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Selbsteinrückende Synchron-Klauenkupplung, deren eine Kupplungshälfte
begrenzt axial schraubend verschiebbar ist und in ausgerücktem Zustand unter dem
Einfluß einer von der anderen Kupplungshälfte ausgehenden Kraftwirkung steht Die
Erfindung betrifft selbsteinrückende Synchron-Klauenkupplungen, deren eine Kupplungshälfte
begrenzt axial schraubend verschiebbar ist. Derartige Klauenkupplungen werden zumeist
als Freilaufkupplungen ausgeführt und sind mit Mitteln ausgerüstet, die bei Umkehr
der Relativdrehrichtung der beiden Kupplungshälften in dem einen Relativdrehsinn
einen Voreingriff der beiden Klauenkränze herbeiführen, aus welchem heraus sie dann
auf Grund der dadurch hervorgerufenen axial schraubenden Verschiebung der einen
Kupplungshälfte voll ineinander eingerückt werden.
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Die erwähnten Einrückhilfsmittel haben im allaemeinen die Form eines
an jeweils einer der beiden Kupplungshälften angeordneten Klinkensatzes, der mit
einem an der jeweils anderen der beiden Kupplungshälften angeordneten Klinkenzahnkranz
oder dem Klauenkranz der betreffenden Kupplungshälfte zusammenwirkt. Die Einrückklinken
ratschen in der ausgerückten Kupplungsstellung bzw. in der Freilaufstellung der
Kupplung infolge der Relativdrehung der beiden Kupplungshälften über den zugehörigen
Klinkenzahnkranz bzw. Kupplungsklauenkranz und werden von diesem aufgegriffen, sobald
sich der Drehsinn dieser Relativdrehung der beiden Kupplungshälften umkehrt. In
Fällen, wo die mit dem Einrückklinkensatz ausgestattete Kupplungshälfte mit sehr
hohen Drehzahlen umlaufen muß, kann es vorkommen, däß die unter der Wirkung der
Fliehkraft stehenden Einrückklinken sich infolge der dadurch hervorgerufenen Flächenpressung
zwischen den Klinkendrehzapfen und den Klinkenbohrungen bei hohen Drehzahlen nicht
mehr frei verschwenken und folglich ihre Aufgabe als Einrückhilfsmittel nicht mehr
erfüllen können. Auch ist es mit Rücksicht auf die Oberflächenabnutzung der Klinken
und der mit ihnen zusammenwirkenden Gegenglieder nicht wünschenswert, daß die Klinken
längere Zeit bei mittleren oder hohen Drehzahlen über ihre Gegenelemente hinwegratschen.
Es sind infolgedessen schon Hilfsmittel bekanntgeworden, durch welche die Einrückklinken
bei überschreitung bestimmter Grenzdrehzahlen aus ihrer ratschenden Zusammenwirkung
mit ihren Gegenelementen ausgerückt werden.
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Außer den erwähnten Einrückklinken sind auch schon andere Einrückhilfsmittel
zur Herbeiführung des erwähnten Voreingriffes der Klauenkränze von Klau,-nkupplungen
der eingangs dargelegten Art bekanntgeworden. Solche anderen Einrückhilfsmittel,
deren Wirkung beispielsweise auf Reibung beruhen kann, sind jedoch hinsichtlich
ihrer Betriebssicherheit unzuverlässig und infolgedessen für Betriebszustände, die
eine lange Wirkungsdauer bei verhältnismäßig hohen Drehzahlen erfordern, nicht zu
empfehlen. Sie eignen sich auch nicht für Betriebsbedingungen, unter welchen im
Augenblick der Kupplungseinrückung hohe Beschleunigungskräfte auftreten. In die
Kategorie der Kupplungen, bei welchen die Reibung zwischen relativ zueinander beweglichen
Kupplungselementen als Einrückhilfsmittel herangezogen wird, gehört auch eine bekannte
Klauenkupplung, deren eine, längs ihrer zugehörigen Welle begrenzt axial schraubend
verschiebbare Kupplungshälfte mit einem Reibring 'ausgestattet ist, der mit einer
an der anderen Kupplungshälfte befestigten, als Hohlkegel ausgeführten Reibtrommel
zusammenwirkt. Bei dieser Kupplung steht also die axial schraubend verschiebbare
Kupplungshälfte in ausgerücktem Zustand ständig unter dem Einfluß der von der anderen
Kupplungshälfte ausgehenden Reibungskräfte. Es bedarf keines Hinweises, daß diese
Kupplung außer den zuvor erwähnten, sich zwangläufig aus der Verwendung
von
Reibung als Einrückhilfsmittel ergebenden Nachteilen zusätzlich noch den Nachteil
hat, daß infolge der bei ausgerückter Kupplung bzw. im Freilaufzustand der Kupplung
von der einen Kuppiungshälfr_e dauernd ausgehenden Reibungswirkung auf die andere
Kupplungshälfte diese ständig gebremst wird.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer selbsteinrückenden Synchron-Klauenkupplung,
deren eine Kupplungshälfte begrenzt axial schraubend verschiebbar ist und die mit
Einrückhilfsmitteln versehen ist, welche die oben dargelegten Nachteile bekannter
Bauarten nicht zur Folge haben.
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Demgemäß geht die Erfindung von einer selbsteinrückenden Synchron-Klauenkupplung
aus, deren eine Kupplungshälfte begrenzt axial schraubend verschiebbar ist und in
ausgerücktem Zustand unter dem Einfiuß einer von der anderen Kupplungshälfte ausgehenden
Kraftwirkung steht und die dadurch gekennzeichnet ist, daß an einer de_- beiden
Kupplungshälften an sich bekannte Magnetmittel angeordnet sind, deren Kraftfeld
versucht, die beiden Kupplungshälften im Sinne eines Voreingriffes der beiden Klauenkränze
einander anzunähern, und deren Wirbelstromwirkung in der jeweils anderen Kupplungshälfte
diesem Kraftfeld jeweils im Maße der Relativdrehzahl der beiden Kupplungshälften
entgegenwirkt.
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Die Magnetmittel jeweils einer Kupplungshälfte können nach einem weiteren
Erfindungsmerkmal von einer Vielzahl einzelner Magnete gebildet sein, die mit einem
an der jeweils anderen Kupplungshälfte gebildeten oder befestigten Anker zusammenwirken.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist an der mit dem Anker versehenen
Kupplungshälfte außerdem ein Wirbelstromring gebildet oder befestigt, der das durch
die Wirbelstromwirkung im Anker erzeugte Gegenfeld verstärkt.
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Schließlich weist nach einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung
eine der beiden Kupplungshälften einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Ringraum
auf, in welchen die andere Kupplungshälfte hineinragt, so daß bei Relativdrehung
beider Kupplungshälften eine zusätzliche, diese Relativdrehung bremsende und die
Wirkung des Wirbelstrom-Gegenfeldes unterstützende Hemmwirkung auf diese Kupplungshälfte
ausgeübt wird.
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Als Magnetmittel können entweder Permanentmagnete oder auch Elektromagnete
Anwendung finden. Die Bemessung der die Einleitung der Kupplungseinrückung bewirkenden
Magnetkräfte kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der Abstand zwischen den
Magnetpolen und dem Anker entsprechend bemessen oder die Form der Magnetpole entsprechend
gewählt wird. Die Magnetkräfte wirken also als axiale Hilfskraft, welche die beiden
Kupplungshälften im Sinne eines Voreingriffes der beiden Klauenkränze einander annähert.
Dabei ergibt sich jedoch die besondere Wirkung, daß bei Relativdrehung der beiden
Kupplungshälften von den Magnetmitteln eise Wirbelstromfeld erzeugt wird, welches
dem Magnetfeld entgegenwirkt. Je mehr sich jedoch die Relativdrehzahl der Kupplungshälften
dem Synchronismus annähert, um so mehr nähert sich diese Gegenwirkung dein Wert
Null, der im Augenblick des Synchronismus erreicht wird, worauf das eigentliche
Maciie:,'eld der Magnetmittel zur Wirkung kommen und die erwähnte gegenseitige Annäherung
der beiden Klauenkränze im Sinne eines Voreingriffes desselben herbeiführen kann.
Die Gegenwirkung des Wirbelstromfeldes kann oein*iß den erwähnten abgewandelten
Ausführungsformen der Erfindung durch Anordnung von Magneten mit ausgeprägten Polen
und'oder durch Anor-drun-.; eines Wirbelstromringes verstärkt werden. Bei der ebenfalls
schon erwähnten Ausführungsform der Erfindung, die ohne solche Verstärkungsmittel
auskommt. genügt die Anordnung des genannten Flüssigkeitsringes, der infolge der
auftretenden Flüssigkeitsreibung ebenfalls eine Hemmwirkung ausübt.
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Die miteinander zusammenwirkenden Stirnseiten der Kupplungsklauenkränze
bestehen bekanntlich aus gehärtetem und geläpptem Stahl. Da die Kupplung im allgemeinen
zwecks Verminderung des Verschleißes der Kupplungsteile geschmiert wird, kann sie
ohne Schwierigkeit auf lange Zeit mit stirnseitig aneinanderlieaenden Klauenkränzen
betrieben werden. Dabei können beide Kupplungshälften mit hohen Drehzahlen laufen.
da die gemäß der Erfindung vorgesehenen EinrUckhilfsmittel im Gegensatz zu den bekannten
Einrückklinken oder Reibungsgliedern nicht durch Fliehkräfte, durch Schwingungen
oder durch Reibungsabnutzung hinsichtlich ihrer Wirkungsfähigkeit beeinträchtigt
werden.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben.
In den Zeichnungen stellen dar F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Klauenkupplung
nach der Erfindung, F i g. 2 eine Ansicht dieser Kupplung in Richtung des Pfeiles
A in F i g. 1, F i g. 3 eine weitere Ausführungsform einer Kupplung nach der Erfindung,
F i g. 4 eine Ansicht dieser Kupplung in Richtung des Pfeiles B in F i g. 3 und
F i g. 5 eine weitere Ausführungsform einer Kupp-Inne, nach der Erfindung.
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Die in den F i g. 1 und 2 der Zeichnungen gezeigte Kupplung nach der
Erfindung weist eine Kupplungshälfte in Form eines Ringes 1 auf, der an der Stirnseite
einer Welle 2 befestigt und mit einem inneren Kupplungsklauenkranz 3 versehen ist.
Die Welle 2 trägt außerdem einen Ring 4, an welchem im Kreis Magnete 5 angeschraubt
sind, wobei jeweils gleichnamige Pole miteinander in Berührung stehen (s. F i g.
2). Das Ende der Welle 6 ist in der Welle 2 gelagert. Die Welle 6 weist ein äußeres
Steilgewinde 7 auf, in welches ein ebensolches Steilgewinde der zweiten Kupplungshälfte
8 eingreift, so daß diese sich auf der Welle 6 zwischen Axialanschlägen 9 und 10
axial schraubend verschieben kann. Die Kupplungshälfte 8 weist einen äußeren Kupplungsklauenkranz
11 au:', der je nach der Richtung, in welcher die Kupplungshälfte 8 relativ zur
Welle 6 schraubend verschoben wird, mit dein Klauenkranz 3 in Eingriff kommt oder
aus demselben ausgerückt wird. Im oberen Teil der F i g. 1 ist der Klauenkranz 1.1
in einer Lage dargestellt, in welcher er aus dem K1.=.iienkr2nz 3 ausgerückt ist,
wobei die axial schraubend verschiebbare Kupphungahälfte 8 an dem Axialanschlag
9 anliegt. Der -ntere Teil der F i g. 1 zeigt die KIauenkränze vol'. winnerückt,
wobei die axial schraubend verschiebbare Kupplungshälfte 8 an dein Axialanschlag
10 a nliegt. Auf der Kupplungshälfte 8 ist ein Anke=. in Form eines RLig
es 12 befestigt, auf welchen ein aus Ktip'e.- bestehender Ring 13 aufgesetzt ist.
In aii4^crückter Stellung der Kupplung befindet sich die Mittelebenc des Kupferringes
13 etwa
in der Mittelebene der Magnete 5, wie dies im oberen Teil
der F i g. 1. gezeigt ist.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Es sei vorausgesetzt,
daß die Kupplung sich in ausgerückter Stellung befinde, daß ferner die Welle 2 sich
in einem Drehsinn drehe, der (in F i g. 1 von links gesehen) entgegen dem Uhrzeigersinn
gerichtet ist, und daß die Welle 6 stillstehe. Die Welle 6 laufe nun im selben Drehsinn
wie die Welle 2 an, und ihre Drehzahl werde so lange erhöht, bis Synchronismus eintritt,
bei welchem die Welle 6 dann versucht, die Welle 2 zu überholen.
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Wenn keine Relativdrehung der beiden Kupplungshälften 1 und 8 stattfindet,
wirken die Magnete 5 mit dem Anker 12 in der Weise zusammen, daß auf die axial schraubend
verschiebbare Kupplungshälfte 8 eine (in F i g. 1 nach links gerichtete) Axialkraft
ausgeübt wird, welche versucht, diese Kupplungshälfte in Richtung auf die Kupplungshälfte
1 zu ziehen. Läuft die Welle 2 schneller als die Welle 6, steht der Klauenkranz
11 in sanfter, gleitender Anlage am Klauenkranz 3. Die Relativbewegung zwischen
den Magneten 5 und dem Kupferring 13 ruft Wirbelströme hervor, wodurch ein magnetisches
Gegenfeld erzeugt wird, welches auf den Anker 12 in einem zum Feld der Magnete 5
entgegengesetzten Sinn wirkt. Dieses magnetische Gegenfeld hat das Bestreben, die
axial schraubend verschiebbare Kupplungshälfte 8 in der gleichen Richtung zu drehen,
wie die Welle 2 sich dreht, und die axial schraubend verschiebbare Kupplungshälfte
8 längs der Welle 6 (in F i g. 1 nach rechts) zu verschieben, d. h. von der Kupplungshälfte
1 wegzubewegen, wobei dieses magnetische Gegenfeld um so größer ist, je höher die
Relativdrehzahl zwischen den Wellen 2 und 6 ist. Da das magnetische Wirbelstromfeld
der Magnetkraft entgegenwirkt, welche versucht, die axial schraubend verschiebbare
Kupplungshälfte 8 in Richtung auf die Kupplungshälfte 1 zu ziehen, so kann bei hohen
Relativdrehzahlen der Druck der Klauen 11 gegen die Klauen 3 so niedrig werden oder
sogar auf Null absinken, daß ein Zustand eintritt, in welchem überhaupt keine Berührung
mehr zwischen den Klauenkränzen 3 und 11 herrscht, wie dies in F i g. 1 dargestellt
ist. Das magnetische Wirbelstromfeld nimmt in dem Maße ab_, in welchem die Relativdrehzahl
abnimmt und wird in dem Augenblick Null, in welchem Synchronismus herrscht, so daß
die axiale magnetische Kraft dann voll wirksam wird und das Einrücken des Klauenkranzes
11 der axial schraubend verschiebbaren Kupplungshälfte 8 in den Klauenkranz 3 der
Kupplungshälfte 1 einleitet. Wenn danach die Relativdrehrichtung der beiden Kupplungshälften
sich umkehrt, sobald die Drehzahl der Welle 6 über die Drehzahl der Welle 2 ansteigt,
dann bewirkt das durch die teilweise Einrückung der Klauen 3 in die Klauen 11 hervorgerufene
Drehmoment, daß die axial schraubend verschiebbare Kupplungshälfte 8 längs der Welle
6 auf dem Steilgewinde axial schraubend verschoben wird, so daß der Klauenkranz
11 in Eingriff mit dem Klauenkranz 3 gelangt, wobei die Bewegung der axial schraubend
verschiebbaren Kupplungshälfte 8 durch den Axialanschlag 10 begrenzt wird (s. die
untere Hälfte der F i g. 1).
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Wenn die Relativdrehrichtung der beiden Kupplungshälften 1 und 8,
beispielsweise infolge Verzögerung der Welle 6, sich wieder umkehrt, dann bewegt
sich die Kupplungshälfte 8 wieder längs des Steilgewindes 7 nach rechts, bis ihr
Klauenkranz 11 aus dem Klauenkranz 3 ausgerückt ist, wobei der Axialanschlag 9 die
Kupplungshälfte 8 daran hindert, sich so weit nach rechts zu verschieben, daß die
Magnete zum Einleiten einer erneuten Kupplungseinrückung unwirksam werden.
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Die in den F i g. 3 und 4 gezeigte Kupplung nach der Erfindung ist
der soeben beschriebenen Kupplung ähnlich. An Stelle des Ringankers der Ausführungsform
nach den F i g. 1 und 2 ist hier jedoch ein mit Radialkerben versehener Anker 15
vorgesehen (s. F i g. 4). Die Einrichtung zur Erhöhung des Wirbelstrom-Gegenfeldes
auf die axial schraubend verschiebbare Kupplungshälfte besteht in einem Kupferring
16, der zwischen dem Anker 15 und einem Flansch 17 eingespannt ist, welche den Außenklauenkranz
11 der axial schraubend verschiebbaren Kupplungshälfte hält. Falls gewünscht, kann
der Anker 15 winkelmäßig mit Bezug auf die axial schraubend verschiebbare Kupplungshälfte
verstellbar angeordnet sein, so daß die Winkellage der Radialkerben mit Bezug auf
den Klauenkranz 11 geändert werden kann.
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F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Kupplung, bei welcher für die gewünschte Wirkung an Stelle eines Wirbelstromringes
zur Verstärkung des magnetischen Wirbelstromfeldes die Hemmwirkung einer Flüssigkeit
benutzt wird, die zwischen der Kupplungshälfte 1 und der axial schraubend verschiebbaren
Kupplungshälfte 8 untergebracht ist.
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Eine Axialbohrung 18 in der Welle 2 dient zur Zuführung von Schmieröl,
welches aus dieser Bohrung über ein Wälzlager in einen Raum gelangt, der sich an
der Stirnseite der Welle 6 um diese herum erstreckt. An dem Ring 4 ist ein ringförmiges
Ölgefäß 19 angeschraubt, in welchem sich während des Umlaufes der Welle
2 ein Ölring in der angegebenen Weise bildet, dessen Hemmwirkung auf die
axial schraubend verschiebbare Kupplungshälfte 8 bei hohen Drehzahlen der Welle
2 relativ zur Welle 6 groß ist. Im Augenblick des Synchronismus erreicht die Hemmwirkung
des Öles ein Minimum, und die Axialkraft zwischen den Magneten 5 und dem Anker 12
ist dann stark genug, um das Einrücken der Kupplung einzuleiten.
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Die Erfindung wurde oben an Hand verschiedener Ausführungsformen von
Klauenkupplungen beschrieben. Der Begriff »Klauenkupplungen« umfaßt selbstverständlich
alle äquivalenten Kupplungen, insbesondere also auch Zahnkupplungen.