DE1149205B

DE1149205B - Claw coupling

Info

Publication number: DE1149205B
Application number: DES48546A
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: 1963-05-22

Description

Klauenkupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine Klauenkupplung mit einer unverschieblichen und einer axial verschiebbaren Kupplungshälfte, welche unter der Wirkung einer Rückzugfeder steht und mit einer treibenden Welle durch eine schlupffähige Hilfskupplung, vorzugsweise durch eine Lamellenkupplung, kuppelbar sowie mit einer getriebenen Welle über eine ständig im Eingriff bleibende Keilflächenkupplung verbunden ist. Die Keilflächenkupplung rückt unter Last die verschiebbare Kupplungshälfte entgegen der Spannung der Rückzugfeder in die mit der treibenden Welle verbundene unverschiebliche Kupplungshälfte ein. Damit die Klauenkupplung einrücken kann und auch eingerückt bleibt, muß der am Klauenkranz wirkende Axialschub größer als der Axialschub am Keilffächenkranz sein. Die Erfüllung dieser Bedingung wird dadurch erleichtert, daß die Lamellenkupplung einen Teil des Lastmomentes überträgt, so daß die Klauenkupplung nur den verbleibenden Teil übernehmen muß und das volle Lastmoment über die Keililächenkupplung geht. Andererseits wird die Erfüllung der genannten Bedingung durch die Rückzugfeder erschwert, weil deren Kraft der in der Achsrichtung wirkenden Komponente der Umfangskraft an den Keilflächen entgegenwirkt.Claw coupling The invention relates to a claw coupling with an immovable and an axially displaceable coupling half, which is under the action of a return spring and with a driving shaft through a slippable auxiliary clutch, preferably by means of a multi-plate clutch, can be coupled as well as a driven shaft via a constantly engaged wedge surface coupling connected is. The wedge surface coupling moves the sliding coupling half under load against the tension of the return spring in the one connected to the driving shaft immovable coupling half. So that the dog clutch can engage and also remains engaged, the axial thrust acting on the claw rim must be greater than the Be axial thrust on the wedge ring. The fulfillment of this condition is thereby facilitates that the multi-plate clutch transmits part of the load torque, so that the dog clutch only has to take over the remaining part and the full load torque goes over the wedge surface coupling. On the other hand, the fulfillment of the said Condition made more difficult by the return spring because its force is in the axial direction acting component of the circumferential force counteracts the wedge surfaces.

Der negative Einfluß der Federkraft ist bei gespannter Feder am stärksten. Gespannt ist die Feder bei eingerückter Klauenkupplung, also gerade dann, wenn der Axialschub der Keilflächenkupplung den Axialschub derKlauenkupplung eindeutig übersteigen soll, damit die Klauenkupplung eingerückt bleibt.The negative influence of the spring force is greatest when the spring is under tension. The spring is tensioned when the dog clutch is engaged, i.e. precisely when the Axial thrust of the wedge surface coupling clearly exceed the axial thrust of the claw coupling should so that the dog clutch remains engaged.

Die Erfindung besteht darin, daß zwischen der Rückzugfeder und dem einen ihrer beiden Widerlager ein Zwischenglied angeordnet ist, welches an einer Stützfläche anliegt, deren Neigung bezüglich einer Ebene senkrecht zur Kupplungsachse in derjenigen Grenzlage des Zwischengliedes, welche es bei ausgerückter Klauenkupplung einnimmt, geringer ist als in der der eingerückten Kupplung entsprechenden Grenzlage. Durch die Erfindung wird also vorgeschlagen, die Federkraft nicht in voller Größe wirksam werden zu lassen. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß das obenerwähnte Zwischenglied angeordnet, das so wirkt, daß die Axialkomponente der Federkraft bei gespannter Feder geringer als bei entspannter Feder ist. Durch die Erfindung wird demnach erreicht, daß der Verlauf der Axialkomponente der Federkraft in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg sinkt. Die Feder hat zwar an sich eine positive Charakteristik, aber durch das besonders ausgebildete Zwischenglied ergibt sich schließlich eine negative Charakteristik.The invention consists in that between the return spring and the one of its two abutments an intermediate member is arranged, which on a Support surface is applied, the inclination of which with respect to a plane perpendicular to the coupling axis in that limit position of the intermediate link which it is when the dog clutch is disengaged assumes, is less than in the limit position corresponding to the engaged clutch. The invention therefore proposes that the spring force not be in full size to take effect. For this purpose, the above-mentioned intermediate member is according to the invention arranged, which acts so that the axial component of the spring force when tensioned Spring is less than when the spring is relaxed. The invention accordingly achieves that the course of the axial component of the spring force as a function of the traveled Way sinks. The spring itself has a positive characteristic, but because of that a specially designed intermediate link ultimately results in a negative characteristic.

Für die praktische Durchführung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die mit der axial verschieblichen Kupplungshälfte verbundenen Zwischenglieder Hebel sind, an denen die Federn angreifen, und daß die Hebel Nasen aufweisen, die an der Stützfläche anliegen.For the practical implementation of the invention, it is advantageous that the intermediate members connected to the axially displaceable coupling half Are levers on which the springs act, and that the levers have lugs that rest on the support surface.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Stützfläche gewölbt ist.Another feature of the invention is that the support surface is arched.

Da die nicht mehr unmittelbar axial wirkenden Federn unter Umständen nicht in der Lage sein könnten, die Kupplung zu lösen, weil nicht nur die axiale Komponente der Stützkraft, die das Ausrücken bewirken muß, durch das Neigen der Stützfläche geringer geworden ist, sondern auch noch zusätzliche Reibung in den Gelenken der Federhebel und zwischen den Federhebeln und ihrer Stützfläche auftritt, wird gemäß der weiteren Erfindung die Kupplung derart ausgeführt, daß der Durchmesser der beiden Klauenkränze kleiner als der Durchmesser der beiden Keilflächenkränze ist.Since the springs, which no longer have a direct axial effect, may under certain circumstances might not be able to loosen the clutch because not only the axial one Component of the supporting force that has to cause the disengagement by tilting the Support surface has become smaller, but also additional friction in the Articulation of the spring levers and between the spring levers and their support surface occurs, the coupling is carried out according to the further invention such that the diameter of the two claw rims smaller than the diameter of the two wedge face rims is.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellt.An embodiment of the invention is shown schematically in FIGS shown.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Kupplung, welche dazu dient, eine Welle wahlweise mit einer größeren oder kleineren Drehzahl anzutreiben; Fig. 2 zeigt wesentliche Teile der Kupplung nach der Fig. 1, wenn die Kupplung eingerückt ist; Fig. 3 zeigt eine Stützfläche mit besonderer Formgebung.Fig. 1 shows a longitudinal section through a coupling which is used to to drive a shaft either at a higher or lower speed; Fig. 2 shows essential parts of the clutch according to FIG. 1 when the clutch is engaged is; Fig. 3 shows a support surface with a special shape.

Gemäß den Fig. 1 und 2 wird die Welle 3 entweder vom Zahnrad 1 mit großer oder vom Zahnrad 2 mit kleiner Drehzahl angetrieben. Gemäß der Fig. 1 ist auf der Welle 3 ein Kupplungsteil 4 befestigt, welcher zwei Stirnzahnkränze 5 bzw. 5' für die linke bzw. rechte Kupplung und einen Stützteil 6 hat. Dieser Stützteil 6 hat zwei Stützflächen 61 und 62 bzw. 61' und 62', deren Bedeutung und Wirkungsweise später erklärt werden. Zu den Kupplungen gehört je ein Kupplungsglied 7 bzw. 7', das auf Kugeln 8 bzw. 8' auf dem Wellenbund 31 bzw. 31' dreh- und verschiebbar gelagert ist und an seinem einen Ende einen Zahnkranz 71 für die dauernd im Eingriff befindliche Keilflächenkupplung und an seinem anderen Ende einen Zahnkranz 72 für die zu öffnende und zu schließende Klauenkupplung 72, 92 hat. Mit dem Teil 7 ist außerdem ein Kupplungsteil 73 über mehrere Stiftkeile 731 verbunden. Der Kupplungsteil 73 hat Aussparungen 74 zur Aufnahme von Lamellen 81 einer Lamellenkupplung 80, ,zu der die Magnetspule 82 und der axial verschiebbare Magnetanker 83 gehören. Der Magnetkörper 80 ist mit Schrauben 84 an dem Zahnrad 9 befestigt, welches in das antreibende Zahnrad 1 eingreift. Das Zahnrad 9 hat einen zylindrischen Ansatz 91, der an seiner Stirnseite die Kupplungsverzahnung 92 trägt und durch ein Rollenlager 93 auf dem Teil 32 der Welle 3 gelagert ist. Das Kugellager 35 wird von der Welle 3 getragen. Auf ihm ist das Zahnrad 9 gelagert. Das linke Ende der Welle 3 ist in einem Kugellager 34 geführt. Mit 36 ist ein Axiallager bezeichnet. Zum Abschluß der Kupplung nach außen dient der Deckel 37, der mit Schrauben 38 an dem Gehäuse 39 befestigt ist. Mit 40 ist ein Zwischenstück bezeichnet, das den Raum zwischen dem Axiallager 36 und dem Kugellager 35 ausfüllt. Das Zwischenstück 40 ist mit Schrauben 41 an dem Zahnrad 9 befestigt. Mit 42 ist ein in Isoliermaterial 42' eingebetteter Schleifring bezeichnet, der der Magnetkupplung elektrischen Strom zuführt.According to FIGS. 1 and 2, the shaft 3 is driven either by the gear 1 with a high speed or by the gear 2 with a low speed. According to FIG. 1, a coupling part 4 is attached to the shaft 3, which has two spur gear rings 5 and 5 'for the left and right coupling and a support part 6, respectively. This support part 6 has two support surfaces 61 and 62 or 61 'and 62', the meaning and mode of operation of which will be explained later. The couplings each include a coupling member 7 or 7 ', which is rotatably and displaceably mounted on balls 8 or 8' on the shaft collar 31 or 31 'and at one end a ring gear 71 for the wedge-surface coupling which is permanently engaged and at its other end a ring gear 72 for the claw clutch 72, 92 which can be opened and closed. A coupling part 73 is also connected to part 7 via a plurality of pin wedges 731. The coupling part 73 has recesses 74 for receiving discs 81 of a multi-disc clutch 80, to which the magnet coil 82 and the axially displaceable magnet armature 83 belong. The magnet body 80 is fastened with screws 84 to the gear 9, which engages in the driving gear 1. The gear wheel 9 has a cylindrical extension 91 which carries the coupling teeth 92 on its end face and is mounted on the part 32 of the shaft 3 by a roller bearing 93. The ball bearing 35 is carried by the shaft 3. The gear 9 is mounted on it. The left end of the shaft 3 is guided in a ball bearing 34. With an axial bearing 36 is designated. The cover 37, which is fastened to the housing 39 with screws 38, serves to close the coupling to the outside. An intermediate piece 40 is designated which fills the space between the axial bearing 36 and the ball bearing 35. The intermediate piece 40 is fastened to the gear wheel 9 with screws 41. A slip ring embedded in insulating material 42 'is designated by 42 and supplies electrical current to the magnetic coupling.

Zur Kupplung gehören außerdem im Kreis symmetrisch verteilte Federn 11, z. B. drei Stück, die mit einem Ende an einem Drahtring 12 im Teil 73 aasgelenkt sind. Das andere Ende jeder Feder 11 ist in einem Loch 13 in einem Hebel 14 befestigt, welcher um die Achse 15 schwenkbar ist. Jeder Hebel 14 hat einen Ansatz 16, mit dem er sich gegen die Stützflächen 61', 62' des Stützteiles 6 legt. Die Federn 11 sind Zugfedern und bestrebt, die Hebel 14 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achsen 15 zu schwenken, so daß die Ansätze 16 stets an den Stützflächen 61', 62' anliegen. Die Fig. 2 zeigt die wesentlichen Teile der Klauenkupplung in Einrückstellung. Auf der rechten Seite der Zeichnung ist eine gleiche Kupplung ohne Bezugszeichen dargestellt.The coupling also includes springs that are symmetrically distributed in a circle 11, e.g. B. three pieces, which aasgelenken with one end on a wire ring 12 in part 73 are. The other end of each spring 11 is fixed in a hole 13 in a lever 14, which is pivotable about the axis 15. Each lever 14 has an approach 16, with which he lays against the support surfaces 61 ', 62' of the support part 6. The springs 11 are tension springs and strive to move the levers 14 counterclockwise around the axes 15 to pivot so that the lugs 16 always rest on the support surfaces 61 ', 62'. Fig. 2 shows the essential parts of the dog clutch in the engaged position. on the right-hand side of the drawing shows the same coupling without reference numerals.

Die Einrichtung zum Kuppeln des Rades 9 mit der Welle 3 besteht also aus drei Kupplungen: a) einer den Hauptanteil des Lastmoments übertragenden ein- und ausrückbaren Klauenkupplung mit den Klauenkränzen 72, 92, b) einer ständig im Eingriff bleibenden, durch Federn 11 belasteten und als Drehmomentfühler wirkenden Keilflächenkupplung mit den Keil- ; flächenkränzen 5, 71, c) einer für einen Bruchteil des Lastmoments bemessenen schlupffähigen und schaltbaren Hilfskupplung, die z. B. eine Lamellenkupplung 73, 80 sein kann und deren Scblupfmoment ausreicht, daß die Keilflächen 5, 71 entgegen der Kraft der Federn 11 die Klauenkupplung 72, 92 einrücken.The device for coupling the wheel 9 to the shaft 3 thus exists from three clutches: a) one single and disengageable dog clutch with the dog rims 72, 92, b) one constantly in the Engagement remaining, loaded by springs 11 and acting as a torque sensor Wedge surface coupling with the wedge; flat wreaths 5, 71, c) one for a fraction of the load torque dimensioned slippable and switchable auxiliary clutch, the z. B. can be a multi-plate clutch 73, 80 and the slip torque is sufficient that the wedge surfaces 5, 71 counter to the force of the springs 11, the claw coupling 72, 92 indent.

Die ganze aus den genannten drei Baugruppen bestehende Kupplung wirkt folgendermaßen: Bei einer Drehung des Zahnrades 9 wird der Magnetkupplungsteil 80 mitgenommen. Sobald die Wicklung 82 der Magnetkupplung erregt ist und den Anker 83 nach links zieht, ist die Lamellenkupplung mit dem Kupplungsglied 7 gekuppelt. Die Kraft wird über die Lamellen 81 von dem Magnetkörper 80 auf das Kupplungsglied 7 übertragen. überschreitet der an der Welle 3 ausgeübte Widerstand des Lastmoments das von den Federn 11 erzeugte, an den Keilflächen 5, 71 übertragbare Drehmoment, so werden die Federn 11 gedehnt und der Hebel 14 um seine Achse 15 in Uhrzeigerrichtung geschwenkt. Dadurch wird bewirkt, daß die Keilflächen 71 der Keilflächenkupplung das Kuppelglied 7 nach links schieben, so daß die Klauenkränze 72 und 92 ineinandergreifen. Nunmehr ist eine formschlüssige Kraftübertragung vom Zahnrad 1 auf dem Wege über die Teile 9, 91, 92, 72, 7, 71, 4 zur Welle 3 hergestellt. Die Lamellenkupplung 81 bleibt zwar geschlossen, sie ist aber an der Übertragung des Lastdrehmoments nicht mehr beteiligt. Die Lamellenkupplung 81 wirkt nur noch als Haltekupplung für die Klauenkupplung 72, 92, weil das von ihr übertragene Moment die Klauenkupplung auf dem Weg über die Keilflächenkupplung 5; 71 im Eingriff hält.The entire coupling consisting of the three components mentioned works as follows: When the gear wheel 9 rotates, the magnetic coupling part 80 taken away. As soon as the winding 82 of the magnetic coupling is excited and the armature 83 pulls to the left, the multi-plate clutch is coupled to the coupling member 7. The force is transmitted from the magnetic body 80 to the coupling member via the lamellae 81 7 transferred. If the resistance of the load torque exerted on the shaft 3 exceeds the torque generated by the springs 11 and transmitted to the wedge surfaces 5, 71, so the springs 11 are stretched and the lever 14 about its axis 15 in a clockwise direction panned. This causes the wedge surfaces 71 of the wedge surface coupling push the coupling element 7 to the left so that the dog rims 72 and 92 mesh with one another. A positive force transmission from gear 1 is now on the way the parts 9, 91, 92, 72, 7, 71, 4 for the shaft 3 are made. The multi-disc clutch 81 remains closed, but it is transmitting the load torque no longer involved. The multi-disc clutch 81 only acts as a holding clutch for the claw clutch 72, 92 because the torque transmitted by it the claw clutch on the way over the wedge surface coupling 5; 71 holds in engagement.

Die beiden Stützflächen 61, 62 haben verschiedene Neigungen gegenüber der Achse 3' der Kupplung. Die Fläche 61 bildet einen steileren Winkel, z. B. von etwa 60°, während die Fläche 62 einen flacheren Winkel, z. B. von etwa 30°, mit der Kupplungsachse bildet. Dieser Unterschied in den Winkeln bewirkt; daß die axialen Kraftkomponenten der Federn 11 einmal groß und einmal klein sind, und zwar sind sie nach dem Einrücken der Klauenkupplung klein (s. Fig. 2), da die Nase 16 des Hebels 14 an der Stützfläche 62' anliegt. Dadurch wird erreicht, daß in der Einrückstellung die Lamellenkupplung von dem Federzug in axialer Richtung zum Teil entlastet wird, und zwar um so mehr, je flacher der Winkel zwischen der Stützfläche 62 und der Achse 3' ist.The two support surfaces 61, 62 have different inclinations with respect to one another the axis 3 'of the coupling. The surface 61 forms a steeper angle, e.g. B. from about 60 °, while the surface 62 has a shallower angle, e.g. B. of about 30 °, with the coupling axis forms. This causes the difference in angles; that the axial Force components of the springs 11 are once large and once small, namely are they are small after engaging the dog clutch (see Fig. 2), since the nose 16 of the Lever 14 rests on the support surface 62 '. This ensures that in the engagement position the multi-plate clutch is partially relieved of the tension in the axial direction, and the more so, the flatter the angle between the support surface 62 and the axis 3 'is.

Die Fig.3 zeigt eine besondere Ausbildung der Stützfläche. An die Stelle von zwei unterschiedlich geneigten geraden Linien 61, 62 ist eine Kurve 163 getreten.3 shows a special design of the support surface. To the The place of two differently inclined straight lines 61, 62 is a curve 163 kicked.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Claw coupling with an immovable and an axially displaceable coupling half, which under the action of a return spring stands, with the driving shaft through a slippable auxiliary clutch, preferably a multi-disc clutch, can be coupled and with the driven shaft via a constant remains in engagement wedge surface coupling is connected, the sliding under load Coupling half against the tension of the return spring in the one with the driving force The non-displaceable coupling half connected to the shaft engages, characterized in that that between the return spring (11) and one of its two abutments is an intermediate member (14) is arranged, which rests against a support surface (61, 62), the inclination of which with respect to a plane perpendicular to the coupling axis (3 ') in that limit position of the intermediate link, which it occupies when the dog clutch is disengaged (Fig. 1), is less than in the limit position corresponding to the engaged clutch (FIG. 2).

2. Claw coupling according to claim 1, characterized in that with the axially sliding coupling half (7) connected intermediate links (14) are levers, where the springs (11) attack, and that the lever lugs (16) which bear against the support surface (61, 62).

3. Claw coupling according to claim 1 or 2, characterized in that the support surface is curved (Fig. 3).

4. Coupling according to claim 1, characterized in that the diameter of the two claw rims (92, 72) is smaller than the diameter of the two wedge surface rims (71, 5) (Fig. 1). Documents considered: German Patent No. 738 514; British U.S. Patent No. 704,862.