DE2246123A1 - Mechanische, formschluessige, unter last schaltbare kupplung - Google Patents

Mechanische, formschluessige, unter last schaltbare kupplung

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DE2246123A1
DE2246123A1 DE19722246123 DE2246123A DE2246123A1 DE 2246123 A1 DE2246123 A1 DE 2246123A1 DE 19722246123 DE19722246123 DE 19722246123 DE 2246123 A DE2246123 A DE 2246123A DE 2246123 A1 DE2246123 A1 DE 2246123A1
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Konrad Altmann
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D11/00Clutches in which the members have interengaging parts
    • F16D11/08Clutches in which the members have interengaging parts actuated by moving a non-rotating part axially
    • F16D11/10Clutches in which the members have interengaging parts actuated by moving a non-rotating part axially with clutching members movable only axially

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Description

  • Mechanische, formschlüssige, unter Last schaltbare Kupplung (Zusatz zu Patent .. Patentanmeldung P 21 46 683.1-12) Die Erfindung bezieht sich auf eine mechanische, formschlüssige, unter Last schaltbare Kupplung zwischen einer Antriebs und einer Abtriebswelle mit einer Gewindemuffe, die auf der einen Welle verdrehfest und zwischen wenigstens einer durch einen Anschlag definierten Einkupplungsverschiebestellung und einer Auskupplungsverschiebestellung axial wenigstens streckenweise gegen einen Widerstand verschiebbar angeordnet ist und mit Gewindesegmenten, die gegenüber der anderen Welle verdrehfest gehalten und zwischen einer~Ineingriffs-Verschiebestellung mit der Gewindemuffe und einer Außereingriffs7Verschiebestellung gesteuert radial versetzbar angeordnet sind, nach Patent .,... (Patentanmeldung P 21 46 683.1-12).
  • Ein besonderer Vorteil dieser Kupplung ist im Vergleich zu anderen formschlüssigen Kupplungen, beispielsweise Klauenkupplungen darin zu sehen, daß die Kupplung nach dem Hauptpatent auch bei hohen Drehzahldifferenzen zwischen den zu kuppelnden Wellen zuverlässig und sicher arbeitet, ohne daß irgendwelche Synchroni sationsmittel und sonstige äußere Maßnahmen erforderiich sind.
  • Bei höheren Differenzgeschwindigkeiten gelingt es zumeist über haupt nicht, eine normale Klauenkupplung in Eingriff zu bringen.
  • Vielmehr besteht die Gefahr, daß man die zur Anlage kommenden Flächen der beiden Kupplungsteile ruiniert, da diese zunächst nur über einen kleineren Bereich der Anlageflächen aneinander angreifen. Wie weit man überhaupt Erfolg hat, hängt davon ab, wie die beiden Kupplungsteile aufeinander zu bewegt werden.
  • Die Kupplung nach dem Hauptpatent zeichnet sich demgegenuber dadurch aus, daß der eigentliche Einkupplungsvorgang von äußeren Einflüssen, insbesondere von der MaBnahme zur Einleitung des Einkupplungsvorganges, völlig unabhängig ist. Es ist mit anderen Worten zwischen der gesteuerten Einleitung des Einkupplungsvorganges und dem Einlaufen der Kupplungsteile in den formschlüssigen Kupplungszustand selbst zwangsläufig eine Phase vorhanden, in der die beiden Kupplungsteile aufgrund der Differenzgeschwindigkeit zwischen den zu kuppelnden Wellen selbsttätig in vorbestimmter Weise bis in die endgültige formschlüssige Einkuppelstellung aufeinander zu bewegt werden. Die MaBnahmen zur Einleitung des Einkupplungsvoranges, nämlich das Ineingriffbringen der Gewindesegmente mit dem Gewinde derGewindemuffe, bewirkt eine Formschlüssigkeit, ohne daß in dieser Phase des Einkupplungsvorganges bereits Kräfte übertragen werden müssen. Nach dem formschlüssigen Ineinandergreifen zwischen den Gewindesegmenten und der Gewindemuffe erfolgt die formschlüssige Kupplung an der Stelle des Anschlages zwangsläufig.
  • Die Formschlüssigkeit des gesamten Kupplungssystemes wird demnac bereits zu einem Zeitpunkt des Einkupplungsvorganges sichergestellt, bevor der eigentliche kräfteübertragende Einkupplungszustand herbeigeführt ist.
  • Diese Kupplung kann demnach auch bei sehr hohen Differanzdrehzahlen zwischen der angetriebenen und der abgetriebenen Welle sicher schalten, wobei - entsprechend dem im Zusammenhang mit dem Hauptpatent wiedergegebenen Ausführungsbeispiel - die Gewind -muffe keilförmig gegen den in einer Radialebene liegenden Anschlag anlaufen kann und insoweit "weiches einkuppelt. Darüber hinaus läuft die Gewindemuffe gegen die Kraft einer Schraubenfeder in den Angriff an dem Anschlag an, wodurch der axialen Bewegung der Gewindemuffe bereits ein gewisser, in Richtung des Anschlages zunehmender Widerstand entgegengesetzt wird, wodurch das "weiche" Einkuppeln in gewissem Umfange unterstützt wird. An sich dienen diese Federn der Verschiebung der Gewindemuffe in die Auskupplungslage, wozu keine höheren Kräfte benötigt werden, so daß diese Federn verhältnismässig schwach sind. Dieses "weiche" Einkuppeln ist daher ohne weitere Maßnahmen nur bei relativ geringen abtriebsseitig vorhandenen Trägheitmomenten von praktischer Bedeutung.
  • Nimmt man stärkere Federelemente, beispielsweise Tellerfedern, so ist es theoretisch möglich, der axialen Verschiebebewegung der Gewindemuffe auf den Anschlag zu einen so hohen Widerstand entgegenzusetzen, daß die mit einer entsprechend hohen Trägheits kraft belastete Abtriebswelle mehr oder weniger bereits auf die Drehzahl der Antriebswelle mitgenommen wird, bevor die Gewindemuffe in den Anschlag einläuft. Solche Federelemente werden allerdings dabei unter-konstruktiv vernüftigen räumIichen Begrenzungen ihBr Abmässe sehr stark belastete insbesondere bleibt im formschlüssigen Einkupplungszustand die dann sehr hohe axiale Federkraft erhalten, die von der Konstruktion aufgenommen werden muß und die zu einer mehr oder weniger raschen Erlahmung der Federelemente führt.
  • Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Kupplung der eingangs genannten Art zur Verfügung gestellt werden, an deren Abtrieb3-seite auch große zu beschleunigende Massen unmittelbar angeschlossen werden können, ohne daß die im Zusammenhang mit den Federelementen vorstehend beschriebenen Nachteile auftreten.
  • Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Widerstand durch ein im Zuge der auf den Anschlag zu gerichteten Bewegung der Gewindemuffe verdrängbares Medium gebildet ist.
  • Ein solches Medium kann unter der axialen Bewegung der Gewinde-' muffe ein erhebliches Druckpolster aufbauen. Die Größenordnung richtet sich dabei einmal nach der Differenzdrehzahl zwischen den beiden zu kuppelnden Wellen, d.h., der axialen Vorschubgeschwindigkeit der Gewindemuffe, zum anderen auch nach der Konsistenz des mediums. Nimmt man ein gasförmiges-und damit kompressibles Medium, beispielsweise auch im vorgespannten Zustand, so erhält man bei sonst vergleichbaren Bedingungen ein "weicheres''sich aufbauendes Druckpolster, als dies bei einer inkompressiblen Hydraulikflüssigkeit der Fall ist. Mit Rücksicht auf Abdichtschwierigkeiten und insbesondere bei sehr hohen abtriebsseitigen Trägheitsmomenten kann der hydraulischen Flüssigkeit als verdrängbares Medium der Vorzug gegeben werden.
  • Von besonderer Bedeutung bei diesem Widerstand durch ein verdrängbares Medium ist die Tatsache, daß das Druckpolster nach Einlaufen der Gewindemuffe in die Einkuppellage an dem Anschlag verschwindet, so daß keine auf das verdrängbare Medium zurückgehende axiale Kraft während des formschlüssigen Kupplungs zustandes aufrechterhalten bleibt. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass der Widerstand, gegen den die Gewindemuffe in Richtung auf den Anschlag zu anläuft, zu einem geringen Teil auch durch eine Feder bedingt sein kann, die der Rückführung der Gewindemuffe in die Auskupplungslage dient, falls zu diesem Zwecke keine anderen Maßnahmen getroffen sind.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Gewindemuffe als Kolben in einer zylinderförmigen Ausbildung geführt, welche in dem zwischen der in Auskupplungsstellung befindlichen Gewindemuffe und dem den Anschlag aufweisenden Teil befindlichen Raum eine hydraulische Flüssigkeit enthält, die bei Bewegen der Gewindemuffe in die Einkupplungslage durch wenigstens eine kalibrierte übertrittsöffnung unter Druck in einen zweiten Raum verdrängbar ist.
  • Dieser zweite Raum kann sich zweckmäßig auf der sntgegengesetzten Kolbenseite der Gewindemuffe befinden.
  • Wie später auch an Hand des in der Zeichnung wiedergegebenen Beispieles noch erläutert werden wird, hat die vorliegende Kupplung mit Gewindemuffe und in diesepadial, eingreifenden Gewindesegmenten die besondere Eigenschaft, daß die Verdrehlage zwischen der Gewindemuffe und dem Anschlag im Einkupplungszustand immer die gleiche ist, ungeachtet der Verdrehstellung, die zwischen den zu kuppelnden Wellen zum Zeitpunkt der Einleitung des Einkupplungsvorganges im Einzelfalle gerade herrscht.
  • Durch das radiale Einrücken der axial ortsfesten Gewindesegmente in den Eingriff mit dem Gewinde der Gewindemuffe wird diese nämlich bei Abweichungen aus der Eingriffslage durch die schrägen Flanken des Spitzgewindes zunächst derart axial verschoben, daß sie eine Lage einnimmt, in der die Gewinde voll ineinandergreifen. Diese axiale Verschiebebewegung der Gewindemuffe durch das Einrücken der Gewindesegmente ist abhängig von der relativen Verdrehstellung, die die beiden zu kuppelnden Wellen zu Beginn des Einrückens der Gewindesegmente in das Gewinde der Gewindemuffe einnehmen und führt dazu, daß der Abstand zwischen der Gewindemuffe und dem Anschlag dieser Verdrehstellung der Wellen angepaßt wird. Nach Einrücken der Gewindesegmente nimmt die Cowindemuffe somit immegeinen bestimmten, der Verdrehetellung zwischen den Wellen entsprechenden Abstand zu dem Anschlag ein, der dazu führt, daß die Gewindemuffe nachdem nun aufgrund der Differenzdrehgeschwindigkeit zwischen Gewindemuffe und Gewindesegmenten erfolgenden axialen Vorschub immer in der gleichen Verdrehlage an den Anschlag zur Anlage gelangt.
  • Dieses besondere Verhalten der Kupplung macht es möglich, den Anschlag nicht nur als reines Begrenzungselement für die axiale Verschiebebewegung der Gewindemuffe auszubilden, sondern es ist vielmehr möglich, in Umlaufrichtung weisende Anschlagflächen zwischen der Gewindemuffe und der anderen Welle vorzusehen, welche den GroBteil des zu übertragenden Drehmomentes aufnehmen und damit die Gewindesegmente im Einkupplungszustand praktisch entlasten.
  • Die aufgrund des Einrückens der Gewindesegmente je nach Verdrehstellung der Gewindemuffe erforderliche axiale Verschiebung soll nun möglichst leicht erfolgen, da zu diesem Zeitpunkt des Einkupplungsvorganges die Einleitung der Kupplungsphase möglichst ohne Kraftübertragung erfolgen soll. Demgegenüber soll sich ein Widerstand bzw. ein entsprechendes Druckpolster dann schnell aufbauen, wenn die Gewindemuffeaufgrund der Relativdrehzahl zwischen ihr und den Gewindesegmenten nach Art einer Spindel axial bewegt. Diese mehr oder weniger ungehinderte axiale Vsrschiebbarkeit beim Einrücken der Gewindesegmente kann man grundsätzlich beispielsweise dadurch sicherstellen, daß der Raum zwischen dem Anschlag und der Gewindemuffe nicht völlig mit dem insoweit inkompressiblen hydraulischen Medium gefüllt ist> es wäre auch grundsätzlich denkbar, dem Medium eine gewisse Anfangs kompressibilität beizugeben, die diese anfängliche axiale Verschiebung der Gewindemuffe aufgrund des Einrückens der Gewindesegmente ohne größeren Widerstand erlaubt. In bevorzugter Ausführung der Erfindung wird jedoch der Obertrittsöffnung eine in Bewegungsrichtung der Gewindemuffe versetzbare Ventilplatte vorgeordnet, welche die übertrittsöffnung nach einem ersten axialen Bewegungsabschnitt der Gewindemuffe auf einen kleineren übertrittsquerschnitt reduziert. Oie Ventilplatte ist dabei vorzugsweise in einer stirnseitigen Aussparung der Gewindemuffe gelagert, in welche die die Gewindemuffe axial durchgreifende Obertrittsöffnung mündet. Ist die Ventilplatte entsprechend dicht in dieser Aussparung. geführt, so weist sie vorteilhafter Weise eine gegenüber der Übertrittsöffnung kleinere kalibrierte Bohrung auf, die die Räume zu beiden Seiten der Ventilplatte miteinander verbindet.
  • Die erfindungsgemässe Kupplung kann als solche aufgebaut sein, die nur in einer Drehrichtung arbeitet. Sie kann aber auch als Kupplung für beide DrehtS1richtungen ausgebildet sein, wobei sich dann in besonders bevorzugter Weise der zweite Raüm für die hydraulische Flüssigkeit zwischen der Auskupplungsverschiebestellung der Gewindemuffe und dem für die andere Drehrichtung vorgesehenen Anschlag in einer entsprechend angeordneten zylindrischen Ausbildung befindet. Dabei kann die Gewindemuffe vorteilhaft hinsichtlich der Anordnung der übertrittsöffnung und der Ventilplatten eine insoweit an beiden stirnseitigen Enden äquivalente Ausgestaltung aufweisen. Zweckmäßigerweise sind dann die den beiden Einkupplungsverschiebestellungen zugeordneten Anschläge an ein und derselben zylinderförmigen Ausbildung vorgesehen, die an der anderen Welle ausgebildet ist und die Radial führungen für die Gewindesegmente aufweist.
  • Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispieles im folgenden näher erläute t.
  • Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 einen vergrößerten Teillängsschnitt eines in beiden Drehrichtungen arbeitenden Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Kupplung.
  • Die Zeichnung zeigt eine Kupplung unmittelbar vor Beginn der Einkupplungsphase, wenn die Gewindesegmente 1 gerade in ihre Ineingriffs-Verschiebestellung eingerückt worden sind.
  • Es ist grundsätzlich gleichgültig, welche der beiden Wellen als Antriebswelle und welche als Abtriebswelle eingesetzt wird. Im vorliegenden Beispiel wird davon ausgegangen, daß 2 eine Antrieb ~ welle ist.
  • Die Antriebswelle 2 ist an ihrem einen Ende zylinderförmig ausgebildet und nimmt eine Gewindemuffe 5 auf, die auf der Abtriebswelle 4 axial verschieblich und mit Hilfe einer Nut-Feder-Anordnung 20 verdrehfest geführt ist. Die Gewindemuffe 5 wird mit Hilfe zweier Druckfedern 6 derart belastet, daß sie bei ausgerückten Gewindesegmenten 1 etwa in der axialen Mittellage zwischen den stirnseitigen Enden der zylinderförmigen Ausbildung der Welle 2 übergeht. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die Gewindemuffe 5 aus jeder der beiden möglichen Einkupplungsstellungen nach Lösen der Kupplung wieder in ihre Ausgangsstellung zurückkehrt. Die Federn 6 werden zweckmäßig in Ausnehmungen 17 gehalten, in welche sie im zusammengedrückten Zustand aufgenommen werden können. Die Ausnehmungen 17 können auch so bemessen sein, daß die Federn in der Auskupplungsstellung, d. h.
  • axialer Mittellage er Gewindemuffe, gerade entspannt sind. -Es treten dann keine durch die Differenzdrehzahl zwischen der angetriebenen und der abgetriebenen Welle bedingten Reibungskräfte an den Federn auf. Sie werden in dieser Hinsicht lediglich während des überganges der Gewindemuffe von der Auskupplungsstellung in eine der Einkupplungsstellungen belastet Anstelle der hier dargestellten Schraubendruckfedern können auch andere elastische Elemente eingesetzt werden es ist ebenso denkbar, die Verschiebung der Gewindemuffe nicht durch federelastische Kräfte, sondern in irgendeiner Weise anders gesteuert vorzunehmen, beispielsweise in Abhängigkeit von der Steuerbewegung einer Muffe 3, mit deren Hilfe die Gewindesegmente radial versetzt werden.
  • Zu diesem Zwecke ist die auf der zylinderförmigen Ausbildung der Antriebswelle 2 längs verschiebbar geführte Muffe 3 mit einer inneren konischen Mantelfläche 9 versehen, die an entsprechend konisch ausgebildeten äußeren Stirnflächen 7 der Ge- -windesegmente 1 angreift. Die Gewindesegmente 1 sind in der zylinderformigen Ausbildung der Antriebswelle radial verscfriebbar geführt. Wird nun die Muffe 3 nach links verschoben, so bewegen sich die Gewindesegmente 1 nach innen und treten in Eingriff mit dem Gewinde der Gewindemuffe 5. Wird die Muffe 3 nach rechts verschoben, so bewegen sich die Gewindesegmente 1 aufgrund von Fliehkraft radial nach außen» so daß sie in eins Verschiebestellung gelangen, in der sie sich mit der Gewindemuffe 5 außer Eingriff befinden. An die konischen Flächenabschnitte 9 bzw. 7 schließen sich zylindrische Flächenabschnitte 10 bzw. 8 an, wodurch sichergestellt wird, daß die - wie gezeichnet - völlig nach links verschobene Muffe 3 nicht aufgrund der Kraft der Gewindesegmente 1 selbsttätig wieder nach rechts verschoben wird. Die zylinderförmigen Flächenabschnitts 8 und 10 kann man auch am radial kürzeren Ende der Gewindesegments vor sehen. Man hat dann den Vorteil, daß man die konische Ausbildung der Muffe 3 bis an die Anlaufkante weiterführen kann und im übrigen einen Teil der zylindrischen Fläche, die an der zylinderförmigen Ausbildung der Antriebswelle 2 anliegt, als Auffangfläche' für die radialen Fliehkräfte benutzen kann.
  • An den inneren Stirnseiten der zylinderförmigen Ausbildung der Antriebswelle 2 sind Verzahnungen vorgesehen, die jeweils zwei über den Umfang vertsilt angeordnete Zähne aufweisen.
  • Entsprechend däzu korrespondierend angeordnete Verzahnungen mit ebenfalls zwei Zähnen über den Umfang verteilt befinden sich an den Stirnseiten der Gewindemuffe 5. Die steilen Zahnflanken 15 und 13 bilden dabei die Anschlagflächen, mit denen die Gewindemuffe 5 und die Abtriebswelle 2 in den jeweiligen Einkupplungsstellungen unter dem Druck der zu übertragenden Drehmomentenkräfte aneinander an liegen.
  • Wie eingangs bemerkt, zeigt die Zeichnung den Zustand der Kupplung, nachdem gerade die Gewindesegmente 1, die mit der Antriebswelle 2 umlaufen, in das Gewinde der Gewindemuffe 5 eingerückt worden sind, wobei man davon ausgehen kann, daß die Gewindemuffe 5 und damit die Abtriebswelle 4 sich beispielsweise im Stillstand befinden. Aufgrund der Differenzdrehzahl zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 4 und damit den Cewindesegmenten 1 und der Gewindemuffs 5 wird diese nun durch die umlaufenden Gewindesegmente 1 nach Art einer Spindel auf eine der beiden inneren Stirnseiten der zylinderförmigen Ausbildung der Antriebswelle 2 hin verschobsn, Je nachdem, in welcher Richtung die Antriebswelle 2 umläuft. Wie die dargestellten Größenordnungen anbauten. verschiebt sich die Gewindemuffe aufgrund der Steigung des Gewindes nach zwei Umläufen in die Anlage mit der enXsprechenden inneren Stirnseite der zylinderförmigen Ausbildung der Antriebswelle 2 . Sie gelangt damit in die diesbezügliche Einkupplungslage, in der die steilen Anschlagflächen 15 und 16 der diesbezüglichen Verzahnungen aneinander angreifen.-Um sicherzustellen, daß die Anschlagflächen nur über ihre gesamte Flächenausdehnung hinweg beansprucht werden und nicht etwa in einer vorhergehenden Relativumdrehung zueinander teilbelastet werden, wird die axiale Ausdehnung der Anschlagflächen gleich der halben Gewindesteigung gewählt, da hier zwei über den Umfang verteilte Zähne vorgesehen sind. Würde man nur einen Zahn vorsehen, so könnte die axiale Ausdehnung der steilen Flankenfläche dieses Zahnes etwa gleich der Gewindesteigung gewählt werden.
  • , DaB die Verdrehstellung zwischen der Gewindemuffe 5 und der Antriebswelle 2 in den Einkupplurigsstellungen immer die gleiche ist, wurde bereits vorstehend ausgeführt. Man kann dies am vorliegenden Beispiel noch einmal deutlich machen. Dazu soll angenommen werden, daß die Gewindemuffe 5 aufgrund der Kräfte der Federn 6 genau in der Lage, in der sie gezeichnet ist, verbleibt, wenn die Gewindesegmente 1 radial versetzt und außer Eingriff mit der Gewindemuffe 5 sind. Stellt man sich nun vor, daß die Abtriebswelle um 90 ° derart gedreht wird, daß die Nut-Feder-Verbindung 20 in der Zeichnung nach, oben versetzt ist, so befinden sich auch die Anschlagflächen 15 um entsprechend 0 90 versetzt in dieser oberen Lage. Aufgrund der nach wie vor gleichen Federbelastungskräfte verändert sich die axiale Lage -der Gewindemuffe indessen nicht. Würde nun aus dieser axialen Lage heraus eine axiale Verschiebung der Gewindemuffe in Abhängigkeit der Gewindesteigung erfolgen, so würde die Gewindemuffe bereits nach 1 3/4 Umdrehungen an der Stirnwand angreifen, undkwar in einer entsprechend versetzten Verdrehlage; das bedeutet, daß die Zahnflankenflächen 15 und 16 nicht zur Anlage kommen bzw.- einander vorher nur über einen Teil ihrer Anschlagfläche beaufschlagen. Eine solche Kupplung wäre wertlos.
  • Im vorliegenden Falle kann ein solches versetzt es Anlaufen der Gewindemuffe gegen die Stirnflächen der zylinderformigen Ausbildung der Antriebswelle 2 jedoch gar nicht auftreten.
  • Geht man wieder von der um 900 gedrehten Lage der Abtriebswelle 4 und damit der Gewindemuffe 5 aus, in der die Nut-Feder-Verbindung 20 und die Anschlagflächen 15 nach oben verschoben sind, so stellt man fest, daß nunmehr das Gewinde der Gewindemuffe und die Gewindeabschnitte der Gewindesegmente nicht mehr in einer derartigen axialen Lage zueinander sind, in der die Gewindesegmente voll in das Gewinde der Gewindemuffe eingreifen können. Die Zähne der Gewinde sind vielmehr axial gegeneinander versetzt, und zwar genau um den Betrag, den eine 900-Verdrehung der Gewindemuffe 5 gegenüber dem Gewindesegment 1 ausmacht. Werden nun die Gewindesegmente 1 mit Hilfe der Muffe 3 radial eingerückt, so verschiebt sich die Gewindemuffe 5 axial genau um diesen Betrag, da die gegeneinander versetzten Zahnflanken des Spitzgewindes entsprechend aneinander abgleiten. Durch diese axiale Verschiebebewegung der Gewindemuffe 5 wird deren Abstand von den Stirnseiten der topfartigen Ausbildung der Antriebswelle 2 genau entsprechend dem Verdrehwinkel der Abtriebswelle 4 gegenüber der Antriebswelle 2 so korrigiert, daß die Gewindemuffe 5 nunmehr nach 1 3/4 bzw.
  • 2 1/4 Umdrehungen in der bestimmten Verdrehlage in den einen oder den anderen Einkupplungszustand einläuft, so daß die Zahnflankenflächen 15 und 16 über ihre volle Ausdehnung aneinander angreifen und einander bei einer vorhergehenden Umdrehung nicht berühren.
  • In der Einkupplungslage wird nunmehr das von der Antriebswelle 2 ausgehende Drehmoment über die Anschlagflächen 15 und 16 und die Nut-Feder-Anordnung 20 auf die Abtriebswelle 4 formschlüssig übertragen. Die Gewindesegmente 1 werden dabei nur insoweit belastet, als axiale Kraftkomponenten auftreten, die die Gewindemuffe aus der Einkupplungslage axial zu verschieben suchen. Eine solche Kraftkomponente ist durch die entsprechende Feder 6 gegeben» die allerdings sehr schwach gehalten werden kann. Eine weitere, geringe axiale Kraftkomponente ist dadurch gegeben,- daß die Anschlagflächen 15 und 16 gegenüber einer entsprechenden axialen Ebene leicht, beispielsweise um 100, geneigt verlaufend ausgebildet sind. Mit dieser geneigten Ausbildung soll sichergestellt werden, daß bei Verschieben der Muffe nach rechts und radialem.Ausrücken der Gewindesegmente 1 die Gewindemuffe 5 aus der Einkupplungslage in die Auskupplungslage übergeht. Würde man nämlich die Flächen 15 und 16 in einer axialen Ebene verlaufend oder gar hinterschnitten ausbilden, so besteht die Gefahr, daß sich die unter Druck an der Welle 2 abstützende Gewindemuffe 5 nicht aus der Einkupplungslage löst. Die leichte Schrägstellung der Anschlagflächen 15 und 16 und die Kraft der Feder S stellen jedoch diese Verschiebung der Gewindemuffe 5 in die Auskupplungslage sicher. Die jeweilige Bemessung dieser Maßnahmen ist natürlich von der Größenordnung des zu übertragenden Drehmomentes abhängig.
  • Das gezeigte Ausführungsbeispiel kann in beiden Differenzdrehrichtungen zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle kuppeln; das erght sich ganz einfach daraus, daß in der einen Differenzdrehrichtung die Gewindemuffe nach rechts in den dort vorgesehenen Anschlag und in der anderen Drehrichtung nach links verschoben wird, wo sich ein entsprechender Anschlag befindet.
  • Eine solche Kupplung ist zwar in der Lage, bei höchsten Differe zdrehzahlen absolut sicher und störungsfrei zu schalten, doch muB dabei sichergestellt werden, daß mit Rücksicht auf das an der Antriebswelle 4 vorhandene Trägheitsmoment eine entsprechende Dämpfung vorgesehen ist, die es erlaubt, das volle Drehmoment über eine Zeitspanne hinweg aufzubauen. Erfindungsgemäß ist eine solche Dämpfungseinrichtung in der Kupplung selbst vorgesehen. Zu diesem Zwecke ist bei dem Ausführungsbeispiel die Gewindemuffe 5 an ihren beiden stirnseitigen Enden als Kolben 18 aufgebaut, der mit Kolbenringen 19 oder dergleichen Dichtungen an der zylindrischen Innenfläche der zylinderförmigen Ausbildung der Antriebswelle 2 anliegt. Die beiden stirnseitigen Räume zwischen der Gewindemuffe 5 und den Stirnseiten der zylinderförmigen Ausbildung der Antriebswelle 2 sind entsprechend abgedichtst und mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllt.
  • Diese beiden Räume sind mit Hilfe einer in Fig. 3 abschnittsweise dargestellten Übertrittsöffnung 22, die die Gewindemuffe 5 axial durchgreift, miteinander verbunden. Der Durchmesser dieser Übertrittsöffnung 22 ist so groß, daß sich die Gewindemuffe 5 durch das Einrücken der Gewindesegmente 1 um ein entsprechendes axiales Wegstück leicht verschieben läßt. Danach soll allerdings gegenüber der durch die Differenzdrehzahl zwischen der Gewindemuffe 5 und den Gewindesegmenten 1 hervorgerufenen axialen Verschiebebewegung der Gewindemuffe 5 ein hoher Widerstand entgegengesetzt werden. Um diese Forderung zu erfülen, werden den Mündungen der Obertrittsöffnung 22 Ventilplatten 24 zugeordnet, di Xln zylindrischen Aussparungen 21 innerhalb der Kolbenteile 18 der Gewindemuffe 5 um eine entsprechende axiale Strecke verschieben lassen. Diese Vsrschiebestrecke kann die Größenordnung einer Ganghohe des Gewindes der Gewindemuffe 5 aufweisen. Die zylindrischen Aussparungen stehen über Öffnungen 23, beispielsweise eine Vielzahl von Bohrungen, mit den jeweiligen Raumen zwischen den Stirnflächen der Gewindemuffe 5 und den inneren Stirnflächen der zylinderförmigen Ausbildung der Antriebswelle 2 in Vsrbindung.
  • Wenn die Gewindemuffe 5 in die Auskupplungsverschiebestellung verfahrsn ist, so befinden sich die Ventilplatten 24 in entsprechendem axialen Abstand von den Mündungen der die Gewindemuffe 5 durchgreifenden Übertrittsöffnung 22. Die Obertrittsöffnung 22 ist so bemessen, daß sich die Gewindemuffe 5 bei Einrücken der Gewindesegmente 1 bei nicht übereinstimmender Gewindelage relativ leicht verschieben läßt, wobei Hydraulik- Flüssigkeit von der einen Aussparung 21 in die andere übertritt Die Ventilplatten 24, die in nicht dargestellter Weise axial verschiebbar geführt sind, weisen eine sie axial durchgreifende Bohrung 25 auf, deren Querschnitt wesentlich kleiner ist'alls der der Obertrittsöffnung 22. Aus diesem Grunde folgen die Ventilplatten 24 der durch das Einrücken der Gewindesegmente 1 in die Gewindemuffe 5 ausgelösten axialen Verschieoung praktisch nicht vielmehr ändert sich der Abstand zwischen den Ventilplatten 24 und den Öffnungen der übertrittsöffnung 22. Wird nun die Gewindemuffe 5 auf-grund der Differenzdrehzahl zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 4 in Richtung auf eine Einkupplungsverschiebestelung zu verschoben, so legt sich die entsprechende Ventilplatte 24 aufgrund der durch die öffnung 23 einströmenden hydraulischen Flüssigkeit an die zugeordnete Mündung der übertrittsöffnung 22 an und verschließt diese so, daß nur noch ein entsprechend verringerter Durchtrittsouerschnitt für die hydraulische Flüssigkeit vorhanden ist. Auf diese Weise baut sich zwischen den entsprechenden Stirnseiten der Gewindemuffe 5 und der zylinderförmigen Ausbildung der Antriebswelle 2 ein starkes Druckpclster auf, das der Verschiebung der Gewindemuffe 5 einen entsprechend hohen Widerstand entgegensetzt. Dieser Widerstand führt~dazu, daß die Abtriebswelle 4 auf eine Einnahme der Drehzahl der Antriebswell 2 hin bereits beschleunigt wird, bevor die Kupplung in den formschlüssigen Einkupplungszustand einläuft. Durch Wahl des in der Einkupplungsphase wirksamen Querschnittes der durch die Ventilklappe 24 verringerten übertrittsöffnung kann die Kupplung an die Größenordnung der zu beschleunigenden Massen angepaßt werden.
  • Die Ausbildung der Gewindemuffe als Kolben macht es möglich, die abtreibende Welle 4 innerhalb der Gewindemuffe 5 enden zu lassen bzw. zu führen. Im Interesse gleicher Volumina zwischen beiden Stirnseitenbereichen kann die Welle 4 aber auch durch di Gewindemuffe 5 hindurchgeführt und in einer entsprechenden Ausbildung der Welle 2 gelagert sein. Mit der Erfindung wird sine Kupplung zur Verfügung gestellt, die mit einfachen und insbesondere raumsparenden Maßnahmen nicht nur bei höchsten Differenzdrehzahlen zuverlässig in den formschlüssigen Einkupplungszustand übergeht, sondern an die unmittelbar große Massen bzw. Widerstände angeschlossen werden können und die dennoch unter Last schaltbar ist.

Claims (9)

  1. P A T E N T A N 5 P R ü.C -H E
    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 1. Mechanische, formscb-lüssige, unter Last schaltbare Kupplung zwischen einer Antriebs- und einer Abtriebswßlle mit einer Gewindemuffe, die auf der einen Welle verdrehfest und zwischen wenigstens einer durch einen Anschlag definierten Einkupplungsverschiebestellung und einer Auskupplungsverschiebestellung axial wenigstens streckenweise gegen einen Widerstand verschiebbar angeordnet ist, und mit Gewindesegmenten, die gegenüber der anderen Welle verdrehfest gehal ten und zwischen einer Ineingriffsverschiebestellung mit der Gewindemuffe und einer Aussereingriffs-Verschiebestellung gesteuert radial versetzbar angeordnet sind, nach Patent .... (Patentanmeldung P 21 46 663.1-12), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Widerstand durch ein im Zuge der auf den Anschlag (16) zu gerichteten Bewegung der Gewindemuffe (5) verdrängbares Medium gebildet ist.
  2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n --z ei c h n e t , daß die Gewindemuffe (5) als Kolben (18) ineiner zylinderförmigen Ausbildung geführt ist, welche in dem zwischen der in Auskupplungsstellung befindlichen Gewindemuffe und dem den Anschlag (16) aufweisenden Teil befindlichen Raum eine hydraulische Flüssigkeit enthält, die bei Bewegen der Gewindemuffe in die Einkupplungslage durch wenigstens eine kalibrierte Obertrittsöffnung (22) unter Druck in einen zweiten Raum verdrängbar ist.
  3. 3. Kupplung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der zweite Raum auf der entgegengesetzten Kolbenseite der Gewindemuffe (5) vorgesehen ist.
  4. 4. Kupplung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Obertrittsöffnung (22) wenigstens eine in Bewegungsrichtung der Gewindemuffe t5) versetzbare Ventilplatte (24) vorgeordnet ist, welche die Übertrittsöffnung nach einem ersten axialen Bewegungsabschnitt der Gewindemuffe auf einen kleineren übsrtrittsquerschnitt reduziert.
  5. 5. Kupplung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Ventilplatte 1241 in einer stirnseitigen Aussparung (21) der Gewindemuffe (5) gelagert ist, in welche die die Gewindemuffe axial durchgreifende Obertrittsöffnung (22) mündet,
  6. 6. Kupplung nach einem der Ansprüche 4 und 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ventilplatte (24) von wenigstens einer gegenüber der Obertrittsöffnung 122) kleiner kalibrierten Bohrung (25) durchgriffen ist.
  7. 7. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die über zwei Eingriffsverschiebestellungen in beiden Drehrichtungen betreibbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c n e t , daß sich der zweite Raum zwischen der in der Auskupplungs-Verschiebestellung befindlichen Gewindemuffe 151 und dem für die andere Drehrichtung vorgesehenen Anschlag 116) in einer entsprechend angeordneten zylindrischen .Ausbildung befindet.
  8. 8. Kupplung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Gewindemuffe t5) hinsichtlich der Anordnung der übertrittsöffnung (22) und der Ventilplatten (24) eine insoweit an beiden stirnseitigen Enden gleiche Ausget altung aufweist.
  9. 9. Kupplung nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die den beiden Einkupplungs-Vsrschiebestellungen zugeordneten Anschläge 116) an ein und derselben zylinderförmigen Ausbildung vorgesehen sind, die an der anderen Welle (2) ausgebildet ist und die Radialführungen für die Gewindesegmente (1) aufweist.
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