DE2353983B2 - Schaltbare Reibungskupplung mit drehmomentabhängiger Anpreßkraft - Google Patents

Description

der Schaltmuffe angeordnete drehbar gelagerte Rollen dienen. Auf diese Weise soll eine Gleitreibung beim Einschaltvorgang vermieden werden. Beim Ausschalten dagegen kommt den Rollen keine Bedeutung zu.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß auch bei Vollast Reibungskupplungen mit Selbstverstärkung der Einschalt- und Haltekraft schnell und ohne großen Kraftaufwanu zu lösen sind. In der Schaltposition wirkt nämlich auf die Rollkörper eine axial gerichtete Ausschaltkraft ein, die sich zerlegt in eine Umfangskraft, die dem übertragenen Drehmoment entgegengerichtet ist und somit zur Lösung der Kupplung beiträgt, und eine zentrisch auf die Rollkörper gerichtete Normalkraft, die an der BerührungssteHe eine Reibkraft erzeugt. Und diese Reibkraft wirkt bei der Rückdrehbewegung des Druckringes in Richtung Neutralposition der Rückdrehkraft entgegen. Aus diesem Grund kann durch die drehbar gelagerten Rollkörper der Reibradius für die Gleitreibung verkleinert bzw. bei Verwendung eines Wälzlagers Gleitreibung vermieden werden. Dadurch wird der Wirkungsgrad erheblich verbessert, was eine Reduzierung der erforderlichen Ausschaltkraft erlaubt.

Es zeigt

Fig. 1 eine Servokupplung mit Drehmomentbegrenzung im Axialschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1, und

Fig. 4 die Anpreßrolle in Ausschaltposition in vergrößertem Maßstab.

In Fig. 1 ist eine als Doppelkupplung ausgebildete Servokupplung mit Drehmomentbegrenzung dargestellt. Auf einer Welle 2 ist hierbei ein Schaltmuffenträger 44 derart befestigt, daß weder Verdrehungen noch axiale Verschiebungen gegenüber der Welle 2 möglich sind. Auf beiden Seiten des Schaltmuffenträgers 44 sind axial verschiebbare Zahnräder 17 und 18 über Lager 15 und 16 drehbar auf der Welle 2 gelagert. Jeweils zwischen den Zahnrädern 17 und 18 und dem Schaltmuffenträger 44 sind Zwischenscheiben 23 und 24 angeordnet. An den beiden Enden der Welle 2 sind Lager 5 und 6 zur Lagerung der Welle 2 in einem nicht dargestellten Gehäuse od. dgl. vorgesehen. Die Lager 5 und 6 stützen sich über Buchsen 9 und 10 gegenüber je einem Wellenbund 7 bzw. 8 ab; auf der den Buchsen 9 und 10 abgewandten Seite sind die Lager 5 und 6 durch Sprengringe 3 und 4 oder ähnliche Befestigungsmittel gegen axiale Verschiebung gesichert. Koaxial zu den Buchsen 9 und 10 sind Tellerfedern 11 und 12 angeordnet, die zwischen den Lagern 5 und 6 und den Wellenbunden 7 und 8 angeordnet sind. Zwischen den Zahnrädern 17 und 18 und den Tellerfedern 11 und 12 sind Zwischenscheiben 13 und 14 vorgesehen.

Auf dem Schaltmuffenträger 44 ist eine Schaltmuffe 40 derart befestigt, daß Verdrehungen gegenüber dem SchaStmuffenträger nicht möglich sind, während die Schaltmuffe 40 axial durch eine in die Ringnut 42 eingreifende, nicht dargestellte Schaltgabei verschoben werden kann. In der Schaltmuffe 40 sind Aussparungen 38 vorgesehen, deren Form in Fig. 2, die einen Schnitt entlang der Linie H-II in Fig. 1 zeigt, dargestellt ist. In diesen Aussparungen, und zwar innerhalb ihrer Eintrittsöffnung 37, befinden sich Rollen 32, die au/ radial angeordneten Bolzen 34 drehbar gelagert sind und die die auf die Schaltmuffe 40 eingeleitete Schaltkraft jeweils auf einen Druclcring 29 bzw. 30, an dem die Bolzen 34 befestigt sind, übertragen. Der Druckring 29 bzw. 30 ist axial begrenzt verschiebbar und kann um einen bestimmten Winkel gegenüber dem Schaltmuffenträger 44 begrenzt verdreht werden.

Das außerhalb des Schaltmuffenträgers 44 befindliche Ende des Druckringes 29 bzw. 30 weist Aussparungen 27 bzw. 28 zur Aufnahme der Außenverzah-

i» nung von sogenannten Außenlamellen 25 und 26 auf, die mit sogenannten Innenlamellen 19 und 20 zusammenwirken. Die Innenlamellen 19 und 20 sind mit einer Innenverzahnung versehen und greifen in eine an den Zahnrädern 17 und 18 angebrachte Außenverzahnung 21 bzw. 22 ein. Sowohl die Innen- als auch die Außenlamellen sind axial verschiebbar.

In dem Schaltmuffenträger 44 sind auf dem Umfang gleichmäßig verteilt radial angeordnete Bolzen 50 befestigt. Jeder Bolzen 50 trägt eine Anpreßrolle 48 und dient gleichzeitig zur Fixierung άαί- Schaltmuffe 40 in Umfangsrichtung. Wie sich aus Fig. r und Fig. 3 ergibt, berührt die Anpreßrolle 48 die Auflaufkurven 55 und 56 der Druckstücke 29 und 30. Sobald ein Druckstück gegenüber der Anpreßrolle 48 relativ verdrtht wird, wird dieses Druckstück axial verschoben.

Wenn mittels der nicht dargestellten Schaltgabel die Schaltmuffe 40 axial verschoben wird, so werden die in den Eintrittsöffnungen 37 befindlichen Rollen 32

so von der Rückwand der in der Schaltmuffe 40 vorgesehenen Aussparung 38 ebenfalls axial verschoben, so daß der Druckring 30 ebenfalls eine Axialbewegung ausführt. Durch diese axiale Bewegung des Druckringes 30 erhalten die Außen- und Innenlamellen 20 und 26 Reibungsschluß, und der Druckring 30 wird gegenüber dem Schaltmuffenträger 44 begrenzt verdreht. Infolge dieser relativen Verdrehung, die abhängig ist von dem übertragenen Drehmoment, laufen die Anpreßrollen 48 auf die Auflaufkurven 55 auf. Von einem bestimmten Drehmoment ab wird das Zahnrad 18 gegen die Kraft der Feder 12 axial verschoben, und die auf die Reiblamellen wirkende Kraft kann nicht größer werden als die Federkraft. Hierdurch wird erreicht, daß die Lamellen durch ".ine dem vorgegebenen Drehmoment entsprechende Kraft aneinander gepreßt werden und daher ein das zulässige Drehmoment übersteigendes Moment nicht übertragen wird.

Ein Ausschalten der Kupplung ist bei bekannten Anordnungen nur bei Leerlauf, d. h. wenn kein Drehmoment übertragen wird, oder bei geringer Last möglich gewesen. Bei Voliast ist der Druckring 30 gegenübei c~em Schaltmuffenträger 44 mit dem bei Vollast auftretenden Moment verdreht. Um die Kupplung zu lösen, muß also oer Druckring 30 entgegen dem jeweils übertragenen Moment gegenüber dem Schaltmuffenträger 44 verdreht werden. Dies ist bei den bisher bekannten Servokupplungen nur mit erheblichem Kraftaufwand möglich gewesen. Durch die Ausbildung der Kraftübertragungselemente zwischen dem Druckstück 30 und dem Schaltmuffenträger 44 als Rollen 32, Walzen od. dgl., wird beim Zurückziehen der Schaltmuffe 40 eine Kraft über die Rolle 32 auf den Druckring 30 rusgeübt. Hierdurch wird eine Verbs drehung entgegen dem übertragenen Drehmoment des Druckteiles 30 gegenüber dem Schaltmuffenträger 44 mit geringem Reibwiderstand erreicht.
Anfänglich wird die Axialbewegung der Schalt-

muffe 40 und des Druckringes 30 durch die vorgespannten Tellerfedern 12 unterstützt. Wenn die Tellerfedern 12 den als axialen Anschlag wirkenden Wellenbund 8 erreicht haben, muß durch die Ausschaltkraft die volle axiale Kraft zum Trennen der Kupplung aufgebracht werden. Durch die besondere Form der Ausnehmungen in der Schaltmuffe 40 wird mit einfachen Mitteln erreicht, daß an der Stelle der größten erforderlichen Kraft die größte Komponente ivr Umfangsrichtung aus der Ausschaltkraft erzeugt wird.

Sobald der Mittelpunkt der Rolle 32 die Ecke 58 der Aussparung 38 überschritten hat, tritt, wie sich aus Fig. 4 ergibt, eine die öffnung der Kupplung unterstützende Kraftkomponente Fl in Umfangsrichtung auf, so daß die Rolle 32 ohne große Kraftaufwendung in die Leerlaufstellung innerhalb der Eiintrittsöffnung der Aussparung .38 springt. Das Lösen der Kupplung geschieht hierdurch ruckfrei mit geringer Schaltkraft und ohne daß der gesamte Schalthub vergrößert wird.

In der Ausschaltposition wirkt auf die Rolle 32 die axial gerichtete Ausschaltkraft Fl der Schaltmuffe 40 ein, die sich zerlegt in die in Umfangsrichtung gerichtete Kraftkomponente F2, die dem übertragenen Drehmoment entgegenwirkt und somit zum Lösen der Kupplung beiträgt, und der zentrisch zur Rolle 32 gerichteten Normalkraft F3, die zur Dimensionierung von Bedeutung ist. Die Normalkraft F3 erzeugt an der Berührungsstelle Ecke 58, Rolle 32 eine Reib kraft, die bei der Rückdrehbewegung des Druckringes 30 in Richtung Neutralposition der Rückdrehkraft entgegenwirkt. Aus diesem Grund kann durch die drehbar gelagerte Rolle 32 der Reibradius für die Gleitreibung verkleinert werden, so daß die Ausschaltkraft Fl reduziert werden kann.

Durch entsprechende Auswahl der Größe der EinführöffnuRg 37, des Weges der Ar.prcSroüc 48 sowie der Größe der Rolle 32 kann konstruktiv die Ausschaltposition beeinflußt werden.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltbare Reibungskupplung mit drehmomentabhängiger Anpreßkraft, insbesondere für Bootsgetriebe, mit einem auf einer zu kuppelnden Welle ortsfest gelagerten Schaltmuffenträger und einer auf diesem axial verschiebbaren Schaltmuffe, wobei die Schaltmuffe mit einer oder mehreren, mit axialen Einführungsöffnungen versehenen Umfangsnuten zur Aufnahme radial gerichteter Vorsprünge versehen ist, die an einer ersten gegenüber dem Schaltmuffenträger begrenzt verdrehbaren Kupplungshälfte befestigt sind und die zur Übertragung der Schaltkraft von der Sctialtmuffe auf die erste Kupplungshälfte dienen, und wobei die erste Kupplungshälfte zur Erzeugung einer Verstärkung der Schaltkraft gegenüber dem Muffenträger über Wälzkörper und Schrägflächen abgestützt ist, die an - den Reibflächen abgekehrten-Stirnflächen angeordnet sind, und wobei eine zweite Kupplungshälfte auf der Welle drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß

   a) die Vorsprünge (Bolzen 34) zur Übertragung der Schaltkraft von der Schaltmuffe (40) auf die erste Kupplungshälfte (Lamellen 26) senkrecht zur Wellenachse (2) drehbar gelagerte Rollkörper (Rollen 32) tragen und

   b) daß die den Nuten (Aussparungen 38) zugeordneten Einführöffnungen (37) in ilirer Breite r.nd Anordnung so auf den Durchmesser der Roljkörper (32) abgestimmt sind (Lage der Ecke 58), daß nach Einleitung der Ausschaltbewegung der Kupplung (Ausschaltkraftkomponente F₁) eine die Trennbewegung verstärkende, größere Kraftkom- ponente wird.

   (F₁) in Umfangsrichtung erzeugt

   Bei bekannten schaltbaren Reibungskupplungen der im Oberbegriff des Anspruches aufgeführten Gattung (DE-AS 1261360) wird beim axialen Verschieben der Schaltmuffe über die in den Nuten geführten Zapfen die erste Kupplungshälfte ebenfalls axial verschoben. Sobald sich die Reibflächen berühren, wird die erste Kupplungshälfte gegenüber dem Schaltmuffenträger verdreht, und durch Auflaufen der Wälzkörper auf die Schrägflächen wird die Schaltkraft mit zunehmender Relatiwerdrehung der ersten Kupp* lungshälfte gegenüber dem Schaltmuffenträger mehr und mehr verstärkt, bis eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Kupplungsteil hergestellt ist.

   Ein selbsttätiges Lösen derartiger Kupplungen unter Last tritt nicht auf, wenn der Quotient aus dem Produkt aus der Kupplungskraft, mit der die beiden Kupplungshälften gegeneinander gepreßt werden, aus dein mittleren Radius r der Kupplungselemente, aus der Anzahl der Reibflächen und aus dem Reibwert μ der Ruhe geteilt mit dem von dem Motor erzeugten Drehmoment größer als 1 ist. Dieser Quotient wird auch als Verstärkungsgrad bezeichnet. Dieser Verstärkungsgrad ist im eingeschalteten Betriebszustand abhängig vom konstruktiven Aufbau der Kupplung, da die Anpreßkraft der Kupplungslamellen von den Schrägflächen abhängig ist, und dem Reibwert der Kupplungslamellen. Der Verstärkungsgrad wird noch beeinflußt durch den Reibwert der Öbertragungsele mente zwischen Schaltmuffenträger und der ersten Kupplungshälfte bzw. zwischen der Schaltmuffe und der ersten Kupplungshälfte.. Da der Reibwert zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Teilen kleiner ist als der Reibwert der Ruhe, ist der Reibwert

   ίο und damit der Verstärkungsgrad bei Beginn der Schließbewegung klein und nimmt mit abnehmender Relativbewegung der beiden Kupplungselemente zu. Damit die Kupplung überhaupt einschaltet, muß unter Berücksichtigung der Reibverluste an den Übertra-

   |5 gungsteilen und dem Reibwert der Bewegung an den Kupplungslamellen der Verstärkungsgrad größer als 1 gewählt werden. Da der Unterschied der Reibwerte sehr erheblich ist, nimmt auch der Verstärkungsgrad so stark zu, daß ein Lösen der Kupplung unter Vollast nahezu unmöglich oder nur mit großem Kraftaufwand durchzuführen ist. Bei plötzlich auftretenden Gefahren ist die Kupplung daher nicht oder nur mit großer Kraftanstrengung zu öffnen, so daß u. U. wertvolle Zeit vergeht, bis die Kupplung gelöst ist.

   Aus der DT-OS 2006984 ist eine schaltbare Reibungskupplung mit axial verschiebbarer Schaltmuffe bekanntgeworden, die mit Servowirkung einschaltbar ist-d. h. bei einer kleinen Einschaltkraft soll ein verhältnismäßig hohes Drehmoment übertragen werden - und die nur bis zu einem bestimmten, verhältnismäßig kleinen Drehmoment ausrückbar ist, während sie sich im Leerlauf nicht selbsttätig ausschalten darf. Von der Schaltmuffe wird die Schaltkraft über Zapfen auf die erste Kupplungshälfte übertragen. Die Zapfen befinden sich zwischen zwei an der Schallmuffe befestigten Druckflächen, die mit einer Ebene senkrecht auf der Drehachse einen kleinen Winkel einschließen. Die Zapfen besitzen parallele Gegendruckflächen. Bei einer axialen Verschiebung tier SCnaltmuffe wird über die erste Druckfläche die Schaltkraft über den Zapfen auf die erste Kupplungshälfte übertragen und diese axial verschoben. Bei Berührung der Reibflächen der beiden Kupplungshälften wird die erste Kupplungshälfte gegenüber der Schaltmuffe verdreht und die Anpreßkraft verstärkt.

   Beim Ausschalten überträgt die zweite Druckfläche der Schaltmuffe die Ausschaltkraft über die zweite Gegendruckfläche auf die erste Kupplungshälfte, und die das Drehmoment übertragenden Reibungsflächen

   ίο werden getrennt, sofern das übertragene Drehmoment einen bestimmten Wert nicht übersteigt und die Trennung der Kupplung sperrt. Die Trennung der Reibflächen wird durch eine konstante Neigung der Druckflächen unterstützt.

   γι Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die bekannten Reibungskupplungen mit einfachen Mitteln derart zu verbessern, daß die Kupplung auch bei Vollast ohne großen Kraftaufwand ausgeschaltet werden kann, ohne die bisherigen guten Ei-

   w genschaften der Kupplung zu verändern.

   Diese Aufgabe wird bei der in Rede stehenden Kupplungsgattung durch die im Kennzeichen des Anspruches aufgeführten Merkmale a) und b) gelöst. Die Merkmale nach a) des Hauptanspruches sind

   bereits aus der DE-AS 1259210 für sich bekannt. In dieser Druckschrift ist eine Synchronisiervorrichtung offenbart, bei der zur Übertragung der Schaltbewegung der Schaltmuffe auf die Synchronisierringe an