DE2353983C3 - Schaltbare Reibungskupplung mit drehmomentabhängiger Anpreflkraft - Google Patents
Schaltbare Reibungskupplung mit drehmomentabhängiger AnpreflkraftInfo
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Description
Bei bekannten schaltbaren Reibungskupplungen der im Oberbegriff des Anspruches aufgeführten Gattung
(DE-AS 1 261 360) 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 Schrägflachen wird die Schaltkraft mit zunehmender Relativverdrchung der ersten Kupplungshaifte
gegenüber dem Schaltmuffenträger mehr und mehr verstärkt, bis eine kraftschlüssige Verbindung
zwischen dem ersten und /weiten 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 Kupplungshalften gegeneinander gepreßt werden, aiii
dem mittleren Radius r der Küpplungseleniente, 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 Vcrstärkiingsgrad 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 Übertragungselemente
zwischen Schaltmuffenträger und der ersten Kupplungshälfte bzw. zwischen der Schaltmuffe und
der ersten Kupplungshaifte. Da der Reibwert zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Teilen
kleiner ist als der Reibwert der Ruhe, ist der RHbwert
und damit der Verstärkungsgrad bei Beginn der Schließbewegung klein und nimmt mit abnehmender
Relativbewegung der beiden Kupplungselemente zu. Damit die Kupplung überhaupt einschalte;, muß unter
Berücksichtigung der Reibverluste an den Übertragungsteilen 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 isi 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 2 006 984 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 Schaltmuffe befestigten Druckflächen, die mit einer Ebene senkrecht auf
der Drehachse einen kleinen Winkel einschließen. Die Zapfen besitzen parallele Gegendruckflächen. Bei einer
axialen Verschiebung der Schaltmuffe wird über die erste Druckfläche die SchcJtkraU iiber den Zapfen
auf die erste Kupplungshälfte übertragen und diese axial verschoben. Bei Berührung der Reibflächen der
beiden Kupplungshälfien wird die erste Kupplungshälfte
gegenüber der Schaltmuffe verdreht und die Anpreßkraft verstärkt.
Beim Ausschalu η überträgt die zweite Druckfläche
der Schaltmuffe die Ausschaltkraft über die zweite Gegendruckflache auf die erste Kupplungshälfte, und
die das Drehmoment übertragenden Reibungsflachen 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
Die der Hrfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht
darin, die bekannten Reibungskupplungen mit einfachen Mitteln derart /u verbessern, daß die Kupplung
auch hei Vollast ohne großen Kraftaufwand ausgeschaltet
werden kann, ohne die bisherigen guten f■ igenschaften
der Kupplung /u verändern
Diese Aufgabe yvirtj hei i.W m Rede stehenden
Kupplungsgattung durch die im Kennzeichen des Anspruches aufgeführten Merkmale a) lind 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 Schallbewcgung
der Schaltmuffe auf die Synchrönisiefririge an
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 Kraftaufwand zu lösen sind. In der Schaltposition
wirkt nämlich aui 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 Berührungsstelle 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 II-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 Gprengringe 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 Schaltmiiffentrager 44 ist eine Schaltmuffe
40 derart befestigt, daß Verdrehungen gegenüber dem Schaltmuffcntragcr nicht möglich sind,
wahrend die Schaltmuffe 40 axial durch eine in die Ringnut 42 eingreifende, nicht dargestellte Sehaltgabel
verschoben werden kann« In der Schaltmuffe 40 sind Aussparungen 38 vorgesehen, deren Form in
Fig. 2, die einen Schnitt entlang der Linie H-Il in Fig, 1 zeigt, dargestellt ist. In diesen Aussparungen,
uttd zwar innerhalb ilfirer Eirttrittsöffnung 37, befinden
sich Rollen 32, die auf radial angeordneten Bolzen 34 drehbar gelagert sind and die die auf die Schalt
muffe 40 eingeleitete Schaltkraft jeweils auf einen Druckring 2,9 bzw. 30, an dem die Bolzen 34 befestigt
sind, übertragen. Der Druckring 29 bzw. 30 ist axia! 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 Außenverzahnung 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 der Schaltmuffe 40 in
Umfangsrichtung. Wie sich aus Fig ■■ und Fig. 3 ergibt, berührt die Anpreßroiie 48 die A ufiaufkurven
55 und 56 der Druckstücke 29 und 30. Sobald ein Druckstück gegenüber der Anpreßrolle 48 relativ
verdreht 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 von der Rückwand der in der Schaltmuife 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. Vco 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 eine 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 Vollast ist der Druckring 30 gegenüber
dem Schaltmuffenträger 44 mit dem bei Vollast auftre' .n Jen Moment verdreht. Um die Kupplung zu
lösen, muß also der Druckring 30 entgegen dem jeweils übertragenen Moment gegenüber dem Schaltmuffenträger
44 verdreht werden. Dies ist bei den bisher bekannten Stwokupplungen nur mit erheblichem
Kraftaufwand möglich gewesen. Durch die Ausbildung der Kraftübfcrtragungselemcnte zwischen dem
Dructatüek 30 und dem Sehaltmuffenträger 44 als
Rollen 32, Walzen od. dgl., wird beim Zurückziehen der Schaltmuffe 40 eine Kraft über die Rolle 32 auf
den Druckring 30 ausgeübt. Hierdurch wird eine Verdrehung 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 vorge* spannten Tellerfedern 12 unterstützt. Wenn die Tellerfedern
12 den als axialen Anschlag wirkenden Wellenbund 8 erreicht haben, muß durch die Aus^
schaltkraft 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 in Umfangsrichtung aus der Ausschaltkraft erzeugt
wird.
Sobald der Mittelpunkt der Rolle 32 die Ecke 58 der Aussparung 38 überschritten hat, tritt j wie sich
aus Fig. 4 ergibt^ eine die öffnung der Kupplung unterstützende
Kraftkompöriente Fl in Ümfangsrichtungauf;
so daß die Rolle 32 ohne große Kraftaufwendung in die Leerlaufstellung innerhalb der Eintrittsöffnung der Aussparung 38 springt. Das Losen 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 gericht tete Kraftkomponente FZ, 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 Reibkraft, die bei der Rückdrehbewegung des Druckringes
30 in Richtung Neutiralposition 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 Einführöffnung 37, des Wege!! der Anpreßrolle 48 sowie
der Größe tier Koiie 32 kann konstruktiv die Äusschaltposition
beeinflußt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (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 Schaltmuffe 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 -Stirnflachen angeordnet sind, und wobei eine zweite Kupplungshaifte 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 Wellenachis (2) drehbar gelagerte Rollkörper (Rollen 32) tragen und
daß die den Nuten (Aussparungen 38) zugeordneten Einführöffnungen (37) in ihrer Breite und Anordnung so auf den Durchmesser u^r Rollkörper (32) abgestimmt sind (Lage der Ecke 58), daß ~ach Einleitung der Ausschaltbewegunp der Kupplung (Ausschaltkraftkomponenle F ■ eine die Trennbewegung verstärkende, größere Kraftkomponente (F2) in Umfangsrichtung erzeugt wird.b)
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