DE1142475B

DE1142475B - Soft-shifting shaft coupling

Info

Publication number: DE1142475B
Application number: DES69898A
Authority: DE
Inventors: Kurt Paessler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1956-04-30
Filing date: 1956-04-30
Publication date: 1963-01-17

Description

Weichschaltende Wellenkupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine weichschaltende, für das Verbinden von Wellen und ähnlichen umlaufenden Maschinenteilen bestimmte Kupplung.Soft-shifting shaft coupling The invention relates to a soft switching, for connecting shafts and similar rotating machine parts certain clutch.

Um eine in Abhängigkeit von einem einstellbaren Drehmoment automatisch ein- und ausschaltende Kupplung mit geringen Abmessungen zu schaffen, ist schon vorgeschlagen worden, aus vier Kupplungsklauenkränzen mit keilförmigen Stimzähnen zwei Klauenkupplungen zu bilden. Der erste Kupplungskranz der ersten Klauenkupplung ist mit einer treibenden, der zweite Kupplungskranz der zweiten Klauenkupplung mit einer getriebenen Welle verbunden. Der zweite Kupplungskranz der ersten Klauenkupplung ist mit dem ersten Kupplungskranz der zweiten Klauenkupplung starr verbunden, und beide bilden gemeinsam ein Kupplungsglied, das axial verschiebbar ist. Die Klauenkupplung dient als Drehmomentfühler; ihre keilförmigen Zähne bleiben, durch Federkraft belastet, ständig im Eingriff. Mit der anderen Klauenkupplung wird die formschlüssige Kraftübertragung zwischen der treibenden und der getriebenen Welle hergestellt und getrennt, wobei der Drehmomentfühler bzw. das an ihm wirkende Lastmoment das Einrücken und Ausrücken der die Wellen kuppelnden Formschlußkupplung bewirkt.To a depending on an adjustable torque automatically Creating on and off clutch with small dimensions is nice has been proposed from four clutch claw rims with wedge-shaped front teeth to form two dog clutches. The first clutch ring of the first dog clutch is with a driving, the second clutch ring with the second dog clutch connected to a driven shaft. The second clutch ring of the first dog clutch is rigidly connected to the first coupling ring of the second dog clutch, and both together form a coupling member which is axially displaceable. The claw coupling serves as a torque sensor; their wedge-shaped teeth remain loaded by spring force, constantly engaged. With the other claw coupling, the positive power transmission is achieved between the driving and the driven shaft made and separated, wherein the torque sensor or the load torque acting on it, the engagement and disengagement the positive coupling coupling the shafts causes.

Ferner ist eine elektromagnetisch geschaltete Lamellenkupplung vorhanden. Sie ist eine den Kraftfluß durch die Formschlußkupplung überbrückende Hilfskupplung. Wird die Hilfskupplung geschlossen und ist die getriebene Welle mit einem Drehmoment belastet, so verschiebt der Drehmomentfühler infolge der durch die Belastung ausgelösten Relativverdrehung seiner Keilflächenkränze unter gleichzeitigem Spannen der Federn den axial verschiebbaren Kupplungskranz der Formschlußklauenkupplung und rückt dadurch diese ein. Wird die Hilfskupplung ausgerückt# so trennt das über die Formschlußklauenkupplung fließende Drehmoment wegen der keilförmigen Ausbildung der Kupplungsklauen die Verbindung, indem der verschiebbare Kupplungskranz mit Unterstützung durch die gespannten Federn in entgegengesetzter Richtung axial verschoben wird.There is also an electromagnetically switched multi-plate clutch. It is an auxiliary coupling bridging the flow of force through the form-fitting coupling. If the auxiliary clutch is closed and the driven shaft is with a torque loaded, the torque sensor shifts as a result of the triggered by the load Relative rotation of its wedge surface rims with simultaneous tensioning of the springs the axially displaceable coupling ring of the form-locking claw coupling and moves as a result this one. If the auxiliary clutch is disengaged, it disengages via the form-fit claw clutch flowing torque due to the wedge-shaped design of the coupling claws the connection, by the sliding coupling ring with the support of the tensioned springs is shifted axially in the opposite direction.

Die Erfindung betrifft eine in gleicher Weise wirkende, weichschaltende Kupplungsanordnung für das Verbinden umlaufender Maschinenteile, welche aus einer Kraftschlußlamellen-, einer Formschlußklauen-und einer Drehmomentfühlerkupplung besteht, die mindestens je ein bewegliches Kupplungsglied haben, von denen die beweglichen Kupplungsglieder der Formschluß- und der Drehmomentfühlerkupplung durch ein verschiebbares Kupplungsglied miteinander verbunden sind, und welche eine Schaltvorrichtung hat, die in Abhängigkeit von einem einstellbaren Drehmoment die Kupplungsanordnung steuert.The invention relates to a similarly acting, soft-shifting clutch arrangement for connecting rotating machine parts, which consists of a frictional lamella, a form-locking claw and a torque sensor coupling, each of which has at least one movable coupling member, of which the movable coupling members of the form-locking and torque sensor coupling are connected to one another by a displaceable coupling member, and which has a switching device which controls the coupling arrangement as a function of an adjustable torque.

Die Erfindung bezieht sich auf eine solche weichschaltende Wellenkupplung, welche aus einer Reibungskupplung, einer Formschlußkupplung und einem Drehmomentfühler besteht. Bei einer bekannten Wellenkupplung dieser Art wirkt die Reibungskupplung als Kraftschalter, wobei die Formschlußkupplung durch das Schlupfmoment der Reibungskupplung geschaltet wird. Die Reibungskupplung liegt dem Kraftfluß der Forinschlußkupplung parallel. Der Drehmomentfühler hat ein bewegliches Schaltglied, das dem Schaltglied der Formschlußkupplung gleicht und mit diesem verbunden ist. Die Formschlußkupplung wird von dem am Drehmomentfüh-]er einstellbaren Drehmoment ein- und ausgerückt.The invention relates to such a soft-shifting shaft coupling, which consists of a friction clutch, a positive locking clutch and a torque sensor consists. In a known shaft coupling of this type, the friction coupling acts as a power switch, the form-locking clutch by the slip torque of the friction clutch is switched. The friction clutch is in the power flow of the Forinschlusskupplung parallel. The torque sensor has a movable switching element, the switching element resembles the positive coupling and is connected to it. The form-fit coupling is engaged and disengaged by the torque that can be set on the torque sensor.

Bei einer anderen bekannten Zahnkupplung mit einer Reibungshilfskupplung und einem Drehmomentfühler in Form einer Stirnverzahnung ist die Anordnung so getroffen, daß die Reibungskupplung, die Zahnkupplung und der Drehmomentfühler konzentisch ineinanderliegen, wodurch eine besonders geringe axiale Baulänge erzielt wird.In another known tooth coupling with a friction auxiliary clutch and a torque sensor in the form of a spur gear, the arrangement is made in such a way that that the friction clutch, the tooth clutch and the torque sensor are concentric lie one inside the other, whereby a particularly short axial length is achieved.

Durch die Erfindung wird eine Verminderung von nachteiligen Reibungswiderständen, welche die Schaltbewegungen hemmen könnten, und damit ein zuverlässiges Ein- und Ausrücken der Wellenkupplung durch Verwendung von bekannten Klinkenkupplungen angestrebt, deren vorteilhafte Eigenschaft darin besteht, daß sie mit geringer Reibung am Klinkenzapfen ein- und ausrückbar sind.The invention reduces the adverse frictional resistance, which could inhibit the switching movements, and thus a reliable input and The aim is to disengage the shaft coupling by using known ratchet couplings, their advantageous property is that they have little friction on the pawl pin can be engaged and disengaged.

Die Erfindung geht somit von einer weichschaltenden Wellenkupplung aus, bestehend aus einer als Kraftschalter wirkenden Reibungskupplung, einer durch das Schlupfmoment dieser Reibungskupplung zu schaltenden, der Reibungskupplung im Kraftfluß parallel liegenden Formschlußkupplung und einem Drehmomentfühler, welcher ein bewegliches Schaltglied aufweist, das dem schaltbaren Glied der Formschlußkupplung gleicht und mit diesem derart verbunden ist, daß in Abhängigkeit von dem am Drehmomenfühler einstellbaren Drehmoment die Formschlußkupplung ein- oder ausgerückt wird. Die Erfindung besteht darin, daß das Schaltglied des Drehmomentfühlers und das schaltbare Glied der Formschlußkupplung in einer Doppelklinke zusammengefaßt sind, welche am Sekundärteil der Reibungskupplung radial schwenkbar angelenkt ist, mit einem keilförmigen Kupplungszahn in Keilkerben des mit der treibenden Welle verbundenen Kupplungskranzes der Formschlußkupplung ein- und ausrückbar ist und mit einem keilförmigen Fühlerzahn in eine Keilkerbe des mit der getriebenen Welle verbundenen Drehmomentfühlers eingreift.The invention is thus based on a soft-shifting shaft coupling consisting of a friction clutch acting as a power switch, one through the slip torque of this friction clutch to be switched, the friction clutch in the Power flow parallel positive locking coupling and a torque sensor, which has a movable switching member, which is the switchable member of the positive coupling equals and is connected to this in such a way that depending on the torque sensor adjustable torque the positive coupling is engaged or disengaged. The invention consists in the fact that the switching element of the torque sensor and the switchable element the positive coupling are combined in a double pawl, which is on the secondary part the friction clutch is articulated so that it can pivot radially, with a wedge-shaped clutch tooth in spline notches of the coupling ring of the form-locking coupling connected to the driving shaft can be engaged and disengaged and with a wedge-shaped feeler tooth in a wedge notch of the torque sensor connected to the driven shaft engages.

Dabei kann die Doppelklinke in an sich bekannter Weise durch eine Feder im Ausrücksinn der Formschlußkupplung belastet sein.The double pawl can in a known manner by a The spring must be loaded in the disengaging direction of the positive-locking clutch.

Es ist vorteilhaft, die Feder derart zu bemessen, daß die vom Drehmomentfühler bewirkte Einrückbewegung an der Formschlußkupplung schon einsetzt, bevor die als Kraftschalter dienende Reibungskupplung ihr volles Drehmoment erreicht.It is advantageous to dimension the spring so that the torque sensor caused engagement movement on the form-locking clutch begins before the as Force switch serving friction clutch reaches its full torque.

Die mit dem obenerwähnten Fühlerzahn zusammenwirkende Keilkerbe kann in bekannter Weise Flanken mit Teilflächen von wechselnder Neigung aufweisen.The wedge notch cooperating with the above-mentioned feeler tooth can have, in a known manner, flanks with partial areas of varying inclination.

Die Klinkenzähne der als Drehmomentfühler wirkenden Klinkenkupplung sind größer als die Klinkenzähne der ein- und ausrückbaren Klinkenkupplung, damit sie ständig im Eingriff bleiben. Die Klinken des Drehmomentfühlers sind mit den Klinken der ein- und ausrückenden Klinkenkupplung in einer Doppelklinke zusammengefaßt. Außerdem sind Federn vorhanden, die die Klinken des Drehmomentfühlers mit einstellbarer Kraft auf ihre Gegenflächen drücken.The ratchet teeth of the ratchet clutch acting as a torque sensor are larger than the ratchet teeth of the ratchet clutch that can be engaged and disengaged, so they are constantly engaged. The pawls of the torque sensor are with the The pawls of the engaging and disengaging pawl clutch are combined in a double pawl. There are also springs that hold the pawls of the torque sensor with adjustable Press force on their opposing surfaces.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand einer Doppelkupplung in Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellt.An exemplary embodiment of the invention is shown schematically in FIGS. 1 to 3 using a double clutch.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Kupplung gemäß der Erfindung nach der Linie E-F in Fig. 2; Fig. 2 ist ein Schnitt entsprechend der Linie A-B in Fig. 1 und Fig. 3 ein Schnitt entsprechend der Linie C-D in Fig. 1.Fig. 1 shows a longitudinal section through a coupling according to the invention along the line EF in Fig. 2; FIG. 2 is a section along line AB in FIG. 1 and FIG. 3 is a section along line CD in FIG. 1.

Die treibende Kraft tritt bei 1 am Zahnrad 1 a oder bei 2 am Zahnrad 2 a in die Kupplung ein. Der getriebene Teil ist die Welle 38., durch welche der Kraftfluß in Richtung des Pfeiles 38 a aus der Kupplung einer nicht dargestellten Arbeitsmaschine zufließt. Das Zahnrad 1 a von großem Durchmesser kämmt mit dem Zahnrad 3 von kleinerem Durchmesser und das Zahnrad 2 a von kleinem Durchmesser mit dem Zahnrad 4 von großem Durchmesser. Die Welle 38 kann also je nachdem, welche Seite der Doppelkupplung eingeschaltet ist, mit einer hohen oder einer niedrigen Drehzahl laufen. Es ist immer nur eine Seite der Doppelkupplung eingeschaltet.The driving force occurs at the gear 1 1 a or 2 on the gear wheel 2 a in the clutch. The driven part is the shaft 38, through which the power flow flows in the direction of arrow 38 a from the clutch of a working machine, not shown. The gear 1 a of large diameter meshes with the gear 3 of smaller diameter and the gear 2 a of small diameter with the gear 4 of large diameter. The shaft 38 can therefore run at a high or a low speed depending on which side of the double clutch is switched on. Only one side of the double clutch is always switched on.

Die beiden Zahnräder 3 und 4 sind in Lagern 5 und 6 drehbar gelagert. Der Abschluß der Kupplung nach außen wird durch Scheiben 7, 8, Axiallager 9, 10, Radiallagerll, 12, Lagerbüchsen13, 14, Sicherungsringe 13, 16, 17 und einen Lagerdeckel 18 gebildet, der mit Schrauben 19 am Gehäuse 20 befestigt ist. Die Zahnräder 3 bzw. 4 haben je eine Nabe 26, 27 und sind auf die Welle 38 aufgesetzt mittels Rollenlagern 28, 29. Zur Führung dienen an Sicherungsringen 32 und 33 abgestützte Distanzbüchsen30, 31. The two gears 3 and 4 are rotatably mounted in bearings 5 and 6. The coupling to the outside is closed by disks 7, 8, axial bearings 9, 10, radial bearings, 12 , bearing bushes 13, 14, circlips 13, 16, 17 and a bearing cover 18 which is fastened to the housing 20 with screws 19. The gears 3 and 4 each have a hub 26, 27 and are placed on the shaft 38 by means of roller bearings 28, 29. Spacer sleeves 30, 31 supported on locking rings 32 and 33 are used for guidance.

Die Bauteile der linken und der rechten Seite der Doppelkupplung sind jeweils gleich, so daß es genügt. wenn die linke Seite der Kupplung erläutert wird.The components of the left and right side of the double clutch are the same in each case, so that it suffices. when explaining the left side of the clutch.

Mit dem Zahnrad 3 ist eine an sich bekannte Reibungskupplung beliebiger Art mit Hilfe von Schrauben 21 verbunden. Diese kann z. B. eine Magnet-Kupplung sein. Sie besteht im wesentlichen aus dem Körper 22 mit der Erregerwicklung 23 und einem Schleifring 24, der in Isolierstoff 25 gebettet ist und der Magnetkupplung elektrischen Strom zuführt. Zu ihr gehören ferner Reiblamellen 34 und 35 sowie eine axial bewegliche Ankerscheibe 36. Sobald die Erregerwicklung 23 Strom erhält und den Anker 36 anzieht, ist die Lamellenkupplung eingeschaltet, so daß die bei 1 in die Kupplung eingeleitete Kraft auf dem Wege über die Teile la, 3, 22, 34. 36, 35 auf das Gehäuse 37 der Lamellenkupplung übertragen wird, welches über den Mitnehmer46 mit Paßfeder46a mit der Welle 38 fest verbunden ist, so daß das Zahnrad 3 mit der Welle 38 kraftschlüssig gekuppelt ist.A friction clutch of any type known per se is connected to the gear wheel 3 with the aid of screws 21. This can e.g. B. be a magnetic coupling. It consists essentially of the body 22 with the excitation winding 23 and a slip ring 24 which is embedded in insulating material 25 and supplies electrical current to the magnetic coupling. It also includes friction plates 34 and 35 and an axially movable armature disk 36. As soon as the excitation winding 23 receives power and attracts the armature 36 , the multi-plate clutch is switched on, so that the force introduced into the clutch at 1 on the way via the parts la, 3, 22, 34, 36, 35 is transferred to the housing 37 of the multi-plate clutch, which is firmly connected to the shaft 38 via the driver 46 with a feather key 46a, so that the gear 3 is positively coupled to the shaft 38.

Zum formschlüssigen Kuppeln des Rades 3 mit der Welle 38 dient eine Formschlußkupplung, deren topfförmiges Gehäuse 37 mit dem Gehäuse 37 der Magnetlamellenkupplung identisch ist. Das Gehäuse 37 hat einen Abschlußring 49, der durch Schrauben 50 an der Innenwand des Gehäuses 37 befestigt und nach innen über das Kugellager 51 auf einem mit keilförinigen Zähnen versehenen Zahnkranz 39 abgestützt ist. Im Abschlußring 49 und im Boden des Gehäuses 37 sind vier Klinkenachsen 43 für vier darauf drehbare Doppelklinken 42 befestigt. Der Zahnkranz 39 ist mit der Nabe 26 des treibenden Zahnrades 3 durch Schrauben 52 verbunden. Ein ähnlicher Zahnkranz 54 mit keilförtnigen Zähnen ist an dem auf der getriebenen Welle 38 aufgekeilten Mitnehmer 46 angeordnet. Jede Doppelklinke 42 hat an einem Arm einen mit Keilflächen versehenen Kupplungszahn 44, der beim Kuppeln in eine Keilkerbe 45 des Kupplungszahnkranzes 39 eingreift. Am anderen Arm hat jede Doppelklinke 42 einen ebenfalls mit Keilflächen versehenen Fühlerzahn 53. der dauernd in eine Keilkerbe 54 des Fühlerzahnkranzes 46 des Antriebsrades 3 durch eine Feder 47 gedrückt wird. Die Federn stützen sich außen an einem zylindrischen Ring 48 ab, der das Gehäuse 37 umschließt.For the positive coupling of the wheel 3 to the shaft 38 , a positive coupling is used, the cup-shaped housing 37 of which is identical to the housing 37 of the magnetic disk coupling. The housing 37 has an end ring 49 which is fastened to the inner wall of the housing 37 by screws 50 and is supported inwardly via the ball bearing 51 on a ring gear 39 provided with wedge-shaped teeth. In the end ring 49 and in the bottom of the housing 37 four pawl axles 43 are attached for four double pawls 42 rotatable thereon. The ring gear 39 is connected to the hub 26 of the driving gear 3 by screws 52. A similar ring gear 54 with wedge-shaped teeth is arranged on the driver 46 keyed onto the driven shaft 38. Each double pawl 42 has on one arm a coupling tooth 44 which is provided with wedge surfaces and which engages in a wedge notch 45 of the coupling toothed rim 39 during coupling. On the other arm, each double pawl 42 has a feeler tooth 53 which is likewise provided with wedge surfaces and which is continuously pressed into a wedge notch 54 of the feeler gear rim 46 of the drive wheel 3 by a spring 47. The springs are supported on the outside on a cylindrical ring 48 which encloses the housing 37.

Die Klinkenkupplung 37, 42, 39 wird eingerückt. bevor das volle. durch die Magnetlamellenkupplung übertragbare Drehmoment erreicht ist. Zunächst liegen die Fühlerzähne 53 der Doppelklinken 42 im Grundeder Keilkerben54 des Fühlerkranzes 46. Das an der Welle 38 Widerstand leistende Lastdrehmoment verdreht, bevor es den Wert des von der Lamellenkupplung übertragbaren Drehmoments erreicht, die Zahnkränze 39 und 46 relativ zueinander. Dabei schwenken die von den Keilflächen 55 auf die Zähne 53 ausgeübten Kräfte die Klinken 42 im Uhrzeigersinn um die Achsen 56. Dadurch gelangen die Zähne 53 auf die Flächen 57. und die Kupplungszähne 44 greifen in die Keilkerben 45. so daß eine forrnschlüssige Verbindung zwischen dem Zahnrad 3 und der Welle 38 herbeigeführt ist. Der Kraftfluß verläuft über die Teile la, 26, 52, 39, 53, 42, 44, 46, 46 a und 38 parallel zum Kraftfluß über die Magnetlamellenkupplung, die nun nicht über das zulässige Maß beansprucht werden kann, die aber die formschlüssige Verbindung aufrechthält.The ratchet clutch 37, 42, 39 is engaged. before the full. torque that can be transmitted by the magnetic disk clutch is achieved. First, the sensor teeth 53 of the double pawls 42 lie in the base of the wedge notches 54 of the sensor ring 46. The load torque resisting on the shaft 38 rotates the ring gears 39 and 46 relative to one another before it reaches the value of the torque that can be transmitted by the multi-plate clutch. The forces exerted by the wedge surfaces 55 on the teeth 53 pivot the pawls 42 clockwise about the axes 56. As a result, the teeth 53 reach the surfaces 57. and the coupling teeth 44 engage in the wedge notches 45. so that a positive connection between the Gear 3 and the shaft 38 is brought about. The power flow runs over the parts la, 26, 52, 39, 53, 42, 44, 46, 46 a and 38 parallel to the power flow over the magnetic multi-disc clutch, which can now not be claimed beyond the permissible level, but which maintains the positive connection .

Zum Entkuppeln wird der Erregerstrom der Magnetkupplung abgeschaltet. Diese löst und zugleich löst auch die formschlüssige Kupplung, was sehr schnell geschieht, weil die Klinken 42 einerseits durch die Federn 47 und andererseits durch die an den Keilflanken der Zähne 44 wirksamen Kräfte entgegen dem Uhrzeigersinn in ihre Ruhelagen gedrückt werden.The excitation current of the magnetic coupling is switched off for decoupling. This releases and at the same time releases the positive coupling, which is very quick happens because the pawls 42 on the one hand by the springs 47 and on the other hand by the forces acting on the wedge flanks of the teeth 44 counterclockwise be pressed into their resting positions.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Soft-shifting shaft coupling, consisting of a friction clutch acting as a power switch, a form-locking clutch that is to be switched by the slip torque of this friction clutch, the friction clutch in frictional connection and a torque sensor, which has a movable switching element that is similar to and with the switchable element of the positive-locking clutch this is connected in such a way that, depending on the torque that can be set on the torque sensor, the positive-locking clutch is engaged or disengaged, characterized in that the switching element of the torque sensor and the switchable element of the positive-locking clutch are combined in a double pawl (42) which is attached to the secondary part (37 ) the friction clutch is articulated so that it can pivot radially, with a wedge-shaped coupling tooth (44) in wedge notches (45) of the coupling ring (39) of the positive-locking clutch connected to the driving shaft (26) , and with a wedge-shaped Sensor tooth (53) engages in a spline (54) of the torque sensor (46) connected to the driven shaft (38).

2. Coupling according to claim 1, characterized indicates overall that the double pawl (42) is loaded in a known manner by a spring (47) in the disengagement of the form-locking coupling. 3. Coupling according to claim 2, characterized in that the spring (47) is dimensioned such that the engagement movement caused by the torque sensor begins on the positive coupling before the friction clutch serving as a power switch reaches its full torque. 4. Coupling according to claim 1 to 3, characterized in that the wedge notch (54) cooperating with the sensor tooth (53) has , in a known manner, flanks with partial surfaces (55, 57) of alternating inclination. Documents considered: French Patent No. 1025 216; USA. Patent No. 2 633 954. Contemplated older patents: German patent no. 1056 885th.