DE19537718A1 - Axial betätigbare Kupplung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine axial betätigbare kraftschlüssige Kupplung. In der Antriebstechnik werden kraftschlüssige Kupplungen an vielen Stellen zum Zu- oder Abschalten von Antrieben eingesetzt. Während bisher viele Kupplungen über Hebel und Gelenke manuell betätigt wurden, wird immer häufiger auch nach fernbedienbaren Kupplungen gesucht. Dazu nutzt man entweder die bekannten manuell zu betätigenden Kupplungen und führt die Betätigungskraft über zusätzliche Bauteile von einer Kraftquelle wie z. B. einem Motor oder Hydraulikzylinder zur Kupplung oder man setzt elektromagnetisch schaltende Kupplungen ein, bei denen die die Kraft übertragenden Elemente magnetisiert werden und so einander direkt anziehen, solange Strom zugeführt wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine mechanisch betätigbare Schaltkupplung zur Verfügung zu stellen, die mit relativ wenigen Bauteilen zur Übertragung der Betätigungskraft zur Kupplung hin auskommt, wobei diese Betätigungselemente weitgehend in die Kupplung integriert sind und somit eine kompakte Bauweise ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine axial betätigbare kraftschlüssige Kupplung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß sind zwei auf einer Nabe angeordnete Hubringe über Betätigungselemente gegeneinander verdrehbar, wobei durch diese Verdrehbewegung der Hubringe gegeneinander deren bezogen auf die Nabe der Kupplung axialer Abstand vergrößerbar ist und die Axialbewegung eines der Hubringe über Übertragungselemente auf eine Druckscheibe der Kupplung übertragen und damit die Kupplung geöffnet wird. Bei der erfindungsgemäßen Kupplung wird somit eine Drehbewegung, die zur Betätigung der Hubringe notwendig ist in eine Axialbewegung umgewandelt, wobei durch letztere dann die Kupplung geöffnet bzw. geschlossen wird. Im Gegensatz zu anderen möglichen Lösungen wird also erfindungsgemäß die Steuerkraft zur Betätigung der Kupplung eingesetzt und nicht als Haltekraft während des Betriebs gebraucht. Damit vermeidet man, daß Unregelmäßigkeiten in der Energiezufuhr, z. B. Stromschwankungen in der Drehdurchführung zur rotierenden Kupplung, zu unkontrolliertem Schlupf und als Folge davon zur Verbrennung der Kontaktflächen und Übertragungselemente führen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung verwendet man zwei Hubringe, die jeweils in ihren einander gegenüberliegenden Stirnflächen bogenförmige oder nierenförmige Nuten aufweisen, in denen sich Kugeln abwälzen. Diese Nuten sind in Drehrichtung der Hubringe unterschiedlich tief, wobei zwei stabile Lagen für die Kugeln in den Nuten ans verschieden tiefen Stellen der Nuten vorgesehen sind. Dadurch ergeben sich in diesen unterschiedlichen Lagen der Kugeln unterschiedliche Abstände der Hubringe zueinander. Auf diese Weise wird durch die Verdrehung der beiden Hubringe gegeneinander die Axialbewegung erzeugt, die dann auf die Kupplung übertragen wird.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann man zwischen die Hubringe und die Kupplung als Übertragungselement einen auf der Nabe axial geführten Druckring einsetzen, der zwischen dem axial bewegten Hubring und den beiden Druckscheiben der Kupplung angeordnet ist. Der zweite Hubring wird dabei auf der Nabe festgehalten. Die beiden Hubringe sind vorzugsweise über Kugellager auf der Nabe gelagert und machen die Drehbewegung der Nabe nicht mit.

Vorzugsweise verwendet man als weitere Übertragungselemente für die Übertragung der axialen Betätigungskraft Führungsbolzen, die in Bohrungen der Druckscheiben der Kupplung aufgenommen sind. Das eine Ende dieser Führungsbolzen kann dann von dem Druckring beaufschlagt werden, der wiederum von dem axial bewegten Hubring mitgenommen wird. Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung wird das andere Ende der Führungsbolzen leicht konisch ausgebildet und greift in entsprechende Bohrungen der Druckscheibe der Kupplung ein. Bei axialer Bewegung der Führungsbolzen verkeilen sich daher diese in der Druckscheibe und nehmen diese mit.

Weiter ist vorzugsweise die Druckscheibe auf der Nabe entgegen der Kraft eines Tellerfederpakets axial beweglich gelagert. Vorzugsweise wird der Druckring mittels einer Druckfeder bei geschlossener Kupplung axial auf Abstand zur Druckscheibe der Kupplung gehalten. Der Druckring kann beispielsweise durch eine Paßfeder bei seiner Axialbewegung auf der Nabe geführt und verdrehgesichert sein.

Vorzugsweise ist der von den Druckscheiben der Kupplung weiter entfernte Hubring und das diesem zugeordnete Kugellager über einen Sicherungsring oder dergleichen als Widerlager auf der Nabe axial fixiert. Verdreht man die beiden Hubringe gegeneinander, kann dieser von der Kupplung weiter entfernte Hubring axial nicht ausweichen und der andere Hubring wird von diesem weggedrückt in Richtung auf die Kupplung. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung.

Gemäß einer alternativen Variante der Erfindung könnte man auch durch Verdrehen der Hubringe die Einschaltkraft aufbringen, wobei dann, wenn der Abstand der beiden Hubringe vergrößert wird, die Kupplung eingeschaltet wird.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kupplung, wobei die obere Hälfte der Zeichnung die Kupplung im axialen Schnitt zeigt und die untere Hälfte die Kupplung in der Ansicht zeigt

Fig. 1a eine entsprechende Ansicht einer erfindungsgemäßen Kupplung im ausgeschalteten Zustand

Fig. 2 eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Kupplung in Richtung des Pfeils II von Fig. 1a

Fig. 3 einen Schnitt durch den Hubring entlang der kreisbogenförmigen Schnittlinie III-III von Fig. 2.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Die erfindungsgemäße Kupplung weist zwei Druckscheiben 2a, 4 oder Klemmbacken auf, wobei die eine Druckscheibe 2a Teil der Nabe 2 ist. Für die Führung der Axialbewegung der beiden Druckscheiben 2a, 4 gegeneinander sind Fuhrungsbolzen 12 vorgesehen. Die Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt die Kupplung im eingeschalteten Zustand, Fig. 1a zeigt dagegen die erfindungsgemäße Kupplung im ausgeschalteten Zustand. Wie man sieht ist zwischen den beiden Druckscheiben 4, 2a die Außenscheibe 27 angeordnet, die einen außenliegenden Zahnkranz 27a aufweist, der mit einem innenliegenden Zahnkranz 1a eines ringförmigen Bauteils 1 in Eingriff steht. Dieses Bauteil hat Bohrungen 1b zur Befestigung weiterer Bauteile (nicht dargestellt), um auf diese ein Drehmoment zu übertragen. Die erfindungsgemäße Kupplung wird axial betätigt, wobei die beiden Druckscheiben 2a, 4 sich aufeinander zubewegen und den Kraftschluß mit der Außenscheibe 27 herstellen. Die Druckscheibe 4 ist dabei gegen die Kraft eines Tellerfederpakets 14 gelagert, wobei im eingeschalteten Zustand gemäß Fig. 1 dieses Tellerfederpaket 14 sich in einem relativ entspannten Zustand befindet, während sich das Tellerfederpaket 14 im ausgeschalteten Zustand gemäß Fig. 1a in einem relativ gespannten Zustand befindet.

Die Kupplung weist weiterhin einen Druckring 24 auf, der beim Ausschalten der Kupplung auf den Führungsbolzen 12 drückt und diesen in axialer Richtung zusammen mit der Druckscheibe 4 gegen die Kraft des Tellerfederpakets 14 in axialer Richtung von der Druckscheibe 2a wegdrückt, so daß der Kraftschluß mit der Außenscheibe 27 gelöst wird. Die Außenscheibe 27 der Kupplung ist über den Zahnkranz 27a mit dem Bauteil 1 verbunden. Bei geschlossener Kupplung dreht die Außenscheibe 27 und damit das Bauteil 1 mit, während bei gelöster Kupplung das Bauteil 1 zum Stillstand kommt. Die Konstruktion könnte aber auch umgekehrt sein, d. h. Antriebs- und Abtriebsseite wären dann entsprechend vertauscht.

Für die axiale Betätigung der Kupplung sind zwei gleichgestaltete Hubringe 30 in einander gegenüberliegender zu einer Mittelebene symmetrischer Anordnung vorgesehen, wobei durch Verdrehen dieser Hubringe 30 gegeneinander die axiale Betätigung der Kupplung erfolgt. Um dieses Verdrehen der Hubringe 30 gegeneinander zu bewirken, sind diese jeweils außen mit einem Blech 29 fest verbunden. Die Verdrehbewegung des Blechs 29 wird bewirkt über einen Stellmotor (nicht dargestellt). Die Hubringe 30 sind gegenüber der Nabe 2 jeweils auf einem Rillenkugellager 10 gelagert, so daß die Hubringe 30 nicht mitdrehen. Die endseitige Fixierung des Rillenkugellagers 10 für den in der Zeichnung rechten Hubring 30 erfolgt über einen in die Nabe eingelassenen Sicherungsring 18, wobei zwischen Sicherungsring 18 und Rillenkugellager 10 eine Paßscheibe 19 angeordnet ist. Die Befestigung des Druckrings 24 erfolgt mittels der Paßfeder 6 auf der Nabe 2.

An der jeweils einander zugewandten Seite weisen die beiden Hubringe 30 je eine etwa nierenförmige Nut 30a auf in denen sich die Kugel 31 abwälzt, man kann die Nierenform dieser Nut 30a aus Fig. 2 erkennen. Diese nierenförmigen oder bogenförmigen Nuten 30a auf der Stirnseite der Hubringe 30, in denen die Kugeln 31 Taufen sind nicht überall gleich tief, sondern verflachen sich zum einen Ende hin. Die Form dieser Nuten 30a kann man aus der Schnittdarstellung gemäß Fig. 3 erkennen. Diese Form ist so, daß sich in dem einen Endbereich der Nut 30a die tiefste Stelle 30b befindet, von der aus der Boden der Nut in der Zeichnung nach oben hin zunächst kontinuierlich ansteigt bis zu der flachsten Stelle 30c der Nut, die eine Art Totpunkt bildet, so daß die Nut oberhalb dieser flachsten Stelle 30c wieder eine endseitige tiefere Stelle 30d hat. In dieser tieferen Stelle 30d erreicht die Kugel 31 eine stabile obere Endlage, nachdem sie den Totpunkt an der flachsten Stelle 30c überschritten hat. Im Bereich der untersten tiefsten Stelle 30b erreicht die Kugel 31 eine stabile untere Endlage, wobei sie in dieser unteren Endlage axial tiefer liegt als in der oberen Endlage. Dadurch liegen die beiden Hubringe 30 dichter zusammen, wenn die Kugeln sich in der unteren Endlage (gemäß der Zeichnung Fig. 3) befinden. Werden dann die beiden Hubringe gegeneinander verdreht, wälzen sich die Kugeln 31 in den Nuten 30a ab in die obere Endlage, wobei sie durch Überschreiten des Totpunkts wieder eine stabile Endlage erreichen. Dadurch, daß die Nuten 30a dort flacher sind, werden die beiden Hubringe 30 dann voneinander weg auf Abstand gedrückt. Dies verursacht die axiale Betätigung der Kupplung, da der in der Zeichnung Fig. 1 rechte Hubring 30 nicht nach rechts ausweichen kann. Somit wird der linke Hubring 30 in der Zeichnung nach links gedrückt und nimmt den Druckring 24 mit, der wiederum auf die Führungsbolzen 12 drückt. Diese Führungsbolzen 12 sind in ihrem in der Zeichnung rechten Teil 12a zylindrisch und sind mit etwas Spiel in einer zylindrischen Bohrung gehalten. In ihrem in der Zeichnung linken Abschnitt 12b sind die Führungsbolzen 12 dagegen konisch ausgebildet, so daß sie sich in Bohrungen der Druckscheibe 4 verkeilen. Dadurch wird bei Bewegung der Führungsbolzen 12 nach links die Druckscheibe 4 entgegen die Kraft des Tellerfederpakets 14 ebenfalls nach links bewegt und die Kupplung wird gelöst. Die gelöste Stellung der Kupplung ist in Fig. 2 dargestellt.

Die Druckfeder 28 dient dazu, die Baugruppe aus Druckring 24, Rillenkugellager 10 und Hubringen 30 axial auf Abstand zur Druckscheibe 2a zu halten. Die Paßfeder 6 dient auch als Verdrehsicherung für den Druckring 24 einerseits und für die Druckfeder 28 andererseits, die in einer Bohrung des Druckrings 24 ihr rechtes Widerlager hat und nicht auf Verdrehung beansprucht werden darf.

Claims (9)

1. Axial betätigbare kraftschlüssige Kupplung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei auf einer Nabe (2) angeordneten Hubringe (30) über Betätigungselemente (29) gegeneinander verdrehbar sind, wobei durch diese Verdrehbewegung der Hubringe (30) gegeneinander deren bezogen auf die Nabe (2) der Kupplung axialer Abstand vergrößerbar ist und die Axialbewegung eines der Hubringe (30) über Übertragungselemente (24, 12) auf eine Druckscheibe (4) der Kupplung übertragen und damit die Kupplung geöffnet wird.

2. Axial betätigbare kraftschlüssige Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hubringe (30) jeweils in ihren einander gegenüberliegenden Stirnflächen bogenförmige oder nierenförmige Nuten (30a) aufweisen, in denen sich Kugeln (31) abwälzen, wobei die Nuten (30a) in Drehrichtung der Hubringe (30) unterschiedlich tief sind und sich zwei stabile Lagen der Kugeln (31) in den Nuten an verschieden tiefen Stellen (30b, 30d) der Nuten (30a) mit verschiedenen Abständen der Hubringe (30) zueinander ergeben.

3. Axial betätigbare kraftschlüssige Kupplung nach Anspruch T oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubringe (30) über Kugellager (10) auf der Nabe (2) gelagert sind.

4. Axial betätigbare kraftschlüssige Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungselemente einen auf der Nabe (2) axial geführten Druckring (24) umfassen, der zwischen dem axial bewegten Hubring (30) und den beiden Druckscheiben (2a, 4) der Kupplung angeordnet ist.

5. Axial betätigbare kraftschlüssige Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungselemente in Bohrungen der Druckscheiben (2a, 4) aufgenommene Führungsbolzen (12) umfassen, deren eines Ende von dem Druckring (24) beaufschlagt wird und deren anderes Ende (12b) leicht konisch ausgebildet ist und sich bei axialer Bewegung der Führungsbolzen (12) in der Druckscheibe (4) verkeilt und diese mitnimmt.

6. Axial betätigbare kraftschlüssige Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckscheibe (4) auf der Nabe (2) entgegen der Kraft eines Tellerfederpakets (14) axial beweglich gelagert ist.

7. Axial betätigbare kraftschlüssige Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckring (24) mittels einer Druckfeder (28) bei geschlossener Kupplung axial auf Abstand zur Druckscheibe (2a) der Kupplung gehalten wird.

8. Axial betätigbare kraftschlüssige Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckring (24) durch eine Paßfeder (6) bei seiner Axialbewegung auf der Nabe (2) geführt und verdrehgesichert ist.

9. Axial betätigbare kraftschlüssige Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Druckscheiben (2a, 4) der Kupplung weiter entfernte Hubring (30) und das diesem zugeordnete Kugellager (10) über einen Sicherungsring (18) oder dergleichen als Widerlager auf der Nabe (2) fixiert ist.