CH615985A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronzahnkupplung gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Wenn solche Kupplungen bei hohen Kräften und Geschwindigkeiten zum Einsatz kommen, so gelangt man zu einem Betriebspunkt, bei welchem die Zentrifugalkräfte in den Teilen grossen Durchmessers unannehmbar hoch sind. Dadurch wird die Betriebssicherheit und/oder Lebensdauer der Kupplung drastisch eingeschränkt. Noch schwerer können die Folgeschäden wiegen, falls die Kupplung während des Betriebs versagt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Synchronzahnkupplung der eingangs genannten Art, um die Nachteile bestehender Ausführungen zu vermeiden und um insbesondere die Belastbarkeit der Kupplung zu steigern, ohne ihre radialen Abmessungen zu vergrössern. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierten Massnahmen gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Synchronzahn-kupplung sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 umschrieben.

Bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstands sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen schematisch:

Fig. 1 eine erste Synchronzahnkupplung, wobei die obere Hälfte der Figur die Kupplung im ausgekuppelten und die untere Hälfte der Figur die Kupplung im eingekuppelten Zustand zeigt;

Fig. 1A einen Schnitt längs der Linie 1A-1A der Fig. 1;

Fig. 2 eine zweite Synchronzahnkupplung in ähnlicher Darstellungsweise wie in Fig. 1; und

Fig. 2A einen Schnitt längs der Linie 2A-2A der Fig. 2.

In der folgenden Beschreibung beziehen sich die Bezeichnungen «rechts» und «links» jeweils auf die in den Figuren gewählten Seiten bzw. (Dreh-)Richtungen.

Die erste Synchronzahnkupplung weist einen ersten drehbeweglichen Kupplungsteil 1 in Form einer Aussenhülse auf, der mit einem radial nach aussen abstehenden Ringflansch 2 zur Befestigung an einer nicht dargestellten Welle versehen ist. Der erste Kupplungsteil 1 weist mit axialem Abstand voneinander zwei Zahnkränze 3, 4 auf, deren Zähne gerade ausgebildet sind und nach innen ragen. Der Zahnkranz 3 bildet einen ersten und der Zahnkranz 4 einen zweiten Kupplungszahnkranz. Der zweite drehbewegliche Kupplungsteil 5 ist als Wellenstummel angedeutet, dessen linkes Ende mit einem radial nach aussen abstehenden zweiten Ringflansch 6 zur Befestigung an einer weiteren, nicht dargestellten Welle versehen ist. Über dem grösseren Teil seiner Länge, und zwar an seinem linken Ende, weist der zweite Kupplungsteil 5 aussen linksgängige, schraubenlinienförmige Federn 7 auf, die in innere, schraubenlinienförmige Nuten 8 eines hülsenartigen, ersten Zwischengliedes 9 greifen. Uber dem grösseren Teil seiner Länge, und zwar an seinem rechten Ende, weist der zweite Kupplungsteil 5 einen kleineren Durchmesser auf und ist dort starr mit einer Hülse 10 verbimden. Letztere weist aussen rechtsgängige, schraubenlinienförmige zweite Federn 11 auf, die in innere, schraubenlinienförmige zweite Nuten 12 eines zweiten hülsenartigen Zwischengliedes 13 greifen. Die Hülse 10 wird durch ein Halteglied 14, das an den zweiten Kupplungsteil 5 angeschraubt ist, festgehalten.

Das erste Zwischenglied 9 weist aussen einen dritten Kupplungszahnkranz 15 mit geraden Zähnen auf, ferner Ratschklinken 16, die je auf einem Klinkenbolzen 7 schwenkbeweglich gelagert sind, und einen zylindrischen Fortsatz 18 mit einem Kranz von nach innen ragenden Zähnen 19. Letztere stehen mit nach aussen ragenden Zähnen 20 in Eingriff, die in axialer Richtung länglich ausgebildet und am zweiten Zwischenglied 13 angeordnet sind. Das zweite Zwischenglied 13 weist ausserdem aussen einen vierten Kupplungszahnkranz 21 mit geraden Zähnen auf.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Gemäss dem oberen Teil der Fig. 1 befindet sich im ausgekuppelten Zustand das erste Zwischenglied 9 in seiner linken Endstellung, wobei es an einem axialen Anschlag anliegt, der durch den Ringflansch 6 gebildet ist. Der dritte Kupplungszahnkranz 15 befindet sich links vom ersten Kupplungszahnkranz 3, d. h. beide sind ausser Eingriff. Alle Ratschklinken 16 befinden sich entweder in einer Nichteingriffsstellung, in der sie über den ersten Kupplungszahnkranz 3 schleifen oder in einer Eingriffsstellung, in der sie in letzteren eingreifen, je nach der relativen Drehrichtung der beiden Kupplungsteile 1,

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5. Gleichzeitig befindet sich das zweite Zwischenglied 13 in seiner rechten Endstellung, wobei es an einem axialen Anschlag anliegt, der durch das Halteglied 14 gebildet ist. Der vierte Kupplungszahnkranz 21 liegt dabei rechts vom zweiten Kupplungszahnkranz 4, d. h. beide sind ausser Eingriff.

Die Ratschklinken 16 sind gemäss Fig. 1A so angeordnet, dass ihre Nasen - bei Betrachtung der Fig. 1 von links - in Uhrzeigersinn weisen; dreht sich also der erste Kupplungsteil 1 relativ zum zweiten Kupplungsteil 5 im Uhrzeigersinn, so schleifen sie über den ersten Kupplungszahnkranz 3 und die Kupplung läuft frei. Beschleunigt man den zweiten Kupplungsteil 5 im Uhrzeigersinn und ist er dabei, den ersten Kupplungsteil 1 zu überholen, so greifen bei gleicher Drehzahl der beiden Kupplungsteile 1, 5 die Ratschklinken 16 in den ersten Kupplungszahnkranz 3 ein. Das erste Zwischenglied 9 wird dann relativ zum zweiten Kupplungsteil 5 schraubenlinienförmig nach rechts verschoben, um einen Eingriff des dritten Kupplungszahnkranzes 15 mit dem ersten Kupplungszahnkranz 3 zu bewirken. Gleichzeitig mit dieser Bewegung des ersten Zwischengliedes 9 wird das zweite Zwischenglied 13 unter der Wirkung der ineinandergreifenden Zähne 19, 20 nach links verschoben, um den vierten Kupplungszahnkranz 21 mit dem dritten Kupplungszahnkranz 4 in Eingriff zu bringen.

Der Teileingriff des ersten Kupplungszahnkranzes 3 mit dem dritten Kupplungszahnkranz 15 bewirkt, dass das erste Zwischenglied 9 weiter nach rechts verschoben wird. Der Teileingriff des zweiten Kupplungszahnkranzes 4 mit dem vierten Kupplungszahnkranz 21 bewirkt gleichzeitig, dass das zweite Zwischenglied 13 weiter nach links verschoben wird. Sobald sowohl die Zähne des ersten und des dritten Kupplungszahnkranzes 3, 15 als auch die Zähne des zweiten und des vierten Kupplungszahnkranzes 4, 21 in vollem Eingriff miteinander stehen, liegen die beiden Zwischenglieder 9,13 in ihrer inneren Endstellung aneinander an (untere Hälfte der Fig. 1). Dabei dient das erste Zwischenglied 9 als axialer Anschlag für das zweite Zwischenglied 13, um dessen Bewegung nach links zu begrenzen, während das zweite Zwischenglied 13 als axialer Anschlag für das erste Zwischenglied 9 dient, um dessen Bewegung nach rechts zu begrenzen. Durch den Eingriff des ersten Kupplungszahnkranzes 3 mit dem dritten Kupplungszahnkranz 15 ergibt sich ein erster Kraftflussweg zwischen beiden Kupplungsteilen 1, 5. In gleicher Weise ergibt sich durch den Eingriff des zweiten Kupplungszahnkranzes 4 mit dem vierten Kupplungszahnkranz 21 ein zweiter Kraftflussweg zwischen beiden Kupplungsteilen 1, 5.

Wegen des Zusammenwirkens der schraubenlinienförmigen ersten Federn 7 mit den ersten Nuten 8, bzw. zwischen den zweiten Federn 11 mit den zweiten Nuten 12 wirken die Zwischenglieder 9,13 so aufeinander ein, dass die durch die Kupplung zu übertragende Last auf beide Kraftflusswege aufgeteilt wird. Das bedeutet, dass sich die Synchronzahnkupplung besonders zur Übertragung grosser Kräfte bei hohen Geschwindigkeiten eignet, ohne dass die Durchmesser der rotierenden Bauteile der Kupplung so gross bemessen werden müssen, dass die von den Zentrifugalkräften herrührenden Spannungen unerwünscht hohe Werte annehmen.

Bei Umkehr der relativen Drehrichtung beider Kupplungsteile 1, 5 kommen die Kupplungszahnkränze 3,15, bzw. 4, 21 wieder frei. Deswegen und wegen der Wirkungsweise der Zähne 19, 20 sowie der schraubenlinienförmigen Federn 7, 11 und Nuten 8,12 werden die beiden Zwischenglieder 9,13 wieder voneinander getrennt, bis sie in ihren äusseren Endstellungen anschlagen (oberer Teil der Fig. 1).

Gemäss einer nicht dargestellten Ausführungsvariante der neuen Kupplung können die Federn und Nuten gerade, d. h. achsparallel, ausgebildet sein, während die Zähne der Kupplungszahnkränze und die Ratschklinken schraubenlinienförmige Arbeitsflächen aufweisen. Gemäss einer dritten, ebenfalls nicht dargestellten Ausführungsvariante sind alle vorstehend genannten Arbeitsflächen schraubenlinienförmig ausgebildet, wobei die Neigungen der Arbeitsflächen der Kupplungszähne sowie die der Ratschklinken gegenüber der Kupplungsachse in geeigneter Weise von den Neigungen der Arbeitsflächen der Federn und Nuten gegenüber der Kupplungsachse abweichen.

Die zweite Synchronzahnkupplung der Fig. 2 und 2A zeigt einen ersten Kupplungsteil 23, 24 in Form von zwei miteinander verschraubten Hülsen. Die in Fig. 2 linke Hülse 23 weist einen Kranz von geraden, nach innen ragenden Zähnen auf, welcher den ersten Kupplungszahnkranz 25 bildet. Die in Fig. 2 rechte Hülse 24 weist einen Flansch zur Befestigung an einer nicht dargestellten Welle sowie einen Kranz von geraden, nach innen ragenden Zähnen auf, der den zweiten Kupplungszahnkranz 26 bildet. Die Hülsen 23, 24 sind so ausgebUdet, dass sie beide eine ringförmige innere Nut begrenzen, in der ein Ring 27 fest angeordnet ist. Letzterer weist nach innen ragende Ratschzähne 28 auf, die gegenüber den Zähnen der Kupplungszahnkränze 25,26 die erforderliche Winkelbeziehung aufweisen.

Der zweite Kupplungsteil 29 ist in Fig. 2 durch einen Wellenstummel mit einem Flansch 30 zur Befestigung an einer weiteren nicht dargestellten Welle angedeutet. Am linken Teil des zweiten Kupplungsteils 29 sind aussen linksgängige, schraubenlinienförmige Federn 31 angebracht. Auf dem rechten Teil des zweiten Kupplungsteils 29 ist eine Hülse 32 angeordnet, die aussen rechtsgängige, schraubenlinienförmige Federn 33 aufweist. Die Hülse 32 ist durch ein Halteglied 34, das am zweiten Kupplungsteil 29 angeschraubt ist, gegen axiale Verschiebung gesichert. Der mittlere Teil des zweiten Kupplungsteils 29 weist aussen eine Ringnut 35 auf, welche einen schwimmenden Kupplungsteil aufnimmt, der aus zwei durch nicht dargestellte Schrauben miteinander verbundenen Ringen 36, 36' gebildet ist. Der schwimmende Kupplungsteil 36, 36' trägt Ratschklinken 37, die auf je einem Klinkenbolzen 38 schwenkbar befestigt sind. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist die innere Umfangsfläche des zweiten Kupplungsteils 36, 36' gegenüber der Sohle der Ringnut 35 radiales Spiel auf, während die Seitenflächen des zweiten Kupplungsteils 36, 36' gegenüber den Seitenflächen der Ringnut 35 axiales Spiel aufweisen. Ein erstes Zwischenglied 39 hat die Form einer Hülse, die innen mit schraubenlinienförmigen Nuten 40 versehen ist. In diese Nuten 40 greifen äussere, schraubenlinienförmige Federn 31 des zweiten Kupplungsteils 29. Das erste Zwischenglied 39 weist ferner einen Kranz von äusseren Zähnen auf, der den dritten Kupplungszahnkranz 41 bildet, ferner gerade, äussere Federn 42, welche in innere Nuten 43 eines Ringes 44 eingreifen, der einstückig mit dem in Fig. 2 linken Ring 36' des schwimmenden Kupplungsteils 36, 36' ausgebildet ist. Ein zweites Zwischenglied 45 in Form einer Hülse ist innen mit schraubenlinienförmigen Nuten 46 versehen, in die die Federn 33 des zweiten Kupplungsteils 29 eingreifen. Das zweite Zwischenglied 45 weist ferner einen Kranz von geraden, nach aussen ragenden Zähnen auf, welcher den vierten Kupplungszahnkranz 47 bildet, ferner gerade, äussere Federn 48, welche in innere Nuten 49 eines Ringes 50 eingreifen, der einstückig mit dem in Fig. 2 rechten Ring 36 des schwimmenden Kupplungsteils 36, 36' ausgebildet ist.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Im ausgekuppelten Zustand (obere Hälfte der Fig. 2) befindet sich das erste Zwischenglied 39 in seiner linken Endstellung, in der es an einem axialen Anschlag anliegt, der durch den Flansch 30 gebildet wird. Der dritte Kupplungszahnkranz 41 befindet sich links vom ersten Kupplungszahnkranz 25, d. h. beide sind ausser Eingriff. Das zweite Zwischenglied 45 ist in seiner rechten Endstellung, in welcher es gegen einen axialen Anschlag anliegt, der durch das Halteglied 34 gebildet s

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wird. Der vierte Kupplungszahnkranz 47 befindet sich rechts vom zweiten Kupplungszahnkranz 26, d. h. beide sind ausser Eingriff.

Bei Betrachtung der Kupplung von ihrem linken Ende weisen die Nasen der Rastklinken 37 im Uhrzeigersinn (Fig. 2A). Wenn sich der erste Kupplungsteil 23,24 relativ zum zweiten Kupplungsteil 29 im Uhrzeigersinn dreht, so schleifen die Ratschzähne 28 über die Nasen der Ratschklinken 37 und die Kupplung läuft frei. Beschleunigt man den zweiten Kupplungsteil 29 im Uhrzeigersinn, und ist er dabei, den ersten Kupplungsteil 23,24 zu überholen, so greifen bei gleicher Drehzahl der beiden Kupplungsteile die Ratschklinken 37 zwischen die Ratschzähne 28, und der schwimmende Kupplungsteil 36, 36' dreht sich relativ zum zweiten Kupplungsteil 29 im Gegenuhrzeigersinn. Da die linksgängigen, schraubenlinienförmigen Federn 42 in die Nuten 43 greifen, bewirkt die genannte Relativdrehung des schwimmenden Kupplungsteils 36, 36', dass das erste Zwischenglied 39 schraubenlinienförmig relativ zum zweiten Kupplungsteil 29 nach rechts verschoben wird. Dabei gelangen der erste und der dritte Kupplungszahnkranz 25,41 miteinander in Eingriff. Da die rechtsgängigen, schraubenlinienförmigen Federn in die Nuten 49 greifen, bewirkt die genannte Relativdrehung des schwimmenden Kupplungsteils 36, 36' ferner, dass das zweite Zwischenglied 45 relativ zum zweiten Kupplungsteil 28 schraubenlinienförmig nach links verschoben wird. Dabei gelangen der zweite und der vierte Kupplungszahnkranz 26,47 miteinander in Eingriff. Der Teileingriff der Kupplungszahnkränze 25,41 bewirkt, dass das erste Zwischenglied 39 weiter nach rechts verschoben wird, bis der erste und der dritte s Kupplungszahnkranz 25,41 voll in Eingriff kommen. Dadurch entsteht ein erster Kraftflussweg zwischen beiden Kupplungsteilen 23, 24; 29. Der Teileingriff der Kupplungszahnkränze 26, 47 bewirkt, dass das zweite Zwischenglied 45 weiter nach links verschoben wird, bis der zweite und der dritte Kupp-lo lungszahnkranz 26,47 voll in Eingriff kommen. Dadurch entsteht ein zweiter Kraftflussweg zwischen den beiden Kupplungsteilen 23, 24; 29. Das Zwischenglied 39 liegt dann am Ring 36' und das Zwischenglied 45 am Ring 36 des schwimmenden Kupplungsteils 36, 36' an. Infolge des Zusammenwir-ls kens der schraubenlinienförmigen Nuten und Federn 31, 33, 40, 46 und wegen der schwimmenden Lagerung des Kupplungsteils 36, 36' dank der oben genannten Spiele wirken die Zwischenglieder 39, 45 so aufeinander, dass die Last auf die beiden Kraftflusswege aufgeteilt wird. Vorteilhaft werden die 20 Arbeitsflächen der Kupplungszähne und der Federn und Nuten bezüglich ihrer Neigung zur Achse der Kupplung so ausgebildet und angeordnet, dass während des Eingriffs der Zähne der Kupplungszahnkränze der Ring 36 relativ zum ersten Kupplungsteil 24 in Drehung versetzt wird, so dass die 25 Ratschklinken 37 nicht an den Ratschzähnen 28 angreifen und somit unbelastet sind.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

615 985 PATENTANSPRÜCHE

1. Selbstschaltende Synchronzahnkupplung mit einem ersten drehbeweglichen Kupplungsteil (1; 23, 24), mit einem zweiten drehbeweglichen Kupplungsteil (5; 29) und mit Mitteln (16, 19, 20; 37,42,43, 48,49), um das Einrücken der Kupplung auszulösen, wenn der eine der beiden Kupplungsteile den anderen Kupplungsteil in einer vorbestimmten Drehrichtung überholt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kupplungsteil (1; 23, 24) einen ersten (3; 25) und einen zweiten (4; 26) Kupplungszahnkranz trägt, dass ein erstes Zwischenglied (9; 39) relativ zum zweiten Kupplungsteil (5; 29) beweglich ist und einen dritten Kupplungszahnkranz (15; 41) trägt, dass ein zweites Zwischenglied (13; 45) relativ zum zweiten Kupplungsteil (5; 29) beweglich ist und einen vierten Kupplungszahnkranz (21; 47) trägt, wobei die Mittel (16,19, 20; 37, 42, 43,48, 49) zum Auslösen derart mit ersten schraubenlinien-förmigen Antriebsflächen (7, 8; 31,40) zusammenwirken, dass das erste Zwischenglied (9; 39) relativ zum zweiten Kupplungsteil (5; 29) verschoben wird, um den dritten Kupplungszahnkranz (15; 41) mit dem ersten Kupplungszahnkranz (3; 25) in Eingriff zu bringen, und derart mit zweiten schraubenli-nienförmigen Antriebsflächen (11,12; 33, 46) zusammenwirken, dass gleichzeitig das zweite Zwischenglied (13; 45) relativ zum zweiten Kupplungsteil (5; 29) verschoben wird, um den vierten Kupplungszahnkranz (21; 47) mit dem zweiten Kupplungszahnkranz (4; 26) in Eingriff zu bringen, so dass zwischen dem ersten Kupplungsteil (1; 23, 24) und dem zweiten Kupplungsteil (5; 29) über die ersten Antriebsflächen (7, 8; 31, 40) ein erster Kraftflussweg (7, 8,15, 3; 31,40,41,25) und über die zweiten Antriebsflächen (11,12; 33,46) ein zweiter Kraftflussweg (11,12, 21, 4; 33, 46, 47, 26) gebildet werden, wobei die beiden Zwischenglieder (9,13; 39,45) beim Einrücken der Kupplung durch die Antriebsflächen so zur gegenseitigen Einwirkung gebracht werden, dass die Last auf beide Kraftflusswege aufgeteilt wird.

2. Synchronzahnkupplung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung des ersten Zwischenglieds (9; 39) relativ zum zweiten Kupplungsteil (5; 29) und die Verschiebung des zweiten Zwischenglieds (13; 45) relativ zum zweiten Kupplungsteil (5; 29) durch axiale Schraubbewegungen erzwungen werden, wobei die ersten Antriebsflächen (7, 8; 31, 40) einen Schraubsinn aufweisen, der dem der zweiten Antriebsflächen (11,12; 33, 46) entgegengesetzt ist.

3. Synchronzahnkupplung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zwischenglieder (9; 13) bei Kupplungseingriff unmittelbar aufeinander einwirken (Fig. 1).

4. Synchronzahnkupplung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zwischenglieder (39; 45) bei Kupplungseingriff über einen schwimmenden Kupplungsteil (36, 36') aufeinander einwirken (Fig. 2).