connection is built in, that two or all three of the elements are arranged axially displaceably, so that a rotational coupling of the individual elements to one another only when precisely defined States.

Die Erfindung wird an Hand eines Türantriebes näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Zeichnung einen 20 Schnitt durch ein Türbaumrohr, dessen Verdrehung über ein Schneckengetriebe erfolgt.The invention is explained in more detail using a door drive. The only drawing shows a section through a door tube, which is rotated by a worm gear.

In der Figur ist eine Welle 1 dargestellt, auf der eine Hülse 2, beispielsweise mittels eines Keiles 3, drehtest aufgezogen ist. Im selben axialen Bereich wie die Hülse 2, aber außerhalb ihres Außenradius R, der einen Teilkreis und mit der Achse der Welle 1 einen Teilzylinder definiert, sitzt ein Radkranz 4, der eine Verzahnung 5 trägt. Der Radkranz 4 ist um die Hülse 2 an sich frei drehbar. 25 Die Hülse 2 und der Radkranz 4 weisen an dem in der Zeichnung unteren axialen Ende eine Hirth-Verzahnung 7' auf, die mit einer dazu kongruenten Hirth-Verzahnung 7" einer Gegenplatte 6 zusammenwirkt.In the figure, a shaft 1 is shown, on which a sleeve 2, for example by means of a wedge 3, is rotated. In the same axial area as the sleeve 2, but outside of its outer radius R, which defines a pitch circle and with the axis of the shaft 1 a pitch cylinder, sits a wheel rim 4, which has a toothing 5. The wheel rim 4 can be freely rotated around the sleeve 2. 25 The sleeve 2 and the wheel rim 4 have at the lower axial end in the drawing a Hirth serration 7 ', which has a congruent Hirth serration 7 " a counter plate 6 cooperates.

Die Verzahnung 5 des Radkranzes 4 wirkt mit einer Schnecke 8 zusammen, die von einem nicht dargestellten Motor in Drehung versetzt wird. Durch die Drehung der Schnecke 8 wird der Radkranz 4 und 30 über die Hirth-Verzahnung 7\ 7" und letzlich wieder 7' die Hülse 2 in Drehung versetzt, die wiederum durch den Keil 3 die Welle 1 mitnimmt. Die weitere Übertragung der Bewegung auf die nicht dargestellte Türe entspricht dem Stand der Technik und bedarf hier keiner näheren Erläuterung.The teeth 5 of the wheel rim 4 cooperate with a worm 8 which is rotated by a motor, not shown. By rotating the worm 8, the wheel rim 4 and 30 is over the Hirth toothing 7 \ 7 " and finally again 7 ', the sleeve 2 is rotated, which in turn drives the shaft 1 by means of the wedge 3. The further transmission of the movement to the door, not shown, corresponds to the prior art and requires no further explanation here.

Es ist bei derartigen Türen notwendig, eine händische Öffnungsmöglichkeit beim Ausfall des Antriebes vorzusehen. Da der Schneckenantrieb selbsthemmend oder zumindest extrem schwergängig ist, ist es 35 notwendig, die Wirkverbindung zwischen der Schnecke 8 und der Welle 1 auf einfache und zuverlässige Weise unterbrechen zu können.With such doors it is necessary to provide a manual opening option in the event of a drive failure. Since the worm drive is self-locking or at least extremely stiff, it is necessary to be able to interrupt the operative connection between the worm 8 and the shaft 1 in a simple and reliable manner.

Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Gegenplatte 6 in axialer Richtung von der Teilebene der Verzahnung 7', 7" wegbewegt wird, was im vorliegenden Fall durch Verdrehen der Zughülse 9 um das Gewinde 10 mittels einer Handhabe 11 erfolgt, wobei durch ein Lager 12 zwischen der Zughülse 9 und der 40 Gegenplatte 6 eine Relativverdrehung zwischen diesen beiden Elementen erfolgt, die notwendig ist, da die Gegenplatte 6 bei ausgefallenem Antrieb und somit blockierter Schnecke 8 keine Drehung um die Welle 1 vollführen kann. Es kommt aber durch das Gewinde 10 auch zu einer axialen Bewegung der Gegenplatte 6 samt der Zughülse 9 entlang der Welle 1, durch die schließlich die Hirth-Verzahnung außer Eingriff kommt.This is done according to the invention in that the counter plate 6 in the axial direction from the partial plane of the toothing 7 ', 7 " is moved away, which is done in the present case by rotating the tension sleeve 9 around the thread 10 by means of a handle 11, a relative rotation between these two elements taking place through a bearing 12 between the tension sleeve 9 and the 40 counterplate 6, which is necessary because the Counter plate 6 with failed drive and thus blocked worm 8 can not make a rotation around the shaft 1. However, the thread 10 also leads to an axial movement of the counter plate 6 together with the tension sleeve 9 along the shaft 1, through which the Hirth toothing finally disengages.

Von diesem Moment an ist der Radkranz 4 frei gegenüber der Hülse 2 beweglich und einem 45 händischen Verdrehen der Welle 1 steht nichts mehr im Wege.From this moment on, the wheel rim 4 can move freely relative to the sleeve 2 and nothing stands in the way of turning the shaft 1 by hand.

Zu Einrücken ist nur der Hebel 11 in die umgekehrte Richtung zu bewegen, bis es zum Eingriff kommt. Durch die Verdrehbarkeit des Radkranzes 4 gegenüber der Hülse 2 wird bei etwa nicht fluchtender Hirth-Verzahnung einer der beiden Teile solange mitgenommen, bis beide im Eingriff mit der Verzahnung der Gegenplatte 6 stehen. so Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Anwendung und nicht auf die gezeigte Ausführung beschränkt. So ist es möglich, den Radkranz 4 mit jeder anderen Form eines Anoder Abtriebes in Verbindung zu bringen und statt oder auch zusätzlich zur Gegenplatte entweder den Radkranz oder die Hülse axial verschieblich auszuführen, um eine Drehverbindung in Abhängigkeit von mehr als einer Bedingung zu schaffen bzw. zu lösen. 55 Daß das Ein- und Ausrücken nicht händisch erfolgen muß, versteht sich von selbst, es kann insbesondere bei Anwendungsgebieten, bei denen höhere Drehzahlen auftreten, vorteilhaft sein, zusätzlich zur Hirth-Verzahnung zumindest einen Synchronring vorzusehen, was für den Fachmann auf dem Gebiet des Getriebebaues und der Verzahnungslehre keine Probleme mit sich bringt. Diese Maßnahme wird man 3To engage, only move lever 11 in the opposite direction until it engages. Due to the rotatability of the wheel rim 4 relative to the sleeve 2, one of the two parts is carried along when the Hirth toothing is not aligned until both are in engagement with the toothing of the counter plate 6. The invention is not restricted to the application shown and not to the embodiment shown. It is thus possible to connect the wheel rim 4 to any other form of drive or output and, instead of or in addition to the counterplate, to design the wheel rim or the sleeve to be axially displaceable in order to create a rotary connection depending on more than one condition or to solve. 55 That the engagement and disengagement does not have to be done manually, it goes without saying that it can be advantageous, in particular in fields of application in which higher speeds occur, to provide at least one synchronizing ring in addition to the Hirth toothing, which is suitable for the person skilled in the field of Gear construction and the gearing theory brings no problems. This measure becomes 3

Claims

Take AT 402 093 B in particular if a shift is not only carried out manually, with low force and low speed, as in the illustrated embodiment, during an emergency operation, but under load and at noticeable speeds. Under " synchronizer ring " is understood here any synchronization device that enables or facilitates switching under load. It is of course also possible to design the Hirth toothing differently inside and outside the pitch circle, which is given by the always circular dividing line between the wheel rim 4 and the sleeve 2 in the area of the toothing, if this is due to considerations of the load and the power flow is deemed necessary. For manufacturing reasons, however, this will usually be avoided. In various fields of application, it is also possible to provide rolling bearings between the wheel rim 4 and the sleeve 2, which is likewise easy to determine and select by a person skilled in the art with knowledge of the invention and the field of application, taking into account the relative speeds and loads that occur. With such a configuration, one will avoid axial movement between the sleeve 2 and the wheel rim 4 as far as possible or provide corresponding axially movable bearings. Finally, it is also conceivable to design the wheel rim 4 as a sleeve and to provide a wheel rim radially outside, so that three mutually rotatable elements of the counterplate 6 face each other and can be separately engaged or disengaged. 1. Form-fitting, switchable coupling of coaxial, essentially rotationally symmetrical elements for the transmission of torques, using a spur toothing (7 ', 7 "), for example a Hirth toothing, in which one of the two is axially opposite one another on the partial toothing plane toothed elements in the area of the partial toothing plane is divided along a pitch circle (R) into a sleeve (2) and a ring (4) and the other toothed element (6), viewed in the radial direction, is located both inside and outside the pitch circle ( R) extends, and at least one of these three elements (2, 4, 6) being displaceable in the axial direction away from the partial tooth plane, characterized in that the sleeve (2) and the ring (4) are arranged such that they can rotate relative to one another when the clutch is disengaged are.

2. Coupling according to claim 1, characterized in that with axial displacement of the undivided element (6) the division of the divided elements (2, 4) takes place along a cone or a stepped cylinder.

3. Coupling according to claim 1, characterized in that rolling bearings are provided between the divided elements (2, 4).

4. Coupling according to one of the preceding claims, characterized in that a synchronizer ring is provided between the undivided element (6) and at least one of the divided elements (2, 4). Including 1 sheet of drawings 4