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Reibscheibenwechselkupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine Reibscheibenwechselkupplung,
insbesondere für Zahnradwechselgetriebe, die mit zwei Scheibensätzen und
je einer jedem Scheibensatz zugeordneten Druckscheibe versehen ist und eine
die Umschaltrichtung aufweisende mechanische Verbindung zwischen den Druckscheiben
zum gleichzeitigen Lösen des einen Scheibensatzes und Spannen des anderen beim Umschalten
aufweist. Dabei erfolgt die Spannung eines jeden Scheibensatzes mit Federdruck.
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Bei derartigen Mehrfachkupplungen, die in Zahnräderwechselgetriebe
eingebaut werden, müssen die einzelnen Kupplungs- und Entkupplungsvorgänge genau
gleichlaufen, um die gewünschte Unischaltung zu erreichen. Zahnräderwechselgetriebe,
z. B. für bestimmte Werkzeugmaschinen, müssen zumindest zwei Antriebscharakteristiken,
d. h. üblicherweise zwei unterschiedliche Arbeitsgeschwindigkeiten, ermöglichen,
die mit einer hohen Umschaltgeschwindigkeit gewechselt werden können. Bisher waren
genau übereinstimmende Kupplungsvorgänge für die einzelnen Geschwindigkeitsstufen
nur schwer, d. h. unter hohem konstruktiven Aufwand erreichbar. Die dabei
verwendeten Spanneinrichtungen bestehen in der Regel aus gegeneinanderwirkenden
Federn, bei denen eine Feder jeweils eine so große Kraft aufweisen muß, daß die
Kraft der ihr entgegenwirkenden Feder überwunden und gleichzeitig das Kuppeln bewirkt
wird. Hierbei sind auch Kugelführungen bekannt, die als Steuerrillen mit einer in
Umfangsrichtung unterschiedlichen Tiefe ausgebildet sind.
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Ferner sind Relbscheibenwechselkupplungen bekannt, bei denen die Spanneinrichtung
in zwei Richtungen wirkt. Diese Spanneinrichtung ist aber mit Schraubenfedern ausgestattet,
die eine verhältnismäßig aufwendige Konstruktion zur Änderung der Federabstützung
erfordern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Reibscheibenwechselkupplung
mit einem einfachen Aufbau zu schaffen, die sich durch hohe Kupplungsgeschwindigkeit,
große Betriebssicherbeit und hohe Kupplungsgenauigkeit auszeichnet, d. h.
bei der der Anpreßdruck der Druckscheiben in beiden Schaltstellungen trotz eines
einfachen Aufbaues und Verwendung möglichst weniger und zeitlich dauerhafter Federn
gesichert ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß in an sich bekannter Weise in beiden
Schaltstellungen eine gemeinsame Feder wirksam ist, die zwischen einer Druckscheibe
und einem fest mit der Welle verbundenen Bund angeordnet ist, und bei der die Spannung
des anderen Scheibensatzes über die Druckscheibe des einen Scheibensatzes und die
mechanische Verbindung an der anderen Druckscheibe ohne Umkehr ihrer Wirkrichtung
anliegt, und die Druckscheiben während des Umschaltvorganges axial gegeneinander
verschiebbar sind.
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Die Erfindung löst die oben genannte Aufgabe auf eine sehr einfache
Weise. Trotz eines einfachen Aufbaues unter Verwendung einer einzigen Feder ist
es möglich, unabhängig von der Schaltstellung mit gleichen Kupplungsanpreßkräften
zu arbeiten. Dies ist ein wesentlicher Fortschritt bei schnellaufenden Reibscheibenwechselkupplungen
mit zwei Scheibensätzen.
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In zweckmäßiger Weise dienen in der mechanischen Verbindung Kugellager
zum Übertragen der axialen Anpreßkraft. Dabei ist es vorteilhaft, die Kugeln des
Axiallagers in Steuerrillen zu lagern, die in Umfangsrichtung unterschiedlich tief
ausgebildet sind. Mit dieser Anordnung ist bei einer Drehung des einen Kugellagerringes
gegenüber dem anderen der Axialabstand der beiden zu verändern. Die Anwendung von
Tellerfedern entspricht ebenfalls dem Wunsch nach großer Lebensdauer und betriebssicherer
Ausführung.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Darin zeigt F i g. 1 einen teilweise schematischen Längsschnitt
entlang der Mittelachse einer umschaltbaren Doppelkupplung,
F i
g. 2 einen Teilschnitt entlang der Linie 2-2 in F i g. 1 in Richtung
der Pfeile, und F i g. 3 eine graphische Darstellung der Kraft-Weg-Kennlinie
von Tellerfedern.
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In F i g. 1 ist eine Reibscheibenwechselkupplung dargestellt,
die jeweils eine Drehmomentübertragung zwischen der Welle 10 und einer der
beiden konzentrisch auf der Welle drehbar gelagerten Zahnräder 11 und 12
ergibt. Die Zahnräder 11 und 12 können durch die im ganzen mit den Kennziffern
13 und 14 bezeichneten Kupplungen wahlweise mit der Mittelwelle
10 gekuppelt werden. In F i g. 1 ist das Zahnrad 11 mit der
Mittelwelle 10 über die Kupplung 13
drehfest verbunden, während das
Zahnrad 12 frei gegenüber der Welle 10 umlaufen kann.
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Die Kupplung 13 umfaßt eine Druckscheibe 13
a
und eine Reibscheibe 13 b, deren gegeneinander gerichtete Reibflächen
lösbar an den gegenüberliegenden Flächen des Zahnrades 11 kraftschlüssig
angreifen können. Die Kupplung 14 umfaßt eine Druckscheibe 14 a und eine
Reibscheibe 14 b, deren gegeneinander gerichtete Reibflächen lösbar an den
gegenüberliegenden Flächen des Zahnrades 12 angreifen können. Die Kupplungsseheiben
14 a und 14 b werden bei ausgerückter Kupplung mit der Feder 15
axial
belastet und außer Eingriff mit dem Zahnrad 12 gehalten. Die Federn 15 sind
radial innerhalb des Zahnringes 12 angeordnet. Die Reibscheiben 13
b
und 14 b und die Büchse 20 sind auf der Mittelwelle
10 mit einer Ringmutter 18 und einer Paßfeder 19
festgelegt.
Die Druckscheibe 13 a ist mit der Welle 10 mit einer eine begrenzte
Axialbewegung gestattenden Paßfeder 33 drehfest verbunden, während die Druckscheibe
14a in gleicher Weise mit der Büchse 20 mit der Paßfeder 34 verbunden -ist.
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Die Kupplung 13 ist normalerweise eingerückt. Die Reibflächen
des Zahnrades 11 sind dabei von der Tellerfeder 16 belastet, die sich
mit ihrer Innenkante 16 a gegen einen Bund 17 der Welle
10 und mit ihrer Außenkante 16b gegen die axial frei auf der Welle
10 bewegliche Druckscheibe 13 a abstützt. Wenn sich die Reibscheibenwechselkupplung
in der in der Zeichnung dargestellten Stellung befindet, wirkt die Kraft der Tellerfeder
16 auch auf einen zweiten von der auf der Welle 10 sitzenden Mutter
18 gebildeten Ansatz. Die übertragung erfolgt über die Relbscheibe 14
b, die Büchse 20, die Relbscheibe 13 b, das Zahnrad
11 und die Druckscheibe 13 a. In dieser Anordnung wirkt die
Kraft der Tellerfeder auf die Kupplung 13, um das Zahnrad 11 mit der
Welle 10 zu verbinden.
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Zwischen den Kupplungsvorrichtungen 13 und 14 ist die im ganzen
mit der Kennziffer 21 bezeichnete Umschaltvorrichtung angeordnet. Die Umschaltvorrichtung
21 enthält ein Paar mit je einem Bund versehene, die Büchse 20 eng umschließende
Innenringe 22 und 23 und ein Paar mit je einem Bund versehene Außenringe
24 und 25. Die Ringe 22 und 24 sind zueinander konzentrisch angeordnet, wobei
der Außenring 24 gegen den Innenring 22 über ein Kugellager 26 abgestützt
ist. Gleicherweise ist der Außenring 25
konzentrisch zum Innenring
23 angeordnet und wird mit dem Kugellager 27 gegen ihn abgestützt.
Infolge dieser Anordnung sind die beiden Außenringe 24 und 25 unabhängig
von den Drehbewegungen der Innenringe 23 und 22 mit der Welle 10.
Die Bunde 23a und 25a an den zusammengehörenden Ringen 23 und 25 berühren
axial einander gegenüberliegend die Seiten des Kugellagers27, so daß über das Kugellager
eine axiale Kraft übertragen werden kann. Gleicherweise sind die Bunde22a und 24a
an den zusammengehörenden Ringen22 und 24 an gegenüberliegenden Seiten des Kugellagers26
angeordnet und ermöglichen so zwischen ihnen die übertragung einer axialen Kraft.
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An den gegeneinandergerichteten Stirnflächen der Außenringe24 und
25 sind rillenförmige Steuerbahnen ausgebildet, deren Tiefe in Umfangsrichtung unterschiedlich
ist. In die Steuerbahnen sind mehrere Kugeln28 eingelegt. Die Steuerbahnen sind
in Segmente eingeteilt, in denen sich die Vertiefungen z.B. dreimal über den ganzen
Kreisumfang wiederholen. Die Zahl der Kugeln ist ebenfalls 3, d. h.
je
eine für jedes Segment der Bahn.
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In F i g. 2 ist ein Abschnitt der Steuerbahnen 24
b
und 25b dargestellt. Der dargestellte Abschnitt zeigt einen Bereich
mit maximaler Tiefe, die sich in beiden Umfangsrichtungen vermindert. Die Steuerbahnen
können symmetrisch oder asymmetrisch verlaufen. Zum Beispiel kann eine Steuerbahn
mit gleichbleibender und die andere oder entgegengesetzte Seite mit wechselnder
Tiefe ausgebildet sein. Ebenso können die Steuerbahnen nur in einer Richtung von
der Maximaltiefe her ansteigen. Da die Außenringe 24 und 25 gegeneinander
drehbar sind, wird ein die Ringe spreizender Axialschub erzeugt, der über die Kugellager
26 und 27 übertragen, auch die Innenringe 22 und 23 auseinanderbewegt.
In der gezeigten Ausführungsform wird der Außenring 25 mit einem Zapfen
29, der in einen Schlitz 30 eines ortsfesten Gehäuses eingreift, an
einer Drehbewegung gehindert. Eine begrenzte Axialbewegung gegenüber der Welle
10 ist jedoch möglich. Ein Betätigungshebel 31
ist mit dem Außenring
24 verbunden, um diesem gegenüber dem in Umfangsrichtung festliegenden Ring
25 zwischen zwei Anschlägen drehen zu können, die dem Punkt der größten und
dem der geringsten Tiefe der Steuerbahnen24b und 25b entsprechen.
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Der Innenring23 steht zur übertragung einer axialen Kraft auf die
Druckscheibe 13a mit einer Anzahl gleichmäßig über einen Umfang verteilt angeordneten
Schubstücken 32, von denen eines in F i g. 1 dargestellt ist, in Verbindung.
Der axiale Ab-
stand der Reibscheiben13b und 14b ist mit der Büchse 20 festgelegt.
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Wenn im Betrieb der Betätigungshebel 31 in Umfangsrichtung
bewegt wird, führen die Außenringe 24 und 25 eine Bewegung axial zur Welle
10 aus. Diese axiale Relativbewegung wird zuerst auf die Druckscheibe 14a
übertragen, welche sich gegen den Widerstand der Feder 15 bewegt und die
Reibfläche der Reibscheiben 14 a und 14 b in Eingriff mit denen
des Zahnrades 12 bringt. Diese Bewegung wird von der Mutter 18 als Widerlager
begrenzt. Gleichzeit'g überträgt der Außenring 25 a eine axiale Bewegung
auf den Innenring 23, der die Schubstücke 32 in Längsrichtung gegen
die Innenfläche der Druckscheibe 13 a drückt, dabei die Tellerfeder
16 spannt und die Reibflächen der Reibscheiben 13 a und
13 b
vom Zahnrad 11 löst. In dieser Stellung wirkt die Druckkraft
der Tellerfeder 16, die ursprünglich die Kupplung 13 in Eingriff hielt,
auf die Kupplung 14, so daß mit einer einzigen Feder wahlweise eine Drehmoment-Übertragung
zwischen der Welle 10 und den entsprechenden Zahnrädern 11 und 12
erreichbar ist.
Die graphische Darstellung gemäß F i g. 3
zeigt die Abhängigkeit der Kraft der Tellerfeder vom Federweg in einer Kurve 34.
Die Kurve weist einen ansteigenden Abschnitt, gefolgt von einem im allgemeinen eben
verlaufenden Abschnitt 35, auf. In der in F i g. 1 dargestellten Stellung
ist die Druckfeder 16
bis zu dem Punkt 35a ihres Weges im flachen
Ab-
schnitt 35 der Kurve vorgespannt. Wenn mit dem Betätigungshebel
31 das Zahnrad 12 eingekuppelt und das Zahnrad 11 ausgekuppelt ist,
hat die Feder 16 den Punkt 35b erreicht. Auf diese Weise wird von der Feder
16 für die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Zahnrädern 11 und
12 und der Welle 10 der Bereich konstanter Kraft ausgenutzt.