Selbstschaltende Zahnkupplung Die Erfindung betrifft bei Synchronismus
selbatschaltende Zahnkupplungen, deren eine Kupplungshälfte axialschraubend verschiebbar
ist und Teil eines Schaltmechanismus bildet der bei Durchgang der beiden Kupplungshäften
durch der Synchronismus die zumindestens teilweise gegenesitige Einrückung der beiden
kupplungssahnkränze bewirkt.
Der Begriff "Zahnkupplung" umfaßt im
Zuge der nächstehenden Darlegungen auch hierzu äquivalente Kupplungen, beispielsweise
also Klauenkupplungen. Die Erfindung bezweckt die Lösung der Aufgabe, bei Kupplungen
der eingangs dargelegten grundsätzlichen Bauart die Aufnahme der Drehmomentlast
bei Kupplungseinrückung abzudämpfen und dadurch ein gegenseitiges Gleiten der Flanken
der Kupplungszahnkränze unter Last zu vermeiden und dadurch wiederum zu verhindern,
daß infolge eines solchen gegtinseitigen Gleitens der Kupplungszahnflanken unter
Belastung ein stirneeitiger Schub auf die ineinander einzurückenden Kupp.-lungehälft
en aus geübt wird.
| Gemäß der Brfindung ist zwischen biner der beiden Kupp- |
| lungshälften. selbst oder einem ihr zugehÖrigen Teil d |
| einem ihr zugeordneten, weite`en Kupplungeteil ein begrenz-. |
| tes Drehspiel vorhänden und. außerdem ein. diesen Spiel
Über- |
| brÜckender und. jeweils nach vollständiger KupplungseinCag |
| die im girirückdrohsi= wirkome Zrehbewegumg der betreffen- |
| . |
| den Xupplungshälite im Zuge des Durchlau£e dieses Dreh- |
| epielee_ dämpfender, nach dem Verängungaprineip
arbeiten- |
| den Drehdämpter vorgeeehens |
Die Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen
anhand einiger Ausführungsformen im einzelnen beispielsweise beschrieben. In den
Zeichnungen stellen dar:. Figut 1 einen Axialhalbschnitt durch eine erfindungsgemäße
Zahnkupplung in Form einer in einer Richtung wirksamen Freilaufkupplung, deren eine
Kupplungsseite ortsfest ist, und zwar in ausgerückter Stellung, Figur 2 eine der
Figur 1 entsprechende Darstellung der gleichen Kupplung, jedoch in eingerückter
Stellung, Figur 3 einen Querschnitt durch die in Figur 1 dargestellte Zahnkupplung
nach der Erfindung längs der gebrochenen Ebene III-III in Figur 1, Figur 4 einen
Agialschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplung,
deren eine
Kupplungsseite wiederum ortsfest ist , Figur 5 eine teilweise
geschnittene ätirnansicht der in Figur 4 dargestellten Kupplung, und zwar in Figur
4 von rechts gesehen, _ Figur 6 einen vergrößerten Längsschnitt durch einen Dämpferzylinder
nebst Dämpferkolben und zugehörigem Ventil der in den Figuren 4 und 5 dargestellten
Kupplung nach der Erfindung, Figur 7 eine teilweise geschnittene Teil-Stirnansicht
einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplung, bei weicher wiederum
eine Kupplungsseite ortsfest ist, Figur 8 einen Teillängsschnitt längs der Ebene
VIII-VIII in Figur 7 und
Figur 9 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte
Ausführungsform der in den Figuren 4 und 5 dargestellten Kupplung, gemäß welcher
jedoch beide Kupplungshälften umlaufen. Die in den Figuren 1 bis 3 der Zeichnungen
dargestellte, in einem Drehsinn wirksame Freilaufkupplung weist eine Welle 1 auf,
auf welcher ein Ring 2 befestigt ist, der seinerseits zwei in axialem Abstand voneinander
angeordnete Kupplungszahnkränze 3 und 4 und einen Klinkenkranz 5 aufweist. Eine
zur Welle 1 koaxiale Muffe 6 weist ein Innensteilgewinde 7 auf, in welches das Außensteilgewinde
8 einer axialschraubend verschiebbaren Kupplungshälfte 9 eingreift, die konzentrisch
zwischen der Welle 1 und der Muffe 6 liegt und zwei in axialem Abstand voneinander
angeordnete innere Kupplungszahnkränze 10 und 11 sowie einen Klinken-Innenzahnkranz
12 aufweist. Die axial-schraubende Verschiebung der axialschraubend verschiebbaren
Kupplungshälfte 9 relativ zu der Muffe 6 wird in einer Richtung durch einen Axialanschlag
13 der Muffe 6 und in der anderen Richtung durch einen Anschlagring 14 begrenzt.
Die
Muffe 6 weist über einen Teil ihrer Länge einen Außenbund 15 auf, der mit einer
Anzahl von mit gegenseitigem Umfangsabstand zueinander angeordneten zahnartigen
Außenvorsprüngen 16 versehen ist. Um den Bund 15 herum und koaxial zur Muffe 6 ist
ein ringförmiges Kupplungsteil 17 angeordnet, das seinerseits an einem ortsfesten
Flansch 17' angeschraubt ist. Dieses Kupplungsteil 17 ist mit einer Anzahl von in
gegenseitigen Umfangsabständen angeordneten, in die Zwischenräume zwischen die zahnartigen
Vorsprünge 16 eingreifenden, ebenfalls zahnartigen Vorsprüngen 18 versehen, die
in Figur 3 der Zeichnungen sichtbar sind. Die Stirnseiten der zahnartigen Vorsprünge
16 und 18 werden einerseits durch den Anschlagring 14 und andererseits durch einen
weiteren Ring 19 abgedeckt, welche beide an dem Kupplungsteil 17 angeschraubt sind
und von diesem weg radial nach innen ragen. Auf diese Weise wird ein aus Figur 3
der Zeichnungen ersichtlicher Kranz von einzelnen Dämpferkammern gebildet, die jeweils
durch die beiden stirnseitigen Ringe 14 und 19, die zwischen den zahnartigen Vorsprüngen
16 der Muffe 6 gelegene Umfangsfläche 21, die zwischen den zahnartigen ;Vorsprüngen
18 gelegene innere Umfangsfläche 22 des Kupplungsteils 17 und die in gegenseitigem
Abstand voneinander liegenden, einander zugekehrten Flanken der zahnartigen Vorsprünge
16 und
18 der Muffe 6 bzw. des Kupplungsteils 17 begrenzt werden.
Bei der
in. den Figuren 1 und 3 der Zeichnungen dargestellten ausgerückten
Kupplungsstellung liegen die, jeweils die betreffende Dämpferkammer 20 begrenzenden,
nicht aneinander anliegenden: Flanken der zahnartigen Vorsprünge 16 und 18 jeweils
in gegenseitigem Abstand voneinander und legen so ein gewisses Drehspiel der, der
axial-schraubend verschiebbaren Kupplungshälfte 9 zugeordneten Muffe 6 mit Bezug
auf das Kupplungsteil 17 fest. Der gegenseitige Abstand der einander zugekehrten,
die jeweilige Dämpferkammer 20 begrenzenden Zahnflanken 23 und 24 bestimmt also
sowohl den Rauminhalt der bewußten Dämpferkammern als auch den Drehwinkel des zwischen
den Kupplungsteilen 6 und '!7 vorhandenen Drehspiels. In dem Ring 19 sind zylindrische
Hohlräume 26 in gegenseitigem Umfangsabstand so angeordnet, daB jeweils jeder Dämpferkammer
20 ein Hohlraum 26 gegenüberliegt. Jeder
dieser
Bohlräume 26 ist jeweils über
eine Verbindungsöffnung 27 mit der ihm zugeordneten Dämpferkammer 20 verbunden.
Die Verbindungsöffnungen 2'7 sind so angeordnet, daB sie jeweils in der Nähe der
jeweils die eine Seite der Dämpferkammer 20 begrenzenden Flanke des zahnartigen
Vorsprungs 18 in die Dämpferkammer 20 münden, wie dies aus Figur 3 der Zeichnungen
ersichtlich ist. Die einzelnen zylindrischen Hohlräume 26 haben
außerdem
über Durchtrittsöffnungen 28 Verbindung mit einem Ringkanal 29, welchem über Zuführungsleitungen,
von welchen. eine bei 30 angedeutet ist, unter Druck ein Dämpfungsmittel; beispielsweise
Ö1, zugeführt wird. Zweckmäßig sind um den Ringkanal 29 herum in gleichen Abständen
mehrere Ölzuführungsleitungen 30 angeordnet, die alle mit einer Druckölquelle in
Verbindung stehen. Jeder der zylindrischen Hohlräume 26 weist einen Ventilsitz 31
auf-, an welchem ein Ventilkörper 32 Anlage finden kann, welcher sich entgegen dem
Druck einer schwachen Belastungsfeder 33 in den Figuren 1 und 2 nach links abheben
kann, um dem von der Druckölquelle zugeführten Ö1 Eintritt in_die einzelnen Dämpferkammern
20 zu-gestatten. Dabei strömt das Ö1 über den reichlich bemessenen, sich um die
einzelnen Ventilkörper 32 herum erstreckenden Querschnitt zu. Die Ventilkörper 32
wirken infolge ihrer Belastung durch die Belastungsfedern 33 als Einweg- oder Rückschlagventile.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist wie folgt: Dreht sich die Welle 1 in der in
den Figuren 1 und 3 der Zeichnungen durch Pfeile angedeuteten Freilaufrichtung,
so ratschen die Klinken-5 mit Bezug auf den Klinken-Innenzahnkranz 12. Die axial-schraubend
verschiebbare Kupplungshälfte
liegt bei diesem Betriebszustand
am Anschlagring 14 an und ihre Kupplungszahnkränze 10 und 11 liegen jeweils in bestimmten
Axialabständen von den Kupplungszahnkränzen 3 und 4. Die Dämpferkammern 12 stehen
über die Zuführungsleitungen 30 in diesem-Betriebszustand unter Öldruck. Dreht sich
der Drehsinn der Welle 1 um, so greifen die Klinken 5 die Zähne des Klinken-Innenzahnkranzes
12 auf und die axialschraubend verschiebbare Kupplungshälfte wird mit Bezug auf
die Muffe 6 in Figur 1 axial-schraubend nach rechts verschoben, so daß nunmehr die
Kupplungszahnkränze 10 und 11 beginnen, in die mit ihnen zusammenwirkenden Kupplungszahnkränze
.3 und 4 einzurücken. Der gegenseitige Eingriff zwischen den in diesem Betriebszustand
nur unter sehr geringer Drehmomentsbelastung stehenden Kupplungszahnkränzen bewirkt,
daß die axial-schraubend verschiebbare Kupplungshälfte 9 weiter axial-schraubend
nach rechts verschoben wird., so daß diebeiderseitigen Kupplungszahnkränze nunmehr
voll ineinander einrücken, was dann der Fall ist, wenn die axial-schraubend verschiebbare
Kupplungshälfte 9 an den Axialanschlag 13 anschlägt. Das nunmehr auf die Muffe 6
übertragene Drehmoment der Welle 1 bewirkt, daB sich nunmehr diese Muffe 6 relativ
zu dem Kupplungsteil 17 im ELnrückdrehsinn, d. h. mit Bezug auf Figur 3 der Zeichnungen
im Uhrzeigersinn dreht, so daB
die zahnartigen Vorsprünge 16 der
Muffe 7 sich auf die zahnartigen Vorsprünge 18 des Kupplungsteils 17 in der genannten
Richtung zubewegen und einen Druck auf das in den Dämpferkammern 20 befindliche
Öl ausüben. Dieser Druckanstieg in den einzelnen Dämpferkammern 20 bewirkt, daß
die in den Hohlräumen 26 des Ringes 19 befindlichen VentilkÖrper 32 fest auf ihre
Ventilsitze gepreßt werden und folglich das Öl nur über die sehr engen, durch das
Spiel zwischen den zahnartigen Vorsprüngen 16 bzw. 18 und den ihnen jeweils gegenüberliegenden
Umfangsflächen der Kupplungsteile 6 und 17 bestimmten Spalte von jeweils einer Zahnseite
zur jeweils anderen-Zahnseite gelangen kann.. Diese Dämpferwirkung hat zur Folge,
daß die Drehbewegung der Welle
1 sehr sanft bis zum Stillstand der Welle
abgebremst wird, bevor die, die einzelnen Dämpferkammern begrenzenden Flanken der
zahnartigen Vorsprünge 16 und 18 miteinander in Berührung kommen. Wenn die welle
1 wiederum in Pfeilrichtung umläuft, dann rücken infolge des gegenseitigen Eingriffes
der Kupplungszahnkränze 3, 4 bzw. 10, 11 und
das über die sich nunmehr öffnenden
Ventile 32 in die Dämpferkammern 20 eintretenden, auf die nunmehr sich unmittelbar
gegenüberliegender` Flanken der zahnartigen Vorsprünge 16 und 18
wirkenden
und diese auseinanderdrängenden sowie die Dämpferkammern 20
wieder
auffüllenden Öldruckes die Zahnkränze 16 und 18 auseinander, wobei das zuvor zur
Dämpfung der Einrückbewegung dienende, noch in den Dämpferkammern 20 befindliche
01 durch Austrittsöffnungen 34 aus diesen Dämpferkammern ausgesto3en wird. Die in
den Figuren 4, 5 und 6 der Zeichnungen dargestellte Zahnkupplung weist eine Welle
40 auf, auf welcher eine Nabe 41 befestigt ist, die einen Kupplungszahnkranz 42
und einen Klinkenkranz aufweist, dessen Klinken mit 43 bezeichnet sind. Um die Welle
40 herum und koaxial zu dieser ist ein Ringkörper 44 angeordnet, der mittels eines
strinseitigen Flausches an einem ortsfesten Ring 45 befestigt ist. An der anderen
Stirnseite des an dieser Stelle bei 4? zylindrisch ausgebildeten Ringkörpers 44
ist ein Flanachring 46 angeschraubt. Zwischen einem Flansch 48 des Ringkörpers 44
und dem angeschraubten Flanschring 46 befindet sich ein nutartiger Umfangskanal.,
in welchem eine Anzahl von Dämpferzylindern 50 mit gegenseitigen Umfangsabständen
angeordnet und entsprechend mit diesen beiden Flanschen verschraubt ist. Die einzelnen,'
aus Figur. 6 der Zeichnungen ersichtlichen Dämpferzylinder 50
weisen
einen Drucköleinlaß 51 auf und beherbergen jeweils einen federbelasteten Ventilkörper
52 mit Drosselbohrung 53. Radial innerhalb der Ringflansche 46 und 48 ist eine zur
Welle 40 koaxiale Muffe 54 angeordnet, die mit Bezug auf die Ringflanschen 46 und
48 begrenzt verdreh-bar ist. Diese beiden Ringflanschen bilden ein Kupplungsteil,
welches die Muffe 54 mittels radial nach innen ragender Führungsflanschen 55 und
56 axial führt. Die Muffe 54 weist ein Innensteilgewinde 57 auf,- in welches ein
linksgängiges Außensteilgewinde 58 einer axial-schraubend verschiebbaren Kupplungshälfte
59 eingreift. Diese axial-schraubend verschiebbare Kupplungshälfte 60 weist einen
inneren Kupplungszahnkranz 61 auf. Die axial-schraubende Verschiebung der axial-schraubend
verschiebbaren Kupplungshälfte 60 wird durch lxialanschläge 62 und 63 begrenzt.
_ An der Muffe 54 sind ohrartige Lappen 64 befestigt, die durch Umfangsschlitze
67 des zylindrischen Teils 47 des Kupplungsteils 44 radial nach außen ragen und
in gleichen Umfangsabständen an der Muffe 54 angeordnet sind. An diesen Umfangslappen
64 sind Kolbenstangen 65 von in den Dämpferzylindern 50 verschiebbar angeordneten,
aus Figur 6 der Zeichnungen ersichtlichen Dämpferkolben 66 angelenkt.
Dreht
sich die
Welle 40 in der durch Pfeile angedeuteten Freilaufrichtung, so ratschen
die Klinken 43 mit Bezug auf die Zähne eines an der axial-schraubend verschiebbaren
Kupplungshälfte 59 angeordneten inneren Klinkenzahnkranzes 61 und. die Kupplung
wird in der in Figur 4 der Zeichnungen ersichtlichen Weise ausgerückt, wobei die
Umfangslappen 64 sich an die in Figur 5 linken Kanten der Umfangsschlitze 6? des
Kupplungsteiles 44 anlegen. Dabei werden die Dämpferzylinder 50 mit über die EinlaBöffnungen
51 zuströmenden Drucköl gefüllt. Kehrt sich die Drehrichtung der Welle 40 um, so
greifen die Klinken 43 die Zähne des Klinkenzahnkranzes 61 auf und die axial-schraubend
verschiebbare Kupplungshälfte 59 wird relativ zu der Muffe 54 axial-schraubend bis
zum Anschlag an den Axialanschlag 63 verschoben, wodurch die Kupplungszahnkränze
42 und 60 voll ineinander eingerückt werden. Die
Welle 40 und die Muffe 54
drehen sich sodann noch gemeinsam über einen begrenzten Drehwinkel entgegen der
Dämpfungswirkung des Dämpferzylinders 50, aus welchem im Zuge dieser begrenzten
Drehbewegung das darin enthaltene Öl langsam über Austrittsöffnungen 68 und die
Drosselbohrungen 53 ausgestoßen wird, wodurch
die Welle 40 allmählich auf
Stillstand abgebremst wird, bevor die rechten Kanten der Umfangslappen 64
in
Berührung mit den in Figur 5 rechten ganten der Schlitze 67 des Kupplungsteiles
44 kommen. Wenn die Welle 40 sich wieder in Pfeilrichtung zu drehen beginnt, dann
werden die Umfangslappen 64 und somit die Kolben 66 wieder in ihre in Figur 5 der
Zeichnungen dargestellte Ausgangslage zurückbewegt und die Zylinder 50 werden über
die nunmehr durch die sich entgegen der Wirkung ihrer leichten Belastungsfedern
52' bewegenden Ventilkörper 52 geöffneten Eintrittsöffnungen 69 wieder mit Öl aufgefüllt.
Die Figuren 7 und 8 der Zeichnungen zeigen eine abgewandelte Ausführungsform eines
Dämpfermechanismus, der ebenfalls in Verbindung mit jeder der bisher beschriebenen
Zahnkupplungen Verwendung finden kann. Das in den Figuren 7 und 8 'mit der Bezugsziffer
70 bezeichnete Kupplungsteil entspricht den in den Figuren 1 bis 3 mit der Bezugsziffer
6 bzw. dem in den Figuren 4 und 5 mit der Bezugsziffer 54 bezeichneten Kupplungsteil
und das in den Figuren 7 und 8 mit der Bezugsziffer 71 bezeichnete ortsfeste Kupplungsteil
entspricht den in den Figuren 1 bis 3 mit der Bezugsziffer 17 bzw. dem in den Figuren
4 und 5 mit den Bezugsziffern 44, 46 bezeichneten Kupplungsteil. Das Kupplungsteil
71 weist einen Innenzahnkränz 72 auf, dessen Zähne durch weite Zahnlücken
voneinander
getrennt sind. Ein entsprechender Außenzahnkranz 73, dessen Zähne ebenfalls durch
weite Zahnlücken voneinander .getrennt sind, ist auf-dem Kupplungsteil 70 angeordnet.
Wie in Figur 7 der Zeichnungen ersichtlich, ist zwischen den jeweils linken Zahnflanken
der Zähne 72 und den ihnen jeweils gegenüberliegenden rechten Zahnflanken der Zähne
73 jeweils eine zylindrische Blase 74 aus flexiblem Werkstoff, beispielsweise aus
ölbeständigem Gummi angeordnet, die über ein, einen Ventilkörper 78 mit Drosselbohrung
??-enthaltendes Ventil 76 an einen Ölverteilerkrümmer 75 angeschlossen ist. Läuft
die Kupplung im Freilauf zustand, so nehmen die Zähne 72 bzw. 73 die in Figur 7
der Zeichnungen dargestellten gegenseitigen Zagen ein, während bei Umkehrung der
Drehrichtung der in den Figuren 7 und 8 nicht dargestellten, jedoch der Welle 1
der Ausführungsforen nach den Figuren 1 hds 3 bzw. der Welle 40 der Ausführungsform
nach den Figuren 4 und 5 entsprechenden Welle die Kupplung einrückt und sich unmittelbar
im Anschluß daran das Kupplungsteil 70 mit Bezug auf Figur ?-der Zeichnungen im
Uhrzeigersinn relativ zum Kupplungsteil ?1 bewegt; wobei wiederum diese Bewegung
durch die durch :die Blasen 74 gebildeten Dämpfer abgebremst wird, aus welchen dabei
das in ihnen befindliche 01 langsam über
die Drosselbohrungen 77
ausgestoßen wird. Dadurch wird die Drehbewegung bis zum-Stillstand der Welle abgebremst,
bevor die in Figur 7 rechten Flanken der Spitzen der Zähne 73 in @. Anlage an Anschlägen
80 des Kupplungsteiles 71 kommen. Dreht sich die in den Zeichnungen nicht dargestellt
e. Welle wiederum in Freilaufrichtung, so bewegt sich das die Zähne 73 aufweisende
Kupplungsteil 70 wieder in seine in Figur 7 dargestellte Ausgangslage zurück und
die Blasen 74 werden über die sich infolge der Bewegung der Ventilkörper 78 entgegen
der Wirkung der schwachen Belastungsfedern 79 in Figur 8 nach links öffnenden Zutrittsöffnungen
wieder mit Ö1 aufgefüllt. Figur 9 der Zeichnungen zeigt eine Zahnkupplung, die in
vieler Hinsicht ähnlich der in den Figuren 4 und 5 der Zeichnungen gezeigten erfindungsgemäßen
Zahnkupplung ausgebildet ist, bei welcher jedoch das Kupplungsteil 44, 46, anstatt
ortsfest angeordnet zu sein, zusammen mit einer Welle 81 umläuft. An der Welle 81
ist eine Nabe 82 befestigt, die auf den Umfang gleichmäßig verteilt eine Anzahl,
von Axialkanälen 83 aufweist, die ihrerseits über Verbindungsleitungen*84 mit den
Einlaßöffnungen 51 der verschiedenen . Dämpferzylinder 50 verbunden sind. Über Durchtrittsöffnungen
. 85 stehen diese Axialkanäle 83 mit einem Ringkanal 86 einer ortsfesten Muffe 87
in Verbindung, an deren Zuleitungskanal. 88
ein Druckölrohr 89
angeschlossen ist. Zäuft.die Welle 40 mit Bezug auf die Welle 81 in der durch den
Pfeil angedeuteten Freilaufrichtung um, so ist die Kupplung in der in Figur 9 dargestellten
Weise ausgerückt. Kehrt sich der Drehsinn der Welle 40 mit Bezug auf die Welle 81
um, so rückt die Kupplung ein und es entsteht eine treibende Verbindung zwischen
den beiden Wellen. Die von der Welle 81 aufzunehmende Drehmomentbelastung wird unmittelbar
nach Kupplungseinrückung wiederum in der mit Bezug auf die Figuren 4 bis 6 der Zeichnungen
beschriebenen Weise von Dämpferzylindern 50 aufgenommen. Bei den oben unter Bezug
auf die Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Zahnkupplung
sind das betreffende Drehspiel und der dieses Drehspiel überbrückende Drehdämpfer
jeweils zwischen einem der axialschraubend verschiebbaren Kupplungshälfte 9 bzw.
59 zuzurechnenden Kupplungsteil 6 bzw. 54 bzw. ,70 und einem ihr zugeordneten Kupplungsteil
17
bzw. 44 bzw. 71 vorgesehen. Gemäß einer in den Zeichnungen nicht dargestellten,
abgewandelten Ausführungsform der Erfindung könnten das bewußte Drehspiel und der
dasselbe überbrückende Drehdämpfer auch
zwischen der jeweils anderen
Kupplungshälfte 1, 2 bzw. 40, 41 und einem relativ dazu begrenzt drehbaren Kupplungsteil
vorgesehen sein.