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Bei Synchronismus selbsteinrückende Zahnkupplung mit begrenzt axial-schraubend
verschiebbaren Kupplungsteilen Die Erfindung betrifft bei Synchronismus selbsteinrückende
Zahnkupplungen mit begrenzt axial-sehraubend verschiebbaren Kupplungsteilen.
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Eine derartige Zahnkupplung ist beispielsweise in der britischen Patentschrift
513 974 beschrieben. Diese bekannte Zahnkupplung weist eine längs eines Steilgewindes
der ihr
zugeordneten Welle begrenzt axial-schraubend verschiebbare
Kupplungshälfte auf, die bei entsprechender Relativdrehung zu ihrer Welle aus einer
Grenzstellung, in welcher ihr Kupplungszahnkranz aus dem Kupplungs-Gegenzahnkranz
einer anderen Kupplungshälfte ausgerückt ist, über eine Zwischenstellung, in-welcher
die beiden Kupplungszahnkränze ineinander eingerückt sind, in eine andere Grenzstellung
verschoben wird, in welcher wiederum die beiden Kupplungszahnkränze auseinander
ausgerückt sind. Zur jeweiligen Einleitung dieser Verschiebungsbewegung der axial-schraubend
verschiebbaren Kupplungshälfte dieser bekannten Anordnung aus einer ihrer beiden
Grenzstellungen in die jeweils andere Grenzstellung sind zwei Ratschenklinkensätze
vorgesehen, die jeweils bei Relativdrehung der Kupplungsteile in verschiedenem Drehsinn
wirksam sind, und außerdem ist eine Schalteinrichtung vorgesehen, mittels welcher
die axial-schraubend verschiebbare Kupplungshälfte daran gehindert werden kann,
bei Verschiebung aus wenigstens einer ihrer beiden Grenzstellungen heraus in die
jeweils andere Grenzstellung axial über die Zahnkranz-Eingriffsstellung hinauszulaufen.
Diese Schalteinrichtung kann eine Schaltstellung einnehmen, in welcher die Kupplung
in beiden Drehrichtungen als Freilaufkupplung wirkt. Außerdem kann die Schalteinrichtung
zwei weitere Schaltstellungen einnehmen, in deren einer die axial-schraubend verschiebbare
Kupplungshälfte
daran gehindert wird, in ihre eine Grenzstellung einzulaufen, und in deren anderer
sie daran gehindert wird, in ihre andere Grenzstellung einzulaufen, so daß die Kupplung
wahlweise entweder auf Freilauf in einem Drehsinn oder auf Freilauf im anderen Drehsinn
geschaltet werden kann. Bei bestimmten Anwendungen solcher Zahnkupplungen soll die
Schalteinrichtung entweder nur bei Verschiebung der axial-schraubend verschiebbaren
Kupplungshälfte aus der einen Grenzstellung in die Zahnkranz-Eingriffstellung oder
nur bei deren Verschiebung aus der anderen Grenzstellung in die Zahnkranz-Eingriffstellung
wirksam sein. Dabei ergeben sich Schwierigkeiten insofern, als die Schalteinrichtung
einen oder mehrere Teile aufweist, die mit der axial-schraubend verschiebbaren Kupplungshälfte
irgendwie gekoppelt sind und dies kann sich beispielsweise wegen der dadurch vergrößerten
Massenträgheit der axial-schraubend verschiebbaren Kupplungshälfte auf deren Verschiebung
entweder längs ihres ganzen Verschiebungsweges zwischen ihren beiden Grenzstellungen
oder längs eines Teiles dieses Verschiebungsweges nachteilig auswirken. Ähnliche
Schwierigkeiten stellen sich ein, wenn eine axial-schraubend verschiebbare Kupplungshälfte
beispielsweise
über einen Dämpfer in ihre Zahnkranz-Eingriffsstellung
verschoben werden soll, da in diesem Falle stets ein Teil des Dämpfers mit der axial-schraubend
verschiebbaren Kupplungshälfte gekoppelt ist und sich folglich die Massenträgheit
dieses Teiles über den ganzen Verschiebungsweg der axial-schraubend verschiebbaren
Kupplungshälfte zu deren Massenträgheit hinzuaddiert.
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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, den nachteiligen
Einfluß solcher schädlicher Massenträgheitskräfte anderer Teile auf die Verschiebungsbewegung
der axial-schraubend verschiebbaren Teile von Zahnkupplungen der eingangs dargelegten
Bauart zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender
Merkmale gelöst: a) Ein mit dem Kupplungszahnkranz einer axial-schraubend verschiebbaren
Kupplungshälfte zusammenwirkender Kupplungsgegenzahnkranz ist an einer weiteren
axial-schraubend verschiebbaren Kupplungshälfte angeordnet, die ihrerseits zwischen
zwei durch Anschläge festgelegten Grenzstellungen relativ zu einem ihr zugeordneten
Kupplungsteil verschiebbar ist,
b) Die Bemessung und gegenseitige
Anordnung der Teile ist derart, daß in einer Grenzstellung der beiden axial-schraubend
verschiebbaren Kupplungshälften deren Kupplungszahnkränze auseinander ausgerückt
sind und bei Verschiebung beider axial-schraubend verschiebbarer Kupplungshälften
aus dieser Grenzstellung heraus in ihre jeweils anderen Grenzstellungen diese Kupplungszahnkränze
zunächst ineinander einrücken und dann wieder auseinander ausrücken, während dann,
wenn jeweils eine der beiden axial-schraubend verschiebbaren Kupplungshälften sich
in ihrer einen Grenzstellung und die jeweils andere dieser axialschraubend verschiebbaren
Kupplungshälften sich in ihrer Zwischenstellung befindet, diese beiden Kupplungszahnkränze
ineinander eingerückt sind, c) Beide axial-sehraubend verschiebbare Kupplungshälften
sind mit an sich bekannten Einrückklinken oder dazu äquivalenten Mitteln ausgestattet,
die jeweils die betreffende Verschiebung der ihnen zugeordneten axial-schraubend
verschiebbaren Kupplungshälfte aus ihrer jeweils einen Grenzstellung in ihre jeweils
andere Grenzstellung einleiten, wobei jeweils einer dieser Klinkensätze bei Relativdrehung
der Kupplungsteile
in einem Drehsinn und der andere dieser Klinkensätze
bei Relativdrehung der Kupplungsteile in entgegengesetztem Drehsinn wirksam ist,
d) Die Kupplung ist mit einer an sich bekannten Verriegelungseinrichtung zur Verriegelung
einer der beiden axial-schraubend verschiebbaren Kupplungshälften in ihrer anderen
Grenzstellung versehen, und e) Die Kupplung ist mit einer Schalteinrichtung zur
Schaltung der axial-schraubenden Verschiebung der anderen der beiden axial-schraubend
verschiebbaren Kupplungshälften versehen.
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Einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kupplung werden nunmehr
unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen beispielsweise beschrieben,
in welchen Fig. 1 einen Axialhalbschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Zahnkupplung zeigt, Fig. 1A einen Teilquerschnitt durch die
in Fig.
1 dargestellte Kupplung längs der Ebene A-A, in Pfeilrichtung gesehen zeigt, Fig.
1B einen Teilquerschnitt durch die in Fig. l dargestellte Kupplung längs der Ebene
B-B, in Pfeilrichtung gesehen zeigt, und die Fig. 2, 3, 4 und 5 Axialhalbsehnitte
durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplung zeigen, die
jeweils die Kupplung in ausgerückter Stellung, in einer Zwischenstellung, in einer
weiteren Zwischenstellung und in eingerückter Stellung darstellen. Die in den Fig.
1, 1A und 1B dargestellte Zahnkupplung nach der Erfindung weist eine Welle 1 auf,
deren äußeres, rechtsgängiges Steilgewinde 2 in ein entsprechendes Innen-'
steilgewinde
3 einer axial-schraubend verschiebbaren Kupplungshälfte 4 eingreift, die sich folglich
längs der Welle 1 äxiäl-schraubend verschieben kann, wobei diese Bewegung durch
Axialanschläge 5 und 6 der Welle 1 begrenzt ist. Die axial-schraubend verschiebbare
Kupplungshälfte 4 weist eine muffenartige Verlängerung 7 auf, an deren Stirnseite
ein innerer Kupplungszahnkranz 8 angeordnet ist. Außerdem sind an dieser muffenartigen
Verlängerung 7 diametral zueinander angeordnete Einrückklinken 9 angeordnet, die
jeweils auf Klinkenzapfen 10 verschwenkbar sind.
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Die andere, mit der Welle 1 zu kuppelnde Welle 11 liegt koaxial zu
der erstgenannten Welle und ist ebenfalls mit einem äußeren, rechtsgängigen Steilgewinde
12 versehen. welches in ein entsprechendes Innensteilgewinde 13 der anderen Kupplungshälfte
14 eingreift, Welche sich folglich ihrerseits ebenfalls längs der Welle 11 axial-schraubend
verschieben kann, wobei diese Verschiebung wiederum ebenfalls durch Axialanschläge
15 und 16 begrenzt ist. Die Kupplungshälfte 14 -weist einen äußeren Kupplungszahnkranz
17 auf und ist außerdem mit diametral einander gegenüberliegend angeördneten Einrückklinken
18 ausgestattet, die auf Klinkenzapfen 19 verschwenkbar sind.
Bei
der hier zu beschreibenden Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zahnkupplung sind
beide Kupplungshälften 4 und 14 mit Schaltmuffen versehen. Die Kuoplungshiälfte
4 weist einen geraden Außenkeilkranz 20 auf, der in einen entsprechenden Innennutenkranz
21 einer Schaltmuffe 22 eingreift, die ihrerseits wiederum einen Innenkeilkranz
23 aufweist, der in einer bestimmten Schaltmuffenstellung in einen Außennutenkranz
24 der Welle 1 eingreifen kann. Die Kupplungshälfte 14 ist in gleicher Weise mit
einem Außenkeilkranz 20' ausgestattet, der mit einem Innennutenkranz 21' einer Schaltmuffe
22' zusammenwirkt, welch letztere wiederum einen Innenkeilkranz 23' aufweist, der
in einer bestimmten Schaltmuffenstellung mit einem Außennutenkranz 24' der Welle
11 zusammenwirken kann.
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Dreht sich die Welle 11 in Richtung des angegebenen Pfeiles relativ
zur Welle 1, so greifen die Einrückklinken 18 die Zähne des Kupplungszahnkranzes
8 und die Kupplungshälfte 14, deren Eigenträgheit geringer als diejenige der Kupplungshälfte
4 ist, wird folglich axial-schraubend nach links bis zum Anschlag 15 verschoben,
wodurch die Kupplungszahnkränze und 17 ineinander einrücken, was wiederum zur Folge
hat, daß nunmehr die Kupplungshälfte 4 axial-schraubend bis zum Anschlag"-an *den
Anschlag 6 verschoben vjird, jwodurch der
Kupplungszahnkranz 8
mit Bezug auf den Kupplungszahnkranz 17 wiederum nach rechts verschoben wird, so
daß nunmehr die Einrückklinken 9 über die Zähne des Kupplungszahnkranzes 17 hinwegratschen.
Tritt nunmehr ein mit der Schaltmuffe 22' zusammenwirkendes federndes Schaltglied
in Tätigkeit, so verschiebt sich die Schaltmuffe 22' nach links und ihre Innenkeile
23' schieben sich nunmehr in die Außennuten 24' der Welle 11, wodurch die Kupplungshälfte
14 in ihrer linken Stellung verriegelt wird. Die Kupplung arbeitet nunmehr in einem
Drehsinn als Freilaufkupplung. Kehrt sich nunmehr der Relativdrehsinn zwischen den
beiden dellen 1 und 11 wiederum um, so greifen die Einrückklinken 9 die Zähne des
Kupplungszahnkranzes 17 und die Kupplungshälfte 4 wird nunmehr axialschraubend nach
links bis zum Anschlag an den Axialanschlag 5 verschoben, wodurch die Kiupplungszahnkränze
8 und 17 wiederum in gegenseitigen Eingriff belangen. Nunmehr kann sich die Schaltmuffe
22 unter der Wirkung eines federnden Schaltelementes nach rechts verschieben, wodurch
ihre Innenkeile 23 sich in die Außennuten 24 der Welle 1 einschieben können und
wodurch nunmehr die Kupplungshälfte 4 mit Bezug auf die Welle 1 ebenfalls verriegelt
ist. Die Kupplung ist nun in beiden Drehrichtungen verriegelt und kann folglich
in beiden Drehrichtungen Drehmoment von der ,elle 1 zur delle 11 bzw. umgekehrt
übertragen.
Es wird nunmehr Bezug auf die Figuren 2, 3, 4 und 5
der Zeichnungen genommen. Die Welle 31 weist eine Muffenartige Verlängerung 32 auf,
die ihrerseits mit einem inneren Steilgewinde 33 versehen ist, in welches ein Außensteilgewinde
34 der einen Kupplungshälfte 35 eingreift, die folglich innerhalb des Hohlraumes
der muffenartigen Wellenverlängerung 32 angeordnet ist und sich zwischen Axialanschlägen
36 und 37 der muffenartigen Verlängerung 32 relativ zur Welle 31 axial-schraubend
verschieben kann. Die Kupplungshälfte 35 weist einen inneren Kupplungszahnkranz
38 auf und ist außerdem mit gegenseitig diametral angeordneten Einrückklinken 39
ausgestattet, die sich auf Klinkenzapfen 40 verschwenken können. Die mit der Welle
31 zu kuppelnde andere stelle 41 liegt wiederum koaxial zu diesem und weist ein
linksgängiges äußeres Steilgewinde 42 auf, in welches ein entsprechendes Innenstieilgewinde
43 der anderen Kupplungshälfte 44 eingreift. Diese andere Kupplungshälfte 44 kann
sich folglich relativ zu der ihr zugeordneten Welle 41 zwischen Axialanschlägen
45 und 46 axial-schraubend verschieben. Die Kupplungshälfte 44 weist einen äußeren
Kupplungszahnkranz 47 und diametral zueinander angeordnete Einrückklinken 48 auf,
die sich auf Klinkenzapfen 49 verschvenken können. Außerdem ist die
Kupplungshälfte
44 mit einem Außenkeilkranz 50 ausgestattet. Die Welle 41 weist wiederum einen Außennutkranz
51 auf.
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Eine Schaltmuffe 52 greift mit einem Innennutkranz 53 in die Außenkeile
50 der Kupplungshälfte 44 ein und weist außerdem einen Innenkeilkranz 54 auf, der
unter nachstehend noch zu beschreibenden Bedingungen bei entsprechender Axialverschiebung
der Schaltmuffe 52 in die Außennuten des Außennutenkranzes 51 der Welle 41 eingeschoben
werden kann.
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Betrachtet man die Kupplung stirnseitig von links, so weisen die Nasen
der Einrückklinken 39 und 48 entgegen dem Uhrzeigersinn.
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Die Wirkungsweise der Kupplung ist wie folgt: Sind die Verriegelungskeile
54 der Schaltmuffe 52 aus den Nuten 51 der Wgelle 41 ausgerückt, wie dies in den
Figuren 2 und 3 der Zeichnungen dargestellt ist, so ist die Kupplung vollständig
ausgerückt, d. h. sie kann in keiner Drehrichtung Drehmoment übertragen.
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Es sei nun angenommen, daß die -delle 41, wenn man die Kupplung btirnseitig
von links betrachtet, im Uhrzeigersinn relativ zur delle 31 umlaufe und daß sich
die Kupplungshälfte 35 in
ihrer linken Grenzstellung befinde, während
die Kupplungshälfte 44 sich in ihrer rechten Grenzstellung befinde, wie dies in
Figur 2 der Zeichnungen dargestellt ist. In diesem Zustand ratschen die Einrückklinken
48 über die Zähne des Kupplungszahukranzes 38. Bei dieser Stellung der Kupplungshälfte
44 kann die Schaltmuffe 52 nicht im Sinne einer Verriegelung der Kupplungshälfte
44 verschoben werden, da die Stirnseiten ihrer Innenkeile 54 an den Stirnseiten
der zwischen den Außennuten 51 gebildeten Keile der Welle 41 anstoßen.
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In die Gabelnut 55 der Schaltmuffe 52 greift eine federnd betätigte
Schaltgabel ein, welche versucht, die Schaltmuffe nach links zu schieben, so daß
die Stirnseiten der Innenkeile 54 in der soeben geschilderten Wleise an den Stirnseiten
der zwischen den Nuten 51 gebildeten Keile anstehen.
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Wlird nunmehr der Relativdrehsinn zwischen den Wellen 31 und 41 umgekehrt,
so greifen die Einrückklinken 48 die Zähre des KupplurGszahnkranzes 38 und
die Kupplungshälfte 35, deren Trägheit geringer als diejenige dar Kupplungshälfte
44 ist, zu welch letzterer sich außerden roch die Trägheit der Schaltmuffe 52 addiert,
verschiebt sich folglich nurmehr
axial-schraubend nach rechts bis
zum Anschlag an den Axialanschlag 37, wodurch der Kupplungszahnkranz 38 in den Kupplungszahnkranz
47 eingerückt wird. Diese eingerückte Stellung der Kupplung ist in Figur 3 der Zeichnungen
dargestellt. Die gegenseitige Einrückung der Kupplungszahnkränze 38 und 47 bewirkt
nunmehr eine axial-schraubende Verschiebung der Kupplungshälfte 44 nach links bis
zum Anschlag an den Axialanschlag 45 und diese axial-schraubende Verschiebung der
Kupplungshälfte 44 bringt ihrerseits wiederum die Innenkeile 54 der Schaltmuffe
52 in eine Winkellage mit Bezug auf die Keilnuten 51 der Welle 41, in welcher diese
sich ineinander einschieben und folglich die Kupplungshälfte 44 in ihrer linken
Stellung verriegeln. Diese Stellung der Kupplung ist in Figur 4 der Zeichnungen
dargestellt. In dieser Stellung der Kupplungshälfte 44 rätschen, die Zähne des Kupplungszahnkranzes
47 relativ zu den Klinken 39 und die Kupplung kann folglich in diesem Drehsinn kein
Drehmoment übertragen. Wird nunmehr der gegenseitige Relativdrehsinn der beiden
Wdellen 31 und 41 wiederum umgekehrt, so greifen die Einrückklinken 39 die Zähne
des Kupplungszahnkranzes 47 und die Kupplungshälfte 35 wird folglich axial-schraubend
nach links in ihre Ausgangsstellung zurückverschoben, in welcher sic an dem AXialanschlag
3n anliegt. Die beiden Kupplungszahnkränze sind
nunmehr ineinander
eingerückt und die Kupplung kann nunmehr in beiden Drehrichtungen Drehmoment übertragen.
Diese Stellung der Kupplung ist in Fig. 5 der Zeichnungen dargestellt.
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Die muffenartige Verlängerung 32 ist an ihrer linken inneren Stirnseite
abgestuft und die linke Stirnseite der Kupplungshälfte 35 ist hierzu komplementär
ebenfalls abgestuft, so daß, wenn sich die Kupplungshälfte 35 aus ihrer linken Grenzstellung
in ihre rechte Grenzstellung bewegt, ein radial innen offener Ringraum gebildet
wird. Öl, welches durch Fliehkraftwirkung in diesen Ringraum gelangt, wird darin
aufgefangen und wirkt als Dämpfungsflüssigkeit, wenn die Kupplungshälfte 35 sich
wieder nach links in die Kupplungseinrückungsstellung verschiebt. Der Ringraum stellt
also einen öldämpfer dar, der die Verschiebungsbewegung der Kupplungshälfte 35 bei
der Kupplungseinrückung dämpft.