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Die
Erfindung betrifft eine Umschaltkupplung, insbesondere eine Kupplung
des Typs, in der ein Abtriebselement zwischen automatischem Antrieb
und manuellem Antrieb umgeschaltet werden kann.
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Solche
Kupplungen finden zum Beispiel in der Luftfahrttechnik Verwendung,
weil es dort im Falle eines Ausfalls der automatischen Flugsteuerung oder
der Steuerungselekotronik von entscheidender Bedeutung ist, daß der Pilot
die Steuerung manuell übernehmen
kann. Dabei muß die
manuelle Pilotensteuerung von elektrischen Energiequellen unabhängig sein,
weshalb sie üblicherweise
mechanisch ausgebildet ist. Die vom Piloten zu kontrollierenden
Steuerglieder können
z.B. die Taumelscheibe der Rotorblätter eines Helikopters oder
die Leitwerke eines Flugzeugs sein. Die Steuerglieder können durch
hydraulisch betätigte
Stellzylinder in ihre gewünschte Neigungsposition
gebracht werden. Der Hydraulikölzufluß zu den
Stellzylindern wird dabei über
ein Hydraulikventil gesteuert. Hierzu wird der Steuerkolben des
Hydraulikventils mittels eines Elektromotors oder manuell durch
den Piloten bewegt. Dieser Steuerkolben bildet das Abtriebselement,
das mit der Umschaltkupplung des oben genannten Typs verbunden ist.
Die Umschaltkupplung gewährleistet,
daß der
Pilot im Bedarfsfall, z.B. im Falle eines Stromausfalls oder des
Blockierens des Elektromotors, in die Flugsteuerung eingreifen kann,
indem der Pilot direkten Zugriff auf das Abtriebselement bekommt.
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Aufgrund
der hohen Sicherheitsbedürfnisse in
der Luftfahrt werden an eine Umschaltkupplung dieses Typs zahlreiche
Anforderungen gestellt.
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Solange
das Abtriebselement z. B. elektromotorisch angetrieben wird, soll
der manuelle Antrieb fixiert und von dem Abtriebselement getrennt
sein, während
das Abtriebselement selbst frei beweglich sein muß, damit
es elektrisch betätigt
werden kann. In der manuellen Steuerung dagegen soll das Abtriebselement
mit dem manuellen Antrieb fest verbunden sein, so daß das Abtriebselement
z.B. über das
Steuerhorn eines Piloten mechanisch betätigt werden kann. Wesentlich
ist hier, daß die
Reibungskräfte
bei der manuellen Steuerung möglichst
gering sein sollen und näherungsweise
kein Spiel zwischen den Kupplungsteilen auftreten soll, so daß die mechanische
Betätigung
leichtgängig
und exakt ist.
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Aufgrund
dieser Anforderungen, sind die bisher bekannten Umschaltkupplungen
dieses Typs sehr aufwendig, voluminös und teuer.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Umschaltkupplung zur
Verfügung
zu stellen, mit der ein Abtriebselement zwischen zwei Antrieben
umgeschaltet werden kann, wobei die Umschaltkupplung eine geringe
Baugröße aufweist
und die oben genannten Anforderungen erfüllt.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Umschaltkupplung gelöst,
bestehend aus:
- – einer Abtriebswelle mit ein
oder mehreren auf ihrem Umfang verteilten Rastnuten zur Aufnahme innerer
Rastelemente,
- – einem
auf der Abtriebswelle angeordneten inneren Drehring mit ein oder
mehreren radialen inneren Durchgangslöchern, in denen die inneren Rastelemente
radial verschieblich gelagert sind,
- – einem
auf dem inneren Drehring angeordneten, zwischen einer ersten und
einer zweiten Winkelposition verstellbaren Schaltring mit ein oder
mehreren auf seiner Innenfläche
verteilten inneren Rastnuten zur Aufnahme der inneren Rastelemente
in der ersten Position und ein oder mehreren auf seiner Außenfläche verteilten äußeren Rastnuten
zur Aufnahme äußerer Rastelemente in
der zweiten Position,
- – einem
auf dem Schaltring angeordneten äußeren Drehring,
der mit dem inneren Drehring fest verbunden ist und ein oder mehrere
radiale äußere Durchgangslöcher besitzt,
in denen die äußeren Rastelemente
radial verschieblich gelagert sind, und
- – einer
ortsfesten Zentrierhülse
zur Aufnahme des äußeren Drehrings
mit ein oder mehreren auf ihrer Innenfläche verteilten inneren Rastnuten
zur Aufnahme der äußeren Rastelemente
in der ersten Position.
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Der
Kern der Erfindung ist darin zu sehen, daß das Abtriebselement als rotatorisch
bewegliche Abtriebswelle ausgebildet ist, zu der die zu kuppelnden
Teile konzentrisch angeordnet sind und beim Umschalten von dem einen
auf den anderen Antrieb rotatorisch bewegt werden, wobei die Verbindungen zwischen
den zu kuppelnden Teilen durch Rastelemente bewirkt werden, die
sich beim Umschaltvorgang radial verschieben. Während die Abtriebswelle in
der ersten Position z. B. elektromotorisch angetrieben werden kann,
kann der Antrieb in der zweiten Position über den inneren bzw. äußeren Drehring
erfolgen, der mechanisch z. B. mit einer manuellen Pilotensteuerung
verbunden sein kann.
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Die
Abmessungen der inneren und äußeren Rastelemente
in radialer Richtung ist deshalb jeweils so gewählt, daß sie größer als die radialen Dicken des
inneren bzw. äußeren Drehrings
sind, und die Rastnuten und Durchgangslöcher liegen in einer gemeinsamen
Ebene senkrecht zur Achse der Abtriebswelle. Außerdem liegen in der ersten
Position die inneren Rastnuten des Schaltrings über den Durchgangslöchern des
inneren Drehrings, so daß die
inneren Rastelemente in die inneren Rastnuten des Schaltrings ausweichen
können
und die Abtriebswelle zum inneren Drehring frei drehbar ist, während die äußeren Rastelemente
zwischen dem Schaltring und den inneren Rastnuten der Zentrierhülse so eingerastet
sind, daß der äußere Drehring mit
der Zentrierhülse
drehfest verbunden ist. In der zweiten Position dagegen liegen die äußeren Rastnuten
des Schaltrings unter den Durchgangslöchern des äußeren Drehrings, so daß die äußeren Rastelemente
in die äußeren Rastnuten
des Schaltrings ausweichen können
und der äußere Drehring
zur Zentrierhülse
frei drehbar ist, während
die inneren Rastelemente zwischen der Abtriebswelle und dem inneren
Drehring in den Rastnuten der Abtriebswelle so eingerastet sind,
daß der
innere Drehring mit der Abtriebswelle drehfest verbunden ist.
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Wird
die Umschaltkupplung, wie oben beschrieben, z.B. in der Luftfahrttechnik
zur Umschaltung eines Hydraulikventils zwischen elektromotorischer
und mechanischer Betätigung
eingesetzt, so können
wegen der hohen Sicherheitsbedürfnisse
in der Luftfahrt weitere Anforderungen erfüllt werden:
- – In der
Phase des Umschaltens von der einen Steuerung, in der die Abtriebswelle
z.B. elektromotorisch per Autopilot betätigt wird, auf die andere Steuerung,
in der die Abtriebswelle z.B. manuell durch den Piloten selbst betätigt wird,
soll die aktuelle Neigung der Steuerglieder beibehalten werden,
das heißt,
die Abtriebswelle des Hydraulikventils muß zunächst in ihre Neutralstellung
bewegt und dort blockiert werden, um ein weiteres Verstellen der
Hydraulikzylinder zu verhindern.
- – Außerdem soll
die Phase des Umschaltens, in der die Abtriebswelle in ihrer Neutralstellung
blockiert ist, eine definierte Zeit in Anspruch nehmen, um anderen
Steuersystemen des Flugkörpers ausreichend
Zeit zu geben, sich ebenfalls in eine Neutralstellung zu bewegen,
bevor die Steuerung vollständig
auf mechanische Steuerung umschaltet.
- – Im
Notfall soll der Pilot die Möglichkeit
haben, durch erhöhten
Kraftaufwand mit dem Steuerhorn in die Flugsteuerung manuell einzugreifen,
um die elektromotorische Steuerung zu "übersteuern".
- – Die
maximale Steuerwinkelauslenkung der Abtriebswelle soll in allen
Betriebsarten, also sowohl im elektromotorischen als auch im normalen
und übersteuerten
mechanischen Betrieb, auf einen vorbestimmten Bereich begrenzt sein,
der ausreicht, um den Hydraulikzylinder mit den Ölversorgungsleitungen zu verbinden.
- – Die
Kupplung soll wartungsfrei sein.
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Diese
Anforderungen werden durch vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
erfüllt,
deren Merkmale in den Unteransprüchen
angegeben sind.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme der anhängenden
Zeichnungen anhand der Steuerung eines Hydraulikventils beispielhaft
beschrieben. Darin bedeuten:
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1a zeigt
einen Radialschnitt durch die erfindungsgemäße Umschaltkupplung in einer
ersten Position;
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1b zeigt
einen Radialschnitt durch die erfindungsgemäße Umschaltkupplung in einer Übergangsposition
von der ersten in eine zweite Position;
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1c zeigt
einen Radialschnitt durch die erfindungsgemäße Umschaltkupplung in der
zweiten Position;
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2a–c zeigen
verschiedene Phasen einer Schalteinrichtung beim Umschalten des
Schaltrings der erfindungsgemäßen Umschaltkupplung
von der ersten in die zweite Position;
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3 zeigt
den Rastmechanismus eines als Überlastring
ausgebildeten Zentrierrings der erfindungsgemäßen Umschaltkupplung.
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In 1a ist
ein Radialschnitt durch die Umschaltkupplung in ihrer ersten Position
dargestellt. Man erkennt, daß innere
Rastelemente 1, die in inneren Durchgangslöchern 21 eines
inneren Drehrings 20 aufgenommenen sind und die bevorzugt
als Wälzkörper und
insbesondere als Rollen ausgebildet sind, in dieser ersten Position
in radialer Richtung frei beweglich sind. Dadurch ist die Abtriebswelle 10 frei drehbar,
denn die inneren Rastelemente 1 können jederzeit aus den Rastnuten 11 der
Abtriebswelle 10 heraus radial nach außen in innere Rastnuten 31 eines
Rings 30 ausweichen, der als Schaltring bezeichnet wird.
Die übrigen
Teile der Umschaltkupplung sind in dieser ersten Position von der
Abtriebswelle 10 abgekoppelt, so daß eine Kraftübertragung über die
Umschaltkupplung auf die Abtriebswelle 10 nicht erfolgen
kann.
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Die
Auslenkung der Abtriebswelle 10 in eine gewünschte Winkellage
kann in dieser ersten Position z.B. elektromechanisch erfolgen,
indem ein Teil eines Rotor-Stator-Systems direkt auf der Abtriebswelle 10 und
der andere Teil ortsfest in einem Gehäuse angeordnet wird. So kann
die Abtriebswelle 10 z.B. in einem Hydraulikventil verwendet
werden, bei dem die Abtriebswelle 10 nur innerhalb eines
bestimmten Stellwinkelbereichs um eine neutrale Lage ausgelenkt
zu werden braucht, um Hydraulikölströme zwischen
verschiedenen Leitungen zu steuern. Es ist aber durchaus ebenso
denkbar, daß die
Abtriebswelle in anderem Zusammenhang umlaufend betrieben wird.
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In
der ersten Position gemäß 1a ist
der innere Drehring 20 mechanisch von der Abtriebswelle
entkoppelt. Der innere Drehring 20 ist ständig fest mit
einem äußeren Drehring 40 verbunden,
so daß beide
Drehringe eine feste Einheit bilden. Über den inneren bzw. äußeren Drehring 20, 40 kann
die Krafteinleitung des zweiten Antriebs erfolgen. In den Radialschnitten
aus 1a–1c sind
allerdings weder die feste Verbindung der beiden Drehringe 20, 40 noch
der Krafteinleitungspunkt für
den zweiten Antrieb zu sehen, die sich jeweils in anderen radialen Schnittebenen
befinden. Eine Kraftübertragung
von dem zweiten Antrieb über
den inneren Drehring 20 auf die Abtriebswelle 10 kann
in dieser ersten Position des Umschaltgetriebes nicht erfolgen,
da der innere Drehring 20, wie oben erläutert, von der Abtriebswelle 10 entkoppelt
ist. Der äußere Drehring 40 ist
in dieser ersten Position drehfest fixiert. Die drehfeste Fixierung
erfolgt durch äußere Rastelemente 2,
die im äußeren Drehring 40 gelagert
sind und in innere Rastnuten 52 einer Zentrierhülse 50 eingreifen.
Die äußeren Rastelemente 2 sind
auf diese Weise zwischen dem Schaltring 30 und den inneren
Rastnuten 52 der Zentrierhülse 50 arretiert.
Die Zentrierhülse 50 selbst
ist ortsfest in einem Gehäuse 60 aufgenommen.
Da der äußere Drehring 40 mit
dem inneren Drehring 20 eine feste Einheit bildet, ist
durch diese Konfiguration gewährleistet,
daß die
Abtriebswelle 10 in der ersten Position des Umschaltgetriebes
durch einen ersten Antrieb betätigt
werden kann, während der
zweite Antrieb, der an dem inneren bzw. äußeren Drehring angreift, blockiert
ist.
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Die
Umschaltung der Kupplung von dem ersten auf den zweiten Antrieb,
d. h. zwischen der ersten und einer zweiten Position erfolgt durch
Drehen des Schaltrings 30 in Pfeilrichtung. Es stellt sich
zunächst eine Übergangsposition
ein, die in 1b dargestellt ist. Wenn sich
der Schaltring 30 entweder durch aktives Schalten oder
z.B. bei Ausfall der Stromversorgung selbstätig durch eine automatisch
aktivierte Schalteinrichtung in die in 1c gezeigte
zweite Position dreht, dann werden zunächst die inneren Rastelemente 1 aus
den inneren Rastnuten 31 des Schaltrings 30 radial
nach innen in die Rastnuten 11 der Abtriebswelle 10 hinein
gedrückt
(1b), so daß die
Abtriebswelle 10 mit dem inneren Drehring 20 über die
Rastelemente 1, die nunmehr zwischen dem Schaltring 30 und
den Rastnuten 11 der Abtriebswelle 10 arretiert
sind drehfest verbunden ist. Da die äußeren Rastelemente 2 nach
wie vor fest in den inneren Rastnuten 52 der Zentrierhülse 50 eingerastet
sind und ein Drehen des mit dem inneren Drehring 20 fest
verbundenen äußeren Drehrings 40 verhindern,
ist die Abtriebswelle 10 in dieser Übergangsposition vollständig blockiert.
Sie kann also weder von dem ersten noch von dem zweiten Antrieb ausgelenkt
werden.
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Die
Umschaltung der Kupplung zwischen den beiden Antrieben kann selbst
bei ausgelenkter Abtriebswelle 10 erfolgen, vorausgesetzt,
daß sich die
Rastelemente 1 noch im Einlaufbereich der Rastnuten 11 befinden.
Im Falle einer umlaufenden Abtriebswelle bedeutet das, daß die Welle,
anders als es die in den 1a–1c als
Abtriebswelle eines Hydraulikzylinders ausgebildete Welle zeigt, über ihrem
gesamten Umfang Rastnuten 11 besitzen muß, so daß die inneren
Rastelemente 1 in jeder Winkelstellung der Abtriebswelle 10 in
die Rastnuten 11 der Welle 10 eingreifen können.
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Die
Durchgangslöcher 21, 42 des
inneren bzw. äußeren Drehrings 20, 40 sind
zu den inneren und äußeren Rastnuten 31, 32 des
Schaltrings 30 zumindest leicht versetzt angeordnet, so
daß die äußeren Rastelemente
2 beim Drehen des Schaltrings 30 von der ersten Position
in die Übergangsposition
erst freigegeben werden, wenn die inneren Rastelemente 1 vollständig in
die Rastnuten 11 der Abtriebswelle 10 eingerastet
sind und eine drehfeste Verbindung zwischen dem inneren Drehring 20 und
der Abtriebswelle 10 hergestellt haben. Dies ist erforderlich,
um die Abtriebswelle 10 in einer definierten Stellung zu
zentrieren bevor die Abtriebswelle 10 mit dem inneren Drehring 20 drehfest
verbunden wird. Im Falle, daß die
Kupplung in einem Hydraulikventil zur Steuerung eines Stellzylinders
verwendet wird, hat dies zur Folge, daß der Stellzylinder in der
gegenwärtigen
Position gehalten wird, bevor die Umschaltung von dem einen auf
den anderen Antrieb erfolgt.
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Ist
eine solche Zentrierung der Antriebswelle 10 nicht erforderlich,
so können
die Rastnuten 31, 32 des Schaltrings 30 und
die Durchgangslöcher 21, 42 des
inneren und äußeren Drehrings 20, 40 selbstverständlich auch
so zueinander angeordnet sein, daß sich die Rastelemente 1, 2 beim
Umschalten der Kupplung gleichzeitig aus ihren jeweils ersten Positionen
in ihre Zwischenpositionen bewegen können. Dies kann insbesondere
bei einer umlaufenden Abtriebswelle 10 sinnvoll sein, bei
der es beim Umschalten nicht auf eine exakte Positionierung der
Welle ankommt.
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In
jedem Fall ist es sinnvoll, die Rastnuten 11 wie auch die
inneren Rastnuten 52 V-förmig oder konisch auszubilden,
um ein verschleißfreies
Einlaufen der bevorzugterweise als Rollen ausgebildeten Rastelemente 1, 2 zu
gewährleisten.
Wird die Umschaltkupplung, wie die in den Figuren gezeigte, in einem Hydraulikventil
zur Steuerung eines Stellzylinders verwendet, bei dem die Abtriebswelle
immer nur um einen maximalen Steuerwinkel von z.B. ± 9° ausgelenkt
wird, dann muß das
V-förmige
oder konische Profil der Rastnuten 11 der Abtriebswelle 10 so
ausgebildet sein, daß die
inneren Rastelemente 1 beim Schalten von der ersten in die zweite
Position selbst bei maximaler Auslenkung der Abtriebswelle 10 noch in
die Rastnuten 11 der Abtriebswelle 10 gedrängt werden
und die Abtriebswelle 10 in ihre Neutralstellung zurückdrehen
können.
Ansonsten wäre
ein Schalten bei ausgelenkter Abtriebswelle 10 unmöglich.
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Bei
einer stärker
versetzten Anordnung der Rastnuten 31, 32 zu den
Durchgangslöchern 21, 42 bleibt
die Übergangsposition,
in der die Abtriebswelle 10 durch die inneren Rastelemente 1 mit
dem inneren Drehring 20 und der äußere Drehring 40 durch die äußeren Rastelemente 2 mit
der Zentrierhülse 50 fest
verbunden sind, für
eine bestimmte Übergangsphase
erhalten. Die Übergangsphase
dauert an, bis sich der Schaltring 30 soweit weitergedreht
hat, daß die äußeren Rastelemente 2 aus
den inneren Rastnuten 52 des Zentrierings 50 heraus
in die äußeren Rastnuten 32 des
Schaltrings 30 ausweichen können. Die Dauer der Übergangsphase
hängt ab
einerseits von dem Versetzungsgrad der Rastnuten 31, 32 des
Schaltrings 30 zu den Durchgangslöchern 21, 42 des
inneren bzw. äußeren Drehrings 20, 40 und
andererseits von der Geschwindigkeit, mit der sich der Schaltring 30 von
der ersten in die zweite Position bewegt. Erforderlich ist diese
Zwischenphase, in der die Abtriebswelle 10 in ihrer Neutrallage
blockiert ist, um anderen Syste men ausreichend Zeit zu geben, ihrerseits
eine Neutralstellung einzunehmen. Üblicherweise reicht eine Übergangsdauer
von 500 ms aus.
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In 1c ist
die Umschaltkupplung in ihrer zweiten Position dargestellt. Wenn
der Schaltring 30 von der in 1b gezeigten Übergangsposition
in diese zweite Position weiterdreht, können die äußeren Rastelemente 2 aus
den inneren Rastnuten 52 der Zentrierhülse 50 heraus in die äußeren Rastnuten 32 des
Schaltrings 30 hinein ausweichen. Dadurch wird der äußere Drehring 40 entsperrt,
so daß die
Abtriebswelle 10 in dieser zweiten Position, in der die
Steuerung z.B. manuell durch den Piloten erfolgen kann, über den
drehfest mit der Abtriebswelle 10 verbundenen inneren Drehring 20 aus
der Neutralstellung heraus in eine gewünschte Winkellage ausgelenkt
werden kann.
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Der
Schaltring 30, der, wenn er sich in der ersten Position
befindet, wie nachfolgend noch näher beschrieben
werden wird, drehfest fixiert ist, kann sich in der zweiten Position
frei drehen und mit dem inneren bzw. äußeren Drehring 20, 40 mitbewegen. Durch
das Drehen des inneren bzw. äußeren Drehrings 20, 40 wird
zwangsläufig
auch der Schaltring 30 mitgedreht, sofern die äußeren Rastnuten 32 des Schaltrings 30 so
ausgebildet sind, daß sich
die Rastelemente 2 nicht relativ zu dem Schaltring bewegen können, sondern
fest in den Rastnuten 32 einrasten.
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In
einer besonderen Ausgestaltung ist der Schaltring 30 zur
Verwendung mit einer Abtriebswelle 10 geeignet, die nur
in einem begrenzten Steuerwinkelbereich von z.B. ±9° = 18° ausgelenkt
werden kann. In dieser Ausführungsform
sind die äußeren Rastnuten 32 als
Langlöcher
ausgebildet, deren Länge
mindestens dem halben Steuerwinkelbereich der Abtriebswelle entspricht,
also z.B. 9°.
Ausgehend von 1c würde der Schaltring 30 demnach
bei einer Bewegung des inneren bzw. äußeren Drehrings 40 in
Pfeilrichtung zwangsläufig
um bis zu 9° mitgedreht.
Bei einer Bewegung entgegen der Pfeilrichtung kann es aber auch
sein, daß der
Schaltrings 30 nicht mitdreht, sondern stattdessen die äußeren Rastelemente 2,
die in diesem Fall als Wälzkörper ausgebildet
sein müssen,
in den äußeren Rastnuten 32 entlangrollen.
Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn der Schaltring 30 aus
konstruktiven Gründen
nur in Pfeil richtung mitdrehen kann und in Gegenrichtung blockiert
ist, wie es z. B. bei Verwendung der in 2a, 2b dargestellten
Schalteinrichtung der Fall ist. Wird der innere bzw. äußere Drehring 20, 40 aus
der in Pfeilrichtung ausgelenkten Extremstellung heraus über den
gesamten Steuerwinkelbereich von 18° in die andere Extremstellung
gedreht, so werden über
einen Steuerwinkelbereich von 9° die
Wälzkörper in
den äußeren Rastnuten 32 des
Schaltrings 30 entlanglaufen, und über den übrigen Steuerwinkelbereich
von ebenfalls 9 ° wird
sich der Schaltring 30 mit dem inneren bzw. äußeren Drehring 20, 40 mitdrehen.
Beide Vorgänge
können
sich überlagern,
je nach den vorherrschenden Reibungsverhältnissen zwischen den gegeneinander
bewegten Teilen. Ein Mitdrehen des Schaltrings 30 über mehr
als 9 ° wird durch
die spezielle Konstruktion der Schalteinrichtung verhindert.
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In 2a, 2b ist
die Schalteinrichtung dargestellt, die mit einer Abtriebswelle 10,
die nur in einem begrenzten Steuerwinkelbereich von z.B. ±9° = 18° ausgelenkt
wird, verwendet werden kann. Mit dieser Schalteinrichtung kann der
Schaltring 30 von der arretierten ersten Position in die
drehfreie zweite Position verstellt wird. Der Schaltring 30 besitzt
dazu einen radialen Ansatz 35, der in der ersten, in 2a gezeigten
Position zwischen einem ersten und einem zweiten Schubkörper 71, 72 eines
Schaltschiebers 70 arretiert ist. Indem der Schaltschieber 70 den
radialen Ansatz 35 des Schaltschiebers 30 aus
der ersten Position in eine zweite gezeigte Position bewegt, wird
der Schaltring 30 aus seiner ersten, in 1a gezeigten
Position in seine zweite, in 1c gezeigte
Position gedreht.
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Um
zu gewährleisten,
daß der
Schaltring 30 in der zweiten Position frei drehbar ist,
wird der zweite Schubkörper 72 in
Schaltrichtung weiterbewegt, so daß zwischen den beiden Schubkörpern 71, 72 ein Freiraum
gebildet wird, in dem sich der Ansatz 35 frei bewegen kann.
Dieser Freiraum muß mindestens den
Steuerwinkelbereich der Abtriebswelle 10 umfassen. Diese
Bewegungsfreiheit ist erforderlich, weil der Schaltring 30 mit
dem radialen Ansatz 35 gemäß 1c in
der zweiten Position durch die äußeren Rastelemente 32 zumindest
in Pfeilrichtung mit dem inneren bzw. äußeren Drehring 20, 40 mitbewegt wird.
In 2b ist der Schaltring in der zweiten Position
der Kupplung dargestellt und zwar um + 9°, also dem vollen Steuerwinkelbereich
in Pfeilrichtung ausgelenkt. Wäre
die Bewegungsfreiheit des Ansatzes 35 in der zweiten Position
nicht gegeben, dann wäre die
Rotation des inneren bzw. äußeren Drehrings 20, 40 zumindest
in Pfeilrichtung blockiert. Entgegen der Pfeilrichtung ist ein Verdrehen
des Schaltrings 30 zwar durch den ersten Schubkörper 71 gesperrt (2b),
der innere bzw. äußere Drehring 20, 40 kann
aber unabhängig
vom Schaltring 30 dennoch in diese Richtung verdreht werden,
da die äußeren Rastelemente 32,
die die Verbindung zwischen äußerem Drehring 40 und
Schaltring 30 bilden, in diesem Fall in den Langlöchern 32 des
Schaltrings 30 entlanglaufen können, ohne den Schaltring 30 mitzunehmen
(1c).
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Im
einzelnen ist dazu vorgesehen, daß der erste Schubkörper 71 des
Schaltschiebers 70 in der ersten Position (2a)
gegen eine erste Feder 81 z.B. über einen elektrisch angesteuerten
Hydraulikzylinder vorgespannt ist. Der Hydraulikdruck wirkt aber
nicht direkt auf den ersten Schubkörper 71 sondern auf
den zweiten Schubkörper 72,
der sich wiederum über
eine zweite Feder 82 gegen den ersten Schubkörper abstützt. Die
erste und zweite Feder 81, 82 sind in der ersten
Position also beide durch den Hydraulikdruck vorgespannt, und der
radiale Ansatz 35 des Schaltschiebers 70 ist zwischen
den beiden Schubkörpern 71, 72 eingeklemmt.
Fällt nun
der Hydraulikdruck aus, sei es aufgrund eines aktiven Schaltbefehls
oder sei es aufgrund eines Ausfalls der elektrischen Hydraulikansteuerung,
so bewegt sich der Schaltschieber 70 selbstätig in die
in 2b gezeigte zweite Position. Im einzelnen bewirkt
die erste Feder 81, daß der
erste Schubkörper 71 gegen
einen Anschlag 85 verschoben wird, so daß sich der
Ansatz 35 des Schaltrings 30 in der zweiten Position
befindet, und die zweite Feder 82 bewirkt, daß der zweite Schubkörper 72 noch
ein Stück
weiter gegen einen zweiten Anschlag 86 geschoben wird,
so daß zwischen
den beiden Schubkörpern 71, 72 der
oben beschriebene Freiraum entsteht, der dem Steuerwinkelbereich
entspricht (2b). Ein erneuter Hydraulikdruckaufbau
würde die
Rückstellung
des Schaltschiebers (70) in seine Ausgangsposition bewirken (2a).
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3 zeigt
eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der der ortsfeste
Zentrierring 50 als Überlastring
ausgebildet ist. Der Überlastring
kann über
den inneren bzw. äußeren Drehring 20, 40 gegen
eine vorbestimmte Kraft aus einer Nullage heraus ausgelenkt werden.
Während
der Zentrierring 50 bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen auch
durch das Gehäuse 60 selbst
gebildet sein konnte, ist der Zentrierring 50 in dieser
Ausführungsform
drehbar im Gehäuse 60 gelagert
und besitzt äußere Rastnuten 55,
die entweder radial oder, wie in 3 dargestellt,
axial angeordnet sein können.
In diese Rastnuten 55 greifen federbelastete Rastelemente 56 ein,
die eine definierte Vorspannung erzeugen, die beim Drehen des Überlastrings 50 überwunden
werden muß,
bevor sich der Überlastring
in Bewegung setzt. Der innere bzw. äußere Drehring 20, 40 kann
nun unter erhöhtem
Kraftaufwand zusammen mit dem Überlastring 50 verdreht
werden, wobei die federbelasteten Rastelemente 56 gegen
die Federkräfte
aus den äußeren Rastnuten 55 des Überlastrings 50 heraus
ins Gehäuse 60 hinein
gedrückt werden.
Im Falle, daß sich
das Umschaltgetriebe in der ersten Position befindet (1a),
in der der innere bzw. äußere Drehring 20, 40 von
der Abtriebswelle 10 abgekoppelt und mit dem Zentrierring 50 drehfest verbunden
ist, werden gleichzeitig die inneren Rastelemente 1 aus
den Rastnuten 31 des Schaltrings 30, der durch
den Schaltschieber 70 nach wie vor örtlich fixiert ist (2a),
in die Rastnuten 11 der Abtriebswelle 10 hinein
gedrängt.
So entsteht eine drehfeste Verbindung zwischen dem inneren Drehring 20 und der
Abtriebswelle 10, und die Abtriebswelle 10 wird entsprechend
mitgenommen.
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Genau
wie im Falle der Rastnuten 11 der Abtriebswelle 10 ist
es auch für
die Rastnuten 55 des Überlastrings 50 vorteilhaft,
wenn das Profil konkav oder V-förmig
ausgebildet ist, um ein sauberes Einlaufen der bevorzugt als Kugeln
ausgebildeten Rastelemente 56 zu ermöglichen. Außerdem müssen die äußeren Rastnuten 55 des Überlastrings 50 einen Winkelbereich überdecken,
der so groß ist,
daß die federbelasteten
Rastelemente 56 selbst bei maximalem Steuerwinkel des inneren
bzw. äußeren Drehrings 20, 40 noch
in die äußeren Rastnuten 55 des Überlastrings
eingreifen und dabei noch eine Rückstellkraft
auf den Über lastring 50 ausüben können, so daß sich der Überlastring
selbstätig
in die Nullage zurückbewegen
kann.
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Bei
dieser Konstellation kann man über
die Gestaltung des Profils der Rastnuten 11 eine bestimmte
Wegübersetzung
einstellen. So kann das Profil z. B. so ausgebildet sein, daß eine Verdrehung des äußeren Drehrings
40 um 7° eine
Verdrehung der Abtriebswelle 10 um 9° bewirkt.
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Die
gesamte Kupplung wird bevorzugt in einem abgeschlossenen, ölgefüllten Gehäuse aufgenommen.
Dadurch wird die geforderte Wartungsfreiheit gewährleistet. Aufgrund der wenigen
sich zueinander verschiebenden Bauteile und wegen der geringen Baugröße sind
die Reibungskräfte,
die in der Umschaltkupplung auftreten, sehr gering. Durch die zusätzliche
Gegenwart des Schmieröls
ist die Umschaltkupplung deshalb sehr leicht gängig.
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Eine
Umschaltkupplung des beschriebenen Typs hat einen Durchmesser von
40 cm und eine Breite von 10 cm in Verbindung mit einer Abtriebswelle
mit 20 mm Durchmesser und 80 mm Länge.
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Es
sei noch daraufhingewiesen, daß im
Zusammenhang mit den Rastnuten 11, 31, 32, 52 und 55 jeweils
von mehreren Rastnuten gesprochen wurde. Selbstverständlich kann
für jeden
Rastnutentyp auch nur eine einzige Rastnut vorgesehen sein. Allerdings
ist es sinnvoll, jeweils mehrere Rastnuten gleichmäßig verteilt über die
entsprechenden Umfangsflächen
vorzusehen, da das Spiel zwischen den einzelnen Kupplungsteilen
dadurch weiter verringert wird.