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Sperrsynchronisierte Klauenkupplung Die Erfindung betrifft sperrsynchronisierte
Klauenkupplungen, bestehend aus zwei miteinander zu kuppelnden Klauenkränzen, einer
der Synchronisation vor dem Einrücken dienenden federbelasteten Reibungskupplung
und einem federbelasteten Verriegelungsglied, das bis zum Erreichen eines genauen
oder angenäherten Synchronismus ein Einrücken der Klauenkränze verhindert.
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Bei bestimmten Antrieben, insbesondere bei solchen unter Verwendung
mehrstufiger Getriebe, ist es erwünscht, solche Kupplungen zu benutzen, die den
Schaltvorgang erst dann wirksam werden lassen, wenn zwischen den zu kuppelnden umlaufenden
Getriebeteilen Synchronismus besteht, so daß eine stoßartige Belastung der Getriebezähne
vermieden wird.
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Bisher war es dazu erforderlich, daß die Drehzahl der einen Kupplungshälfte
die Drehzahl der anderen Kupplungshälfte überholt. Im Augenblick des Gleichlaufs
faßt dann die Reibungskupplung, und im Augenblick des Überholens wird auch die Sperre
für die Klauenkupplung aufgehoben. Dabei ist es jedoch nicht gleichgültig, ob die
Antriebs- oder die Abtriebsseite ihre Drehzahl ändert, denn die Richtung der zum
Verriegeln ausgenutzten Beharrungsmomente ist für die Funktion ausschlaggebend.
So ist z. B. eine Kupplung bekannt, bei der ein Klauenkupplungskranz verschiebbar
und vierdrehbar auf einer Welle angeordnet ist. Ein in dem verschiebbaren Kranz
angeordneter Stift greift in eine Schrägnut in der Welle.
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Treten nun Beharrungskräfte zwischen diesen beiden Teilen auf, so
ist es unmöglich, den verschiebbaren Teil axial auf der Welle zu bewegen. Erst wenn
beim Überholvorgang diese Beharrungskräfte in umgekehrter Richtung (d. h. der Nutrichtung
entsprechend) wirken, ist es möglich, die Kupplung einzurücken. Durch die Ausbildung
der Nut in der Welle ist diese Kupplung für Überholvorgänge in nur einer Richtung
geeignet. Stehen z. B. die zu kuppelnden Glieder beide still, was einem Synchronlauf
entspricht, so ist das Einkuppeln unmöglich, weil dazu ein Überholen notwendig wäre.
Auch für den Fall, daß die treibende Welle vorübergehend zur getriebenen Welle wird,
sind derartige Kupplungen nicht verwendbar.
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Es sind auch Synchronisiereinrichtungen für Klauenkupplungen, z. B.
in Zahnräderwechselgetrieben von Kraftfahrzeugen, bekannt, bei denen unter Vorspannung
stehende Federn am Umfang eines auf der Welle axial verschiebbaren Kupplungsteiles
so angeordnet sind, daß sie bestrebt sind, einen konzentrisch zur Welle drehbaren
Sperring in einer neutralen Stellung zu halten, die ein Einkuppeln zuläßt. Der Sperring
wird entgegen den an ihm wirkenden Federkräften unter dem Einfluß des beim Synchronisieren
auftretenden Reibungsmomentes bei ungleicher Drehzahl der zu kuppelnden Wellen verdreht,
wodurch bis zum Erreichendes Gleichlaufs das Einrücken der Klauenkupplung verhindert
wird.
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Bei Antrieben für Bergwerksmaschinen werden nun selbstsynchronisierende
Kupplungen benötigt, die große Kräfte übertragen können, für verschiedene Aufgaben
geeignet sind und auch bei rauher und unsachgemäßer Behandlung keinen Anlaß zu Störungen
geben. Die Verwendung unter Tage zwingt außerdem zu einer möglichst raumsparenden
Gestaltung der Kupplungen.
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Nach der Erfindung wird eine sperrsynchronisierte Klauenkupplung geschaffen,
bestehend aus zwei miteinander zu kuppelnden Klauenkränzen, einer der Synchronisation
vor dem Einrücken dienenden federbelasteten Reibungskupplung und. einem federbelasteten
Verriegelungsglied, das bis zum Erreichen eines genauen oder angenäherten Synchronismus
ein Einrücken der Klauenkränze verhindert. Erfindungsgemäß ist eine konzentrisch
zur Kupplungswelle angeordnete Schraubenfeder vorgesehen, die axial zwischen der
Schaltmuffe der Klauenkupplung und der dem Synchronisieren dienenden Reibungskupplung
eingeschaltet und zugleich mit einer im Sinne einer Entriegelung der Einrücksperre
wirkenden Torsionsvorspannung zwischen die Kupplungsschaltmuffe und das relativ
dazu vierdrehbare Verriegelungsglied eingeschaltet ist.
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Vorzugsweise umgibt das Verriegelungsglied zwei konzentrisch ineinanderliegende,
einen auf der Welle verschiebbaren Klauenkranz umgebende vierdrehbare Hülsen, und
die Hülsen weisen Vorsprünge auf, welche unter der Wirkung der Torsionsspannung
der Feder an Nasen des Verriegelungsgliedes und des Klauenkranzes anliegen.
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Die dem Klauenkranz zugekehrte Stirnseite des Verriegelungsgliedes
kann einen Teil .der Reibungskupplung tragen oder bilden.
Zweckmäßig
ist auf der Nabe ,des Klauenkupplungsteiles die Muffe befestigt, an deren Umfang
axiale Klauen vorgesehen sind, die bei symmetrischer Einstellung der Nasen des Verriegelungsgliedes
gegenüber den Nasen des Klauenkupplungsteiles ailf Aussparungen des Verriegelungsgliedes
ausgerichtet; 'sind.
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Im allgemeinen ist die Kupplung in an sich bekannter Weise spiegelbildlich
als Doppelkupplung ausgebildet.
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Die Wirkung der Kupplung ist derart, daß bei einer gegensinnigen Verdrehung
der beiden konzentrisch zueinander angeordneten Kupplungskränze unabhängig von der
absoluten Drehrichtung der Kupplung die vorgespannte Feder noch zusätzlich gespannt
wird. Dabei ist es erforderlich, daß die Federvorspannung kleiner als das Reibmoment
der Synchronisierkupplung. ist, denn -dieses Reibmoment, d. h. die von der Synchronisierkupplung
aufzubringenden Beschleunigungs- oder Bremskräfte, sollen die konzentrisch angeordneten
Kupplungsglieder entgegen der Wirkung der vorgespannten Feder so gegeneinander verdrehen,
daß das Einrückender Klauenkränze der Kupplung unmöglich ist. Erst wenn die Beschleunigungs-
oder Bremskräfte das der Federvorspannung entsprechende Leerlaufdrehmoment unterschreiten,
kann sich die Torsionsspannung der Feder auswirken, so daß die Verriegelung gelöst
wird. Die Verriegelung der Kupplung ist also unabhängig von der Kraftrichtung der
wirksamen Momente.
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Die Schraubenfeder, die konzentrisch zu den Kupplungskränzen und der
Welle angeordnet-ist und deren Torsionsmoment für die Ver- und Entriegelung sorgt,
bewirkt durch ihre axiale Federkraft auch das Einrücken selbst.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Wechselkupplung, Fig.2 eine Ansicht
der Kupplung nach Fig. 1, Fig.3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1,
Fig.4 schematisch ein Anwendungsbeispiel.
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In der Fig. 1 sind mit 1 und 1' die mit der Welle 2 zu kuppelnden
Zahnräder für Vorwärts- und Rückwärtsgang bezeichnet. je ein zylindrisches Verriegelungsglied
3, 3' umschließt die übrigen Teile der Kupplung. Die eine Stirnseite 4, 4' der Verriegelungsglieder3,
3' ist jeweils ein Teil einer Reibungskupplung und wirkt mit entsprechenden, an
den Zahnrädern 1,1' angeordneten Teilen 5, 5' zusammen. An den anderen Stirnseiten
der Verriegelungsglieder 3, 3' sind radial Nuten 6, 6' angeordnet, die in Klauen
7, 7' eingreifen, die an einer Schaltmuffe 8 befestigt sind. Nur in einer bestimmten
Stellung können die Klauen 7, 7' in die Nuten 6, 6' eingreifen. Die Funktion wird
an Hand der Fig. 1 bis 3 erläutert.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Wechselkupplung, d. h., es sind auf einer
gemeinsamen Welle zwei wechselseitig wirkende, spiegelbildlich angeordnete, konstruktiv
gleiche Kupplungen vorgesehen. Die linke Kupp-Iung ist im Eingriff @dargestellt,
während die rechte Kupplung sich außer Eingriff befindet. Da die Wirkung der beiden
Kupplungen gleich ist, wird nur die eine beschrieben.
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Das auf der Welle 2 mittels Kugellager 9 gelagerte Zahnrad 1 ist abgebrochen
dargestellt. Stirnseitig ist an dem Zahnrad ein schon erwähnter Kupplungsreibring
5 befestigt, der mit dem entsprechenden Kupp-Iungsreibring 4 des Verriegelungsgliedes
3 zusammenarbeitet. Die Stirnseite des Zahnrades 1 hat außerdem Klauen 10, in die
die Klauen 11 des Kupplungsgliedes 12 eingreifen können. Dieses Klauenkupplungsglied
12
ist über die Nut 13 und die Feder 14 drehfest, jedoch axial verschieblich
auf der Welle 2 gelagert und mit der Schaltmuffe 8 verbunden. Die an der Muffe 8
in axialer Richtung wirkende Schaltkraft wird also unmittelbar auf das Klauenkupplungsglied
12 übertragen. Gegenüber dem Klauenkupplungsglied 12 verdrehbar und axial verschieblich
ist das Verriegelungsglied 3 auf diesem gelagert, und zwar so, daß die Verdrehung
dieser beiden Teile gegeneinander auf ein bestimmtes Maß begrenzt wird. Diese Verdrehungsbegrenzung
geht aus Fig. 3 hervor. Von dem Verriegelungsglied 3 erstrecken sich radial nach
innen und von dem Klauenkupplungsglied 12 radial nach außen Nasen 15 bzw. 16, wobei
die Innen- bzw. Außenflächen der Nasen zur gegenseitigen Lagerung und Führung der
Teile 3 und 12 dienen. In die kanalartigen Hohlräume 17, die durch die Nasen zwischen
den beiden Kupplungsteilen 3 und 12 gebildet. werden, greifen Vorsprünge 18 und
19 zweier zwischen dem Klauenkupplungsglied 12 und dem Verriegelungsglied 3 konzentrisch
zueinander angeordneten Hülsen 20 und 21. Auf diese beiden zylindrischen Hülsen
wirkt die Torsionskraft einer Schraubenfeder 22, deren Enden mit je einer der Hülsen
20 und 21 verbunden sind. In unbelastetem Zustand, d. h. solange keine Kraft in
Umfangsrichtung am Klauenkupplungsglied 12 oder am Verriegelungsglied 3 wirkt, liegen
die äußeren Seitenflächen der Vorsprünge 18 und 19 an denen der Nasen 15 und 16
unter Vorspannung an, so daß durch diese Vorspannung die Stellung der Nasen 15 und
16 zueinander über den ganzen Umfang symmetrisch ist. Ganz gleich, in welcher Richtung
das Klauenkupplungsglied 12 und das Verriegelungsglied 3 gegeneinander verdreht
werden, werden die Vorsprünge 18 und 19 der Hülsen 20 und 21 unter zusätzlicher
Spannung der Feder 22 in Umfangsrichtung übereinandergeschoben, bis sie sich decken
und eine weitere Relativdrehung der Teile 3 und 12 verhindern. Eine relative Verdrehung
der beiden Teile 3, 12 ist also nur in gewissen Grenzen möglich. Dieser Effekt ist
drehrichtungsunabhängig, da bei Relativdrehung der Teile 3, 12 in beiden Umfangsrichtungen
stets die Vorsprünge 18 und 19 aufeinander zu bewegt werden, d. h., die Torsionsfeder
wird jeweils zusätzlich gespannt, und die übereinandergeschobenen Vorsprünge 18,
19 dienen stets als Anschlag für .die Nasen 15, 16.
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In der Fig. 3 gezeigten Stellung, d. h. in der Stellung, bei der keine
Verdrehungskräfte auf die Teile 3 und 12 wirken, ist ein Eingriff der Kupplungsklauen
11 in die entäpreclienden Klauen 10 des Zahnrades 1 möglich, weil die Hilfsklauen
7 (Fig. 2) an der Muffe 8 so angeordnet sind, daß sie in dieser Stellung in die
entsprechenden Nuten 6 des Verriegelungsgliedes 3 eindringen können.
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Wirken jedoch irgendwelche Kräfte in Umfangsrichtung auf eines der
beiden Teile 3 und 12, so tritt eine Verdrehung des einen Teils gegenüber dem anderen
auf, so daß die Klauen 7 sich nicht mehr mit den Nuten 6 decken und an der Stirnfläche
des Verriegelungsgliedes 3 unter Überwindung .der axialen Kraft der Feder 22 zur
Anlage kommen. Das Verriegelungsglied 3 kann aber, da es mit seiner anderen Stirnseite
4 an dem Kupplungsreibring 5 anliegt, in diesem Fall nicht weiter axial verschoben
werden, so daß auch die Klauen 11 nicht mit den Gegenklauen 10 des Zahnrades 1 in
Eingriff kommen können. Die auch axial wirkende Feder 22 drückt .die Hülsen 20 und
21 auseinander, so daß bei axialer Verschiebung der Muffe 8
(Fig.
1) nach rechts zuerst der Kupplungsreibring4 des Verriegelungsgliedes 3 in Berührung
mit dem Kupplungsreibring 5 des Zahnrades 1 kommt, wobei vorerst nur die durch die
axiale Federung bestimmte Andrückkraft auftritt.
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Der Kupplungsvorgang verläuft in folgender Weise: Das von einem Zahnrad
31 (Fig. 4) angetriebene Zahnrad 1 soll mit derWelle2gekuppeltwerden, wobei die
die Welle 34 drehende Antriebsmaschine selbst durch eine übliche Kupplung vorher
abgeschaltet worden ist. Die mit dem Zahnrad 1 in Verbindung stehenden Schwungmassen
lassen ein unmittelbares Einkuppeln der Klauenkränze 11, 10 nicht zu. Die den Kupplungsvorgang
einleitende Irraft wirkt axial über die Muffe 8 auf das Klauenkupplungsglied 12
und verschiebt somit das Klauenkupplungsglied 12 und das Verriegelungsglied 3 in
Richtung auf das Zahnrad 1 so lange, bis die Reibungskupplung 4, 5 in Eingriff kommt,
wobei die Andrückkraft der Axialkraft der Feder 22 entspricht.
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Durch das Schlupfmoment der Reibungskupplung 4, 5 werden die Drehzahlen
von Zahnrad l und Welle 2 einander angeglichen. Das Schlupfmoment entspricht dem
auftretenden Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsmoment der mit den Kupplungshälften
in Verbindung stehenden umlaufenden Nassen und bewirkt ein Verdrehen der über die
Feder 22 gegeneinander abgestützten Nasen 15, 16 der Teile 3, 12. Diese Verdrehung
verhindert ein Eindringen der Klauen 7. die über die Muffe mit dem Teil 12 starr
verbunden sind, in die Nuten 6 des Teiles 3. Die Klauen 10, 11 können also nicht
zum Eingriff kommen. Erst wenn über die Reibungskupplung 4, 5 die Drehzahlen der
Welle 2 und des Zahnrades 1 so weit einander angeglichen sind, daß die in Umfangsrichtung
auf das Verriegelungsglied 3 wirkenden Brems- oder Beschleunigungskräfte die der
Federvorspannung entsprechende Kraftgrenze unterschreiten, ist die Federspannung
in der Lage, die Glieder 3 und 12 wieder in die in Fig. 3 dargestellte Lage zurückzudrehen,
so daß die Klauen 7 (Fig. 2) in die Nuten 6 eingreifen können und damit das Klauenkupplungsglied
12 über die Muffe 8 so weit verschoben werden kann, daß die Klauen 11 mit den Gegenklauen
10 des Zahnrades 1 in Eingriff kommen. Gleichzeitig mit .dem beschriebenen Vorgang
kuppelt die spiegelbildlich angeordnete Kupplung auf der linken Seite der Zeichnung
aus.
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Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf ein Wendegetriebe mit einer aus zwei
Kupplungen bestehenden Wechselkupplung. Das Wendegetriebe kann als Haspelantrieb
dienen. Mit 30 und 30' sind die beiden Kupplungen bezeichnet, die zwischen den beiden
Zahnrädern 1, 1' angeordnet sind. Die Zahnräder 1, 1' wirken mit weiteren Zahnrädern
31 bzw. 32 und 33 so zusammen, da3 beim Umschalten der Kupplungen ein gegensinniger
Antrieb der Welle 34 erfolgt.