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Schaltbare Klemmkupplung Die Erfindung betrifft eine schaltbare Klemmkupplung
mit einem Klemmkörpersatz zwischen zueinander konzentrischen Klemmflächen.
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Bei bekannten derartigen Klemmkupplungen sind die als Klemmrollen
oder Klemmkugeln ausgebildeten Klemmkörper des Klemmkörpersatzes in einem Käfig
aufgenommen. Eine der beiden zueinander konzentrischen Klemmflächen ist mit Klemmrampen
versehen, auf die die Klemmrollen oder Klemmkugeln auflaufen können und dadurch
den Klemmzustand der Kupplung herbeiführen. Der Klemmzustand kann dadurch vermieden
werden, daß der Käfig gegenüber den Klemmrampen verdreht wird und dadurch ein Auflaufen
der Klemmrollen bzw. Klemmkugeln auf die Klemmrampen verhindert wird. Bei einer
anderen bekannten Ausführungsform einer derartigen schaltbaren Kupplung wird der
Klemmzustand dadurch vermieden, daß die Klemmrampen gegenüber den Klemmrollen oder
Klemmkugeln radial verschoben werden können. Bei einer anderen Ausführungsform von
schaltbaren Klemmkapplungen werden anstelle von Klemmrollen oder Klemmkugeln unregelmäßig
geformte Klemmkörper verwendet. Durch Umklappen dieser Klemmkörper ist es möglich,
den Reibschluß zwischen den beiden zueinander konzentrischen Klemmflächen zu verhindern.
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Bei allen bisher bekannten schaltbaren Klemmkupplungen ist ein erheblicher
konstruktiver Aufwand erforderlich, um das Ein- und Auskuppeln zu ermöglichen. Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache schaltbare Klemmkupplung
zu schaffen. Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, daß der
Klemmzustand der Kupplung durch axiales Verschieben des Klemmkörpersatzes relativ
zu mindestens einer Klemmfläche aufhebbar ist.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, daß bei einer
Klemmverbindung der Reibschluß dadurch aufgehoben wird, daß durch zusätzliche Kräfte
rechtwinklig zu den ursprünglichen Klemmkräften der Haftwert der Reibung überschritten
und somit die Klemmung aufgehoben wird. Diese Erscheinung tritt bei Freiläufen dann
auf, wenn der Freilauf im Klemmzustand axial relativ zu einer seiner beiden zueinander
konzentrischen Klemmflächen bewegt wird. Durch einfaches axiales Verschieben des
Freilaufes wird damit erreicht, daß dieser auch in Umfangsrichtung rutscht.
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Ein Zahlenbeispiel soll dieses Prinzip verdeutlichen: der Reibwert
Stahl gegen Stahl geschmiert beträgt etwa o,1, was einem Reibwinkel von 5° 42 min
entspricht. Wird nun der als Klemmwinkel bezeichnete Winkel der Klemmrampe zur Normalen
des Berührungspunktes an der Gegenlaufbahn möglichst nahe an diesen Wert gelegt,
so benötigt man nur eine geringe Kraft in axialer Richtung, um den Klemmzustand
des Freilaufs aufzuheben. Bei den bisher bekannten schaltbaren Freiläufen mußte
dagegen beim Schalten unter Last das volle zu übertragende Moment mit einem Schalthebel
aufgebracht werden, umdie Klemmkörper aus der Klemmstellung des Freilaufes herauszubringen.
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Das beschriebene Schaltprinzip kann sowohl für Freiläufe verwendet
werden, bei denen Klemmrollen oder Klemmkugeln mit einer glattzylindrischen und
einer mit Klemmrampen versehenen Klemmfläche zusammenwirken, als auch für Klemmkörperfreiläufe,
bei denen unregelmäßig. geformte Klemmkörper zwischen zwei glattzylindrischen Laufbahnen
angeordnet sind.
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Da eine erfindungegemäße echaltbare Kupplung nur so lange durchrutscht,-wie
sie axial bewegt wird, zieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, daß eine klemmfläche
im Bereich neben dem Klemmkörpersatz derart abgesetzt ist, daß dieser in diesem
Bereich ausschließlich mit der anderen Klemmfläche in Berührung kommen kann. wird
dle Klemmkupplung in diesen Bereich geschoben, so bleibt sie so lange außer Eingriff,
bis sie wieder zurück in ihre Ursprungsstellung geschoben wird.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß.
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der klemmkörpersatz die beiden Klemmflächen in beiden relativen Drehrichtungen
klemmend miteinander kuppelt.
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Diese Ausführungsform wird. insbesondere für die Anwendung erfindungsgemäßer
Klemmkupplungen als Synchronisiereinrichtungen in Schaltgetrieben benötigt.
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Die Anwendung einer erfindungsgemäßen schaltbaren Klemmkupplung für
eine Synchronisiereinrichtung zum Kuppeln einer rotierenden Welle mit einem auf
ihr frei drehbar gelagerten Zahnrad' sieht .vor, daß eine erste glattzylindrische
innere Klemmfläche auf dem Umfang eines mit der Welle verdrehfest verbundenen Innenrings
und eine zweite glattzylindrische innere Klemmfläche gleichen Durchmessers auf dem
Umfang-eines seitlichen Ansatzes des Zahnrades gebildet ist, und daß ein Klemmkörpersatz
axial fixiert in der Bohrung eines Außenrings aufgenommen ist, der über eine Betätigungseinrichtung
von einer ersten Endstellung, in der sich der K1emmk,ö:rp.,e,.rsatz im Bereich der
besagten ersten inneren Klemmfläche befindet, in eine zweite - Endstellung verschiebbar
ist, in der sich der Klemmkörpersatz zum Teil im Bereich der ersten inneren Klemmfläche
und zum-Teil im Bereich der zweiten inneren Klemmfläche befindet. Wenn sich der
Klemmkörpersatz im Bereich des ihm zugeordneten Innenrings befindet, ist das daneben
angeordnete Zahnrad nicht mit der Welle gekuppelt und kann sich frei drehen.
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Soll das Zahnrad mit der Welle gekuppelt werden, so wird der Außenring
derart verschoben, daß der Klemmkörpersatz teilweise in den Bereich des Ansatzes
des Zahnrades gerät.
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Es besteht Jetzt Kraftschluß zwischen der Welle und dem mit ihr verdrehfest
verbundenen Innenring über den Klemmkörpersatz sowohl zum Außenring als auch zum
daneben angeordneten Zahnrad.
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Eine Ausführungsform einer derartigen Synchronisiereinrichtung sieht
vor, daß der Innenring mit der Welle einstückig ausgeführt ist, so daß der Umfang
der Welle die zweite glattzylindrische innere Klemmfläche bildet.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß im Außenring zwei nebeneinander
angeordnete Freiläufe aufgenommen sind.
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Diese Ausführung ist dann vorteilhaft, wenn aus Gründen einer rationellen
Fertigung für den Umfang des Innenrings und den Umfang des seitlichen Ansatzes des
Zahnrades keine allzuengen Toleranzen zugelassen werden sollen.
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In Schaltgetrieben dient eine Synchronisiereinrichtung üblicherweise
zum wahlweisen Kuppeln zweier Zahnräder mit einer gem@@samen Welle. Hier sieht eine
Ausführungsform der Erfindung vor, daß der Innenring zwischen zwei Zahnrädern angeordnet
ist, die ihm zugewandte Ansätze mit glattzylindrischen inneren Klemmflächen aufweisen,
und der Außenring aus einer Mittelstellung, in der sich der Klemmkörpersatz im Bereich
des Innenrings befindet, in zwei Endstellungen verschiebbar ist, in. denen sich
der Klemmkörpersatz Jeweils zum Teil im Bereich des Innenrings und zum Teil im Bereich
des Ansatzes Jeweils eines Zahnrades befindet.
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In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt und werden im folgenden nähe beschrieben. Es zeigen: Die Figuren 1 bis
3 Längsschnitte durch eine Synchronisiereinrichtung für ein Schaltgetriebe in den
drei möglichen Schaltstellungen, Figur 4 einen Querschnitt durch eine schaltbare
Klemmkupplung mit Klemmrollen, Figur 5 einen Querschnitt durch eine schaltbare Klemmkupplung
mit unregelmäßig geformten Klemmkörpern.
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Im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 3 sind auf der Welle 1 die
beiden Zahnräder 2 und 3 mittels Nadellagern 4 und 5 frei drehbar gelagert. Beide
Zahnräder weisen seitliche Ansätze 6 bzw. 7 auf, auf deren Umfang glattzylindrische
innere Klemmflächen 8 bzw. 9 gebildet sind. Zwischen den beiden Zahnrädern ist ein
mit der Welle 1 verdrehfest verbundener Innenring 10 angeordnet. Der Außenumfang
des Innenrings lo bildet eine weitere innere Klemmfläche für die beiden nebeneinander
im Außenring 11 aufgenommenen Klemmkörpersätze 12 und 13. Die beiden Klemmkörpersätze
sind im Außenring 11 axial fixiert und durch einen Distanzring gegeneinander abgestützt.
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Die Figur 1 zeigt eine Schaltstellung, bei der sich die beiden Klemmkörpersätze
11 und 12 im Bereich des Innenrings 10 befinden. In dieser Schaltstellung sind die
beiden Zahnräder 2 und 3 nicht mit der Welle 1 gekuppelt und können sich auf ihr
frei drehen.
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Durch axiales Verschieben des Außenrings 11 über eine -nicht dargestellte
- Betätigungseinrichtung, die in die umlaufende Nut 14 des Außsnrings eingreift,
wird der Klemmzustand zwischen Außenring 11 und Innenring 10 aufgehoben. Der Außenring
wird so weit verschoben, bis sich der linke Klemmkörpersatz 12 im Bereich des Ansatzes
6 des Zahnrades 2 befindet. Wenn das axiale Verschieben der beiden Klemmkörpersätze
beendet ist, kuppeln die Klemmkörpersätze 12 und 13 ibre jeweiligen inneren Klemmflächen
mit der äußeren Klemmfläche. Der Kraftschluß von der Welle über den mit ihr verdrehfest
verbundenen Innenring 10 verläuft dann über den Klemmkörpersatz 13, den Außenring
11, den zweiten Klemmkörpersatz 12 zum Zahnrad 2.
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Das Zahnrad 2 ist damit verdrehfest mit der Welle gekuppelt.
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In Figur 3 ist die zweite Endstellung des Außenrings 11 dargestellt,
in der das rechte Zahnrad 3 mit der Welle 1 gekuppelt ist.
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Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch eine Freilaufkupplung, die den
Innenring 15 in beiden relativen Drehrichtungen mit dem Außenring 16 kuppelt. Jeweils
zwei Klemmrollen 17 sind in einem Fenster des Käfigs 18 aufgenommen und durch Federn
19 gegen die Klemmrampen 20 und 21 angefedert.
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Im Ausführungsbeispiel der Figur 5 sind zwischen der glattzylindrischen
inneren Klemmfläche des Innenrings 22 und der ebenfalls glattzylindrischen Bohrung
des Außenrings 23 Klemmkörper 24 mit unregelmäßigem Querschnitt aufgenommen.
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Es sind ebenfalls Jeweils zwei Klemmkörper in Jeder Tasche des Käfigs
25 untergebracht, die durch eine Feder 26 angestellt werden,