DE1142082B - Formschluessige Freilaufkupplung fuer hohe Drehzahlen, z. B. fuer Gasturbinen - Google Patents

Description

• Formschlüssige Freilaufkupplung für hohe Drehzahlen, z. B. für Gasturbinen Die Erfindung betrifft eine formschlüssige Freilaufkupplung für hohe Drehzahlen, z. B. für Gasturbinen, wobei im treibenden Kupplungsteil durch Fliehkraft schwenkbare Sperrglieder, deren Schwerpunkte außerhalb ihrer Schwenkachsen liegen, achsparallel gelagert sind und im getriebenen Kupplungsteil für den Eingriff dieser Sperrglieder Kupplungsnuten von solcher Gestalt angeordnet sind, daß die Sperrglieder bei treibendem Antrieb unter dem Einfluß der Fliehkraft in die die gleiche Kontur wie die Sperrglieder aufweisenden Kupplungsnuten schwenken und den getriebenen Kupplungsteil mitnehmen, jedoch bei überholendem Abtrieb entgegen der Fliehkraftwirkung außer Eingriff geschwenkt werden.
• Bei Gasturbinen, z. B. für Kraftwagen, sowie bei ähnlichen Kraft- bzw. Arbeitsmaschinen treten sehr hohe Drehzahlen von z. B. 10 000 bis 30 000 U/min auf. Dabei hat sich herausgestellt, daß die üblichen Klemmrollen-Freilaufkupplungen infolge der auftretenden Fliehkräfte und der Reibungskräfte versagen. Die eingangs genannten Klinken-Freilaufkupplungen sind für derart hohe Drehzahlen wegen der auftretenden Beanspruchungen nicht geeignet. Andererseits sind auch Drehkeilkupplungen bekannt, die an sich für hohe Belastungen und Drehzahlen geeignet sind. Diese werden aber üblicherweise durch besondere Schaltorgane geschaltet. Man könnte die Schaltorgane als an den Drehkeilen außen angreifende Fliehgewichte ausführen, um ein drehzahlabhängiges Schalten einer Drehkeilkupplung zu erreichen. Die Erfindung zeigt jedoch einen einfacheren Weg zu diesem Ziel.
• Aufgabe der Erfindung ist eine für hohe Drehzahlen geeignete Freilaufkupplung unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Kupplungen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Sperrglieder in an sich bekannter Weise als Drehkeile in Form kreiszylindrischer Bolzen mit einer radial außenliegenden, dem Umfangskreis des treibenden Kupplungsteils angepaßten Abflachung ausgebildet sind, und daß diese Drehkeile in dem, in Drehrichtung der Kupplung gesehen, hinteren Querschnittsbereich Ausnehmungen und/oder im vorderen Querschnittsbereich Einlagen aus Werkstoff schwerer als der Drehkeilwerkstoff aufweisen.
• Bei Anwendung dieser beiden Maßnahmen ergibt sich eine Freilaufkupplung, welche die eingangs geschilderten Nachteile nicht aufweist. Diese Kupplung ist für hohe Drehzahlen geeignet. Die an sich nachteilige Gewichtserhöhung infolge der Einlagen aus schwererem Metall werden überragt von dem Vorteil der hohen Belastbarkeit der Drehkeile. Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Ausnehmungen nur im mittleren Bereich der axialen Länge der Drehkeile angeordnet. Die Schwenkbarkeit der Drehkeile gegenüber dem antreibenden Teil kann in einer oder beiden Richtungen durch Anschläge begrenzt sein. Die Drehkeile sind im treibenden Kupplungsteil durch eine Deckscheibe axial festgelegt.
• Ausführungsbeispiele für eine Kupplung nach der Erfindung zeigt die Zeichnung, und zwar Fig.1 eine Freilaufkupplung im Querschnitt, Fig.2 die Kupplung nach Fig.1 im Längsschnitt, Fig. 3 bis 6 verschiedene Drehkeilausführungen im Querschnitt und in Seitenansicht.
• Nach den Fig.1 und 2 besteht die Kupplung aus einem Nabentei110, welcher mittels eines Flansches 11 oder in sonstiger Weise mit einem Antrieb, z. B. der Turbine eines Kraftfahrzeugantriebes, verbunden ist, und einem Außenring 12, welcher mit dem Abtrieb, z. B. einem Ladegebläse für die Antriebsturbine, verbunden sein kann.
• Im Nabenteil 10 sind am Umfang, z. B. an zwei einander gegenüberliegenden Stellen, zylindrische Ausnehmungen 13 derart angeordnet, daß die ergänzte Zylinderfläche zum Teil über den äußeren Umfang des Nabenteils hinausragt, die Zylinderachsen aber noch innerhalb des Nabenteils liegen. In diesen Ausnehmungen sind Drehkeile 14 gelagert, die durch eine Deckscheibe 15 oder in sonstiger Weise axial fixiert werden: Der Außenring 12 ist gegenüber dem Nabenteil 10 mittels eines Lagers 16 abgestützt.
• Die Drehkeile 14 sind mit einer einseitigen Abflachung 17 derart versehen, daß diese in der dargestellten Lage sich der Umfangsfläche des Nabenteils 10 bündig einfügt. Bei dieser Stellung der Drehkeile besteht keine Verbindung zwischen dem Nabenteil 10 und dem Außenring 12. Die Drehkeile sind ferner mit einseitigen Ausnehmungen 18 versehen, wodurch ihr Schwerpunkt nach der entgegengesetzten Seite exzentrisch verschoben ist. Die Ausnehmungen 18 sind, wie Fig. 2 zeigt, nur im mittleren Bereich der Drehkeile 14 vorgesehen, so daß seitlich die geschlossene Zylinderform erhalten bleibt. Es können selbstverständlich auch mehr als zwei Drehkeile vorgesehen sein, die aber zweckmäßigerweise symmetrisch zur Kupplungsdrehachse liegen sollen.
• Im Außenring 12 sind entsprechend der Anzahl der Drehkeile Ausnehmungen 19 angeordnet. Sie sind in der Kontur den Drehkeilen 14 angepaßt, d. h. die Ausnehmung 19 entspricht in ihrer inneren Kontur der Ecke 20. Wenn also z. B. der Nabenteil 10 sich entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, werden die Drehkeile unter dem Einfluß der Fliehkraft in den zylindrischen Ausnehmungen 13 geschwenkt, bis sie mit den Ecken 20 genau in den Ausnehmungen 19 liegen. Dadurch wird der Außenring 12 in Drehrichtung mitgenommen, d. h. es wird z. B. das Ladegebläse mit der Turbine gekuppelt.
• Bleibt aus irgendeinem Grunde der treibende Nabenteil 10 gegenüber dem getriebenen Außenring 12 zurück, d. h. überholt der letztere den ersteren, wie es z. B. beim Anlassen der Fall ist, dann werden die Drehkeile durch die Flächen 21, die in der Kontur der Abflachung 17 entsprechen, aus den Ausnehmungen 19 in ihre ursprüngliche, in Fig. 1 dargestellte Lage zurückgedreht, wodurch die formschlüssige Verbindung der Kupplungsteile 10,12 gelöst ist.
• Nach den Fig. 3 und 4 sind die Drehkeile 14 so ausgebildet, daß außer den Ausnehmungen 18 zusätzlich einseitige Bohrungen 22 angeordnet sind. Dadurch wird eine weitere Verschiebung des Schwerpunktes erreicht. Die gleiche Wirkung kann auch dadurch erzielt werden, daß nach Fig. 5 und 6 in den Drehkeilen 14 Schwermetallstifte 23 exzentrisch angeordnet sind, und zwar allein oder zusätzlich zu den auf der anderen Seite liegenden Ausnehmungen 18 und Bohrungen 22.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Formschlüssige Freilaufkupplung für hohe Drehzahlen, z. B. für Gasturbinen, wobei im treibenden Kupplungsteil durch Fliehkraft schwenkbare Sperrglieder, deren Schwerpunkte außerhalb ihrer Schwenkachsen liegen, achsparallel gelagert sind und im getriebenen Kupplungsteil für den Eingriff dieser Sperrglieder Kupplungsnuten von solcher Gestalt angeordnet sind, daß die Sperrglieder bei treibendem Antrieb unter dem Einfluß der Fliehkraft in die die gleiche Kontur wie die Sperrglieder aufweisenden Kupplungsnuten schwenken und den getriebenen Kupplungsteil mitnehmen, jedoch bei überholendem Abtrieb entgegen der Fhehkraftwirkung außer Eingriff geschwenkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrglieder in bekannter Weise als Drehkeile (14) in Form kreiszylindrischer Bolzen mit einer radial außenliegenden, dem Umfangskreis des treibenden Kupplungsteils (10) angepaßten Abflachung (17) ausgebildet sind, und daß diese Drehkeile in dem, in Drehrichtung der Kupplung gesehen, hinteren Querschnittsbereich Ausnehmungen (18, 22) und/oder im vorderen Querschnittsbereich Einlagen (23) aus Werkstoff schwerer als der Drehkeilwerkstoff aufweisen.
2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (18, 22) nur im mittleren Bereich der axialen Länge der Drehkeile angeordnet sind.
3. 3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbarkeit der Drehkeile (14) in einer oder beiden Schwenkrichtungen durch Anschlag begrenzt ist.
4. 4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkeile im treibenden Kupplungsteil (10) durch eine Deckscheibe (15) axial festgelegt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 414 346, 685 818; österreichische Patentschrift Nr. 22 870; schweizerische Patentschrift Nr. 95 266; britische Patentschrift Nr. 566176; USA.-Patentschriften Nr. 1048 036, 1396343# 1473 564, 1509 446, 1672 673.