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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).
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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.
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Bei höheren Differenzgeschwindigkeiten gelingt es zumeist über haupt
nicht, eine normale Klauenkupplung in Eingriff zu bringen.
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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.
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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.
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Die Formschlüssigkeit des gesamten Kupplungssystemes wird demnac bereits
zu einem Zeitpunkt des Einkupplungsvorganges sichergestellt, bevor der eigentliche
kräfteübertragende Einkupplungszustand herbeigeführt ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Dieser zweite Raum kann sich zweckmäßig auf der sntgegengesetzten
Kolbenseite der Gewindemuffe befinden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung schematisch
wiedergegebenen
Ausführungsbeispieles im folgenden näher erläute t.
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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.
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Die Zeichnung zeigt eine Kupplung unmittelbar vor Beginn der Einkupplungsphase,
wenn die Gewindesegmente 1 gerade in ihre Ineingriffs-Verschiebestellung eingerückt
worden sind.
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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.
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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.
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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.
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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.
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An den inneren Stirnseiten der zylinderförmigen Ausbildung der Antriebswelle
2 sind Verzahnungen vorgesehen, die jeweils zwei über den Umfang vertsilt angeordnete
Zähne aufweisen.
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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.
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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.
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, 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.
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Im vorliegenden Falle kann ein solches versetzt es Anlaufen
der
Gewindemuffe gegen die Stirnflächen der zylinderformigen Ausbildung der Antriebswelle
2 jedoch gar nicht auftreten.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.