DE2719765A1

DE2719765A1 - Dynamische klauenkupplung

Info

Publication number: DE2719765A1
Application number: DE19772719765
Authority: DE
Inventors: Noah Alvin Shealy
Original assignee: Clark Equipment Co
Current assignee: Doosan Bobcat North America Inc
Priority date: 1976-05-07
Filing date: 1977-05-03
Publication date: 1977-11-24
Also published as: US4037696A; DD130169A5; JPS52135954A; PL197934A1; FR2350503A2; BR7702869A

Description

Patentanwalt· DIpI.-mg. E. Eder Dipl.-Ing. K. Schieschka

β MOnchen 40, ElisabeUietraBa 34

CLARK Equipment Company
Buchanan, Michigan, USA

Dynamische Klauenkupplung

Die Erfindung bezieht sich auf eine dynamische Klauenkupplung zwischen einem ersten, mit einer ersten Geschwindigkeit drehenden Teil und einem zweiten, mit einer zweiten Geschwindigkeit drehenden Teil, die insbesondere als Sperre für ein
Differentialgetriebe verwendbar ist.

Es ist eine Vielzahl von Differential Sperreinrichtungen bekannt (US-PS 1 888 884, 2 304 914, 2 803 149, 2 876 658, und 3 298 154), die meist Klauen- oder Zahnkupplungen verwenden. Obwohl diese bekannten Konstruktionen gut funktionieren, ist dennoch das Problem verblieben, daß bei Verwendung von Zahnoder Klauenkupplungen die Ein- und Ausrückfolgen vorzugsweise während des Stillstandes des Fahrzeuges erfolgen müssen, da
ihnen eine Synchronisierung fehlt und es sonst zu harten
Stoßen bei dynamischer Belastung kommt. Erfolgt zwischen den gegenüberliegenden Kupplungszähnen oder -klauen nur ein axialer Teileingriff, so können auf die Zähne oder Klauen extrem hohe stoßartige Belastungen wirken, die sogar ein Abscheren
zur Folge haben können. Ein derartiger Teileingriff zwischen den Kupplungsklauen ergibt sich aber häufig, da zwischen der

- 2 709847/0823

Triebwelle und dem Differentialgehäuse ein Drehzahlunterschied bis zu mehreren hundert Umdrehungen pro Minute bestehen kann.

Diese Schwierigkeiten werden weitgehend durch eine bekannte dynamische Klauenkupplung (US-Patentanmeldung S.N. 561,520) behoben, welche einen Steuerring aufweist, cfer gegenüber der einen Kupplungshälfte in beide Richtungen winkelförmig drehbar ist, wobei diese winkelförmige Bewegung ein vollständig zentriertes Ineinandergreifen der das Hauptdrehmoment übertragenden Klauen ermöglicht, ehe die Flanken des einen Klauensatzes mit den Flanken des anderen Klauensatzes in Anlage gelangen und die eigentliche Drehmomentübertragung erfolgt.

Diese bekannte dynamische Klauenkupplung ist zwischen zwei zu verbindenden, drehenden Teilen angeordnet und besteht aus einem ersten Ringkörper, der auf einem der drehenden Teile verschiebbar angeordnet ist und eine Anzahl sich mit gleichem Winkelabstand voneinander in axialer Richtung erstreckender erster, radialer Innen- und Außenklauen aufweist. Am anderen drehenden Teil ist ein zweiter Ringkörper befestigt, welcher eine Anzahl sich im gleichen Winkelabstand voneinander axial erstreckender zweiter radialer Außenklauen aufweist, wiche mit den ersten Außenklauen eingreifbar sind und deren Winkelabstand derart bemessen ist, daß bei Zentrierung der ersten und zweiten Außenklauen zwischen diesen eine erste winkelförmige Drehung um einen vorbestimmten Betrag in beide Richtungen möglich ist, ehe die zugekehrten Klauenflanken einander beaufschlagen.

Mit dem zweiten Ringkörper wirkt ein Steuerring zusammen, der gegenüber dem zweiten Ringkörper um einen vorbestimmten Winkelbetrag in beide Richtungen drehbar ist. Der gegenüber dem zweiten Ringkörper vorgespannte und selbstzentrierte Staierring weist eine Anzahl Innenklauen auf, die in-eeiner selbstzentrierten Stellung mit den zweiten Außenklauen winkelförmig ausgerichtet sind, wobei die kombinierte Tiefe der ersten und zweiten Innenklauen größer ist als die kombinierte

709847/0823

Tiefe der ersten und zweiten Außenklauen, so daß bei nicht eingreifender Stellung sich nur die Innenklauen axial stirnseitig beaufschlagen. Die den ersten Ringkörper gegenüber dem zweiten Ringkörper verschiebene Kraft ist schwächer als die auf den Steuerring wirkende Zentrierkraft, so daß vor der winkelförmigen Bewegung des Steuerringes gegenüber dem zweiten Ringkörper ein unmittelbarer Eingriff der ersten und zweiten Innenklauen - aber nur völlig zentrierter Axialeingriff der ersteh und zweiten Außenklauen - erfolgt und es erst durch die Winkelbewegung des Steuerringes zur Anlage zwischen den Außenklauen und damit verbunden zur Drehmomentübertragung kommt.

Es wurde nun versucht, diese bekannte Konstruktion zu verbessern und zu vereinfachen.

Im Laufe der Weiterentwicklung der Ringkörper hat sich gezeigt, daß die Klauen an ihren Schnittlinien zwischen den axialen Stirnflächen und den Flanken, d.h. die Eckkanten der ersten und zweiten Innenklauen, gelegentlich hängenblieben. Dabei bleiben die gegenüberliegenden Innenklauen an der Eckkante verhaftet, ohne reibend gegeneinander gleiten zu können, wodurch der Steuerring eine winkelförmige Verschiebung erfährt. Da dann jedoch weder zwischen den gegenüberliegenden Innenklauen noch zwischen den Außenklauen ein Eingriff erfolgt, läuft der Steuerring nach einer begrenzten Winkelbewegung von 5 mit seiner Außenverzahnung auf die Innenverzahnung des zwe. ten Ringkörpers auf, was zu einem Bruch der Verzahnung und damit zu einer ernsthaften Beschädigung der gesamten Kupplung führen kann. Die bekannte Konstruktion nach der vorgenannten Anmeldung sieht keinen Mechanismus vor, der das Problem dieser hängenbleibenden Eckkanten beheben könnte.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine dynamische Klauenkupplung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die eine Vorrichtung zur Verhinderung einer Blockierung durch hängenbleibende Klauenecken aufweist und eine vollständige

709847/0823

271976S

axiale Beaufschlagung der Klauen der Ringkörper ermöglicht, ehe die Flanken der Ringkörperklauen in Anlage gelangen und das Drehmoment übertragen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine dynamische Klauenkupplung mit zwei gegenüberliegenden ringförmigen Kupplungshälften vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß jede Kupplungshälfte eine Anzahl sich mit gleichem Winkelabstand voneinander in axialer Richtung erstreckende Klauen aufweist, die mit einem eine begrenzte relative Drehung zwischen den Kupplungshälften zulassendem Spiel ineinander eingreifbar sind, daß die radiale Tiefe der Klauen der zweiten Kupplungshälfte größer ist als die radiale Tiefe der Klauen der ersten Kupplungshälfte, daß in der zweiten Kupplungshälfte ein konzentrischer Steuerring angeordnet ist, daß am Steuerring und an der zweiten Kupplungshälfte zusammenwirkende Halte- und Steuervorrichtungen vorgesehen sind, über welche der Steuerring gegenüber der zweiten Kupplungshälfte um einen vorbestimmten Winkelbetrag aus seiner gegenüber der zweiten Kupplungshälfte zentrierten Lage in beide Richtungen verdrehbar ist, daß die Steuervorrichtung ein den Steuerring in seiner zentrierten Stellung belastendes elastisches Element aufweist, daß der Steuerring ferner eine Anzahl axial vorstehender Klauen aufweist, welche mit einem eine begrenzte relative Drehung zwischen der ersten Kupplungshälfte und dem Steuerring zulassendem Spiel mit den Klauen der ersten Kupplungshälfte eingreifbar sind, daß der axiale Abstand zwischen den äußeren axialen Stirnflächen der Klauen der beiden Kupplungshälften kleiner ist als der axiale Abstand zwischen den äußeren axialen Stirnflächen der Klauen der ersten Kupplungshälfte und den äußeren axialen Stirnflächen der Klauen des Steuerrings, so daß bei gegenseitiger axialer Beaufschlagung der axialen Stirnflächen der Klauen der beiden Kupplungshälften zwischen den axialen Stirnflächen der Klauen der ersten Kupplungshälfte und den axialen Stirnflächen der Klauen des Steuerrings ein axialer Abstand verbleibt und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, über welche die erste Kupplungshälfte gegenüber der zweiten

709 84 7/0823

-,. 271976b

Kupplungshälfte und dem Steuerring axial verschiebbar und ihre Klauen mit den Klauen der zweiten Kupplungshälfte sowie mit den Klauen des Steuerrings in Eingriff bringbar sind.

Nach der Erfindung sind die beiden als Ringkörper ausgebildeten Kupplungshälften um einen größeren Winkelbetrag als bisher bekannt gegeneinander drehbar, ehe die eigentliche Anlage der Klauenflanken erfolgt.

Das Blockieren durch hängenbleibende Ecken wird nach der Erfindung dadurch verhindert, daß die Klauen des ersten Ringkörpers auch mit den gegenüberl jagenden Klauen des Steuerrings in Eingriff bringbar sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil eines Achsgehäuses, in welchem ein hier nur teilweise dargestelltes Differentialgetriebe mit einer dynamischen Klauenkupplung nach der Erfindung angeordnet ist;

Fig. 2 im vergrößerten Maßstab einen vereinfachten Schnitt gemäß Linie 2-2 in Fig. 1 durch die treibende Kupplungshälfte;

Fig. 3 im vergrößerten Maßstab einen vereinfachten Schnitt gemäß Linie 3-3 in Fig. 1 durch die getriebene Kupplungshälfte;

Fig. 4 im vergrößerten Maßstab einen vereinfachten Schnitt gemäß Linie 4-4 in Fig. 1 durch die zusammenwirkenden Klauen der Kupplung in zentrierter Eingriffsstellung vor Erreichen der das volle Drehmoment übertragenden Stellung;

709847/0823 -

ίο

Fig. 5 eine Darstellung der Kupplungsklauen nach Fig. 4 in der das volle Drehmoment übertragenden Eingriffsstellung.

Die in Fig. 1 gezeigte dynamische Klauenkupplung IO läßt sich z.B. als Sperre für ein bekanntes, hier nur teilweise gezeigtes Differentialgetriebe 12 (US-Anmeldung S.N. 561,520) verwenden, welches aus einem nur teilweise dargestellten Differentialgehäuse und einem nicht gezeigten Differentialträger besteht, welche die meisten Bauteile des Differentialgetriebes aufweisen und mit nicht gezeigten Ausnehmungen für eine Eingangswelle sowie für ein Paar koaxialer Triebwellen 18 versehen sind, von denen hier nur eine gezeigt ist.

Im bekannten Freil aufbetrieb des Differentialgetriebes 12 drehen die Triebwellen 18 mit gleicher Drehzahl, so daß keine relative Drehung zwischen dem Differentialgehäuse und den Seitenrädern und folglich auch keine relative Drehung zwischen dem Differentialgehäuse und den Triebwellen 18 erfolgt. Sobald sich jedoch eine Triebwelle 18 freier drehen kann als die andere, tritt zwischen dem jeweiligen Seitenrad und dem Differentialgehäuse notwendigerweise eine relative Bewegung auf, so daß sich die relative Drehzahl zwischen Differentialgehäuse und der Triebwelle 18 ändert.

Um eine maximale Zugkraft zu erreichen, läßt sich z.B. auf an sich bekannte Weise das Differentialgetriebe derart sperren, daß das Differentialgehäuse gemeinsam mit einer der Triebwellen dreht. Diese Sperrwirkung hemmt natürlich die sonst unabhängige Drehung der normalen Planetenzahnritzel und sperrt somit auf bekannte Weise das Differentialgetriebe.

Für das Differentialgetriebe 12 läßt sich die Sperre in Form einer verbesserten dynamischen Klauenkupplung 10 vorsehen, welche den sich aus dem hier nur teilweise gezeigten Achsgehäuse 14 erstreckenden Abschnitt der Triebwelle 18 sowie das äußere Ende 20 des Differentialgehäuses umgibt und dazu

- 7 709847/0823

in

dient, das Differentialgehäuse mit der Triebwelle 18 auf gemeinsame Drehung zu verbinden.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, besteht die dynamische Klauenkupplung 10 aus einem abtriebsseitigen Ringkörper 22, der über eine Innenverzahnung 24 mit derAußenverzahnung 26 der Triebwelle 18 in Eingriff steht, so daß der Ringkörper mit der Welle 18 dreht, aber auch gegenüber dieser längs verschiebbar ist. Von der im wesentlichen planen Stirnfläche des Ringkörpers 22 erstreckt sich eine Anzahl Radialklauen 3 mit gleichem Winkelabstand voneinander in axialer Richtung. In der Stirnfläche ist außerdem eine ringförmige Ausnehmung 34 ausgebildet. An seinem anderen Ende weist der Ringkörper 22 eine ringförmige Endfläche 36 auf. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Klauen 32 ziemlich massiv ausgebildet, haben eine Winkelspanne von 35 und sind durch Abstände bzw. Lücken 38 voneinander getrennt. Die axialen und radialen Abmessungen der Klauen 32 werden durch Flanken 40 sowie durch axiale Stirnflächen 42 begrenzt.

Die andere Kupplungshälfte ist, wie in Fig. 1 und 3 gezeigt, ein gehäuseseitiger bzw. treibender Ringkörper 5 2, der über eine Kerbverzahnung am äußeren Ende 20 des Differentialgehäuses drehfest verbunden ist.

Die Außenverzahnung 54 des Differeritialgehäuses steht mit der Innenverzahnung 5 6 des Ringkörpers 5 2 in Eingriff, deren axiale Abmessung auf den das äußere Gehäuseende 20 umgebenden Abschnitt des Ringkörpers 5 2 beschränkt ist.

Der treibseitige Ringkörper 5 2 weist eine plane äußere Stirnfläche 59 auf, von welcher sich eine Anzahl Radialklauen 62 in axialer Richtung erstreckt, die in Größe, Anordnung und Winkelabstand den Klauen 32 des Ringkörpers 22 entsprechen. Die Klauen 62 haben äußere axiale Stirnflächen 64, und ihre axialen und radialen Abmessungen sind durch Flanken 66 begrenzt.

709847/0823

271976b

Die Schnittlinien zwischen den äußeren axialen Stirnflächen 64 und den Flanken 66 sind durch Schräg- oder Auflaufflächen 68 hinterschnitten, die sich in einem Winkel von 30° zu den Stirnflächen 64 erstrecken können. Zwischen den Klauen 62 sind Winkelabstände bzw. Lücken 72 vorgesehen. Außerdem ist im Ringkörper 5 2 eine ringförmige Ausnehmung 74 ausgebildet, die sich mit axialem Abstand von den Klauen 62 radial nach innen erstreckt.

Ein Vergleich der Fig. 1, 2 und 3 zeigt, daß die Klauen 62 zwar in Anordnung und Winkel abstand den Klauen 3 2 entsprechen, daß aber die radiale Abmessung bzw. Tiefe der Flanken 66 der Klauen 62 aus nachfolgend zu erklärenden Gründen kleiner ist als die radiale Abmessung bzw. Tiefe der Flanken 40 der Klauen 32.

Die ringförmige Ausnehmung 74 des gehäuseseitigen Ringkörpers 52 dient zur Aufnahme eines Steuerrings 80, dessen ringförmige innere Endfläche 8 2 eng an der äußeren ringförmigen Stirnfläche 84 am äußeren Ende 20 des Differentialträgers anliegt.

Der Steuerring 80 ist ebenfalls mit einer ringförmigen Ausnehmung 86 ausgebildet, die sich zur ringförmigen Ausnehmung 34 des Ringkörpers 22 öffnet, wobei die Ausnehmungen 86 und 34 ein Feder- bzw. Vorspannorgan 78 begrenzen, dessen Funktion nachfolgend erläutert wird.

Eine Umfangsnut 88 im Steuerring 80 nimmt die inneren Enden zweier diametral gegenüberliegend angeordneter Druckschrauben 90 mit Zapfen auf, die fest in gegenüberliegenden radialen Bohrungen 92 des Ringkörpers 5 2 sitzen. Diese diametral gegenüberliegenden Druckschrauben dienen u.a. zur Festlegung des Steuerrings 80 in seiner axialen Anordnung und gestatten dennoch desseh Drehung gegenüber dem Ringkörper 5 2. Außerdem erstrecken sich zwei am Steuerring befestigte Haltestifte 96 an zwei diametral entgegengesetzten Stellen durch die Nut 88 nach innen, die bei zentrierter Stellung des Steuerrings 80 gegenüber dem Ringkörper 5 2 um 90° zu den Druckschrauben 90 vesetzt angeordnet sind. 709847/0823

ob

Zur Zentrierung des Steuerrings 80 gegenüber dem Ringkörper 5 ist die Nut 88 des Mitnehmerrings durch die Schrauben 90 und die Haltestifte 96 in vier gleiche _% bogenförmige Segmente von jeweils 90° unterteilt, in welchen jeweils ein elastisches Vorspannorgan 98, vorzugsweise in Form einer Schraubenfeder, angeordnet ist. Wie aus Pig. 3 ersichtlich, stützen sich die vier Federn 98 an ihrem einen Ende jeweils gegen einen Haltestift 96 und an ihren anderen Enden gegen Kugelkörper 100 ab, die wiederum die Druckschrauben beaufschlagen. Die Kugelkörper 100 vereinfachen den Einbau des Steuerrings 80 in die ringförmige Ausnehmung 74 des Ringkörpers 52, da das konische Zapfenende der durch die radialen Bohrungen 92 eingeführten Schrauben 90 die einander beaufschlagenden Kugelkörper 100 ohne weiteres auseinanderdrückt. Somit haben die Schrauben 90 auch die zusätzliche Funktion, die Federn 98 an ihrem einen Ende mittelbar abzustützen.

Von der flachen Stirnfläche 104 des Steuerrings 80 erstrecken sich eine Anzahl radialer Klauen 106 im gleichen Abstand voneinander in axialer Richtung, die in Anzahl und Anordnung den Klauen 62 des Ringkörpers 5 2 in dessen gegenüber dem Steuerring 80 zentrierter Stellung entsprechen.

Die gegenüber den Klauen 62 radial nach innen versetzten Klauen 106 haben mit 73 eine größere Winkelspanne als die Klauen 62, deren Winkelspanne 35 beträgt. In axialer Richtung sind die Klauen 106 durch äußere Stirnflächen 108 begrenzt, und ihre axialen und radialen Abmessungen sind durch die Flanken 110 bestimmt. Zwischen den Klauen 106 erstrecken sich Winkelabstände bzw. Lücken 112.

Bei genauer Betrachtung der Kupplung 10 in Fig. 1 ist erkennbar, daß der axiale Abstand 116 zwischen den Klauen 32 und 62 bzw. genauer gesagt, der axiale Abstand zwischen den äußeren axialen Stirnflächen 42 und 64 der Klauen 32 bzw. 62 kleiner ist als der Abstand 120 zwischen den äußeren axialen Stirnflächen 42 und 108 der Klauen 32 bzw. 106. Daraus ergibt sich,

709847/0823 -io-

daß bei unzureichender winkelförmiger Ausrichtung der Klauen 62 und 106 gegenüber den Klauen 32, die keinen Eingriff gestattet, aufgrund des auf den Abstand 120 bezogen kleineren Abstandes 116 die äußeren Stirnflächen 42 der Klauen 32 und die äußeren axialen Stirnflächen 64 der Klauen 62 einander beaufschlagen oder berühren, während zwischen den äußeren axialen Stirnflächen 42 der Klauen 32 und den Stirnflächen 108 der Klauen 106 immer noch ein kleines Spiel bestehen bleibt. Zweck und Funktion dieser Abstände wird nachfolgend noch genauer erläutert.

Ehe auf die eigentliche Eingriffswirkung zwischen den Klauen 3 2 einerseits und den Klauen 62 und 106 andererseits eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, daß die Feder 78 zur Vorspannung des Ringkörpers 22 in seine in der Zeichnung rechte bzw. seine ausgerückte Stellung dient, so daß die einander zugekehrten Klauen der Ringkörper bzw. des Steuerrings außer Eingriff stehen.

Wie bereits beschrieben, ist der Ringkörper 22 axial verschiebbar, wobei er in seine linke bzw. eingerückte Stellung über eine Verschiebungseinrichtung 122 beliebiger Konstruktion bewegt wird, die im vorliegenden Fall zur besseren Veranschaulichung in Form eines bekannten hydraulischen Antriebs vorgesehen ist. Das Kraftabgabeglied 126 dieses Antriebs ist am einen Ende einer Gabel 128 angelenkt, die ihrerseits in zwei Gelenken 130 drehbar gelagert ist, von welchen hier nur eines gezeigt ist. An den freien Enden der Gabel, von denen ebenfalls nur eines gezeigt ist, sitzen drehbar angeordnete Mitlaufrollen 132, mittels welcher der Ringkörper 22 an seiner äußeren ringförmigen Endfläche 36 an gegenüberliegenden Bereichen beaufschlagbar und in seine linke, eingerückte Stellung verschiebbar ist. Die Anlage der Rolle 132 ist in Fig.l strichliert angedeutet.

Es läßt sich aber auch ein anderer Antrieb bekannter Konstruktion, z.B.nach der US-Patentanmeldung S.N. 5 61,520, verwenden.

709847/0823

-VL- 271976b

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, dienen die viertelkreisförmigen Federn 98 in Verbindung mit den Haltestiften 96 und den Schrauben 90 zur Zentrierung der Steuerringklauen 106 gegenüber den Klauen 62 des Ringkörpers 5 2 in dessen Ruhestellung. Fig. 1 und insbesondere Fig. 4 und 5 zeigen, daß die Flanken 40 der Klauen 32 auf die Flanken 66 der Klauen 62 passend ausgebildet sind, so daß sie mit den Flanken 66 der Klauen 62 und mit mindestens einem Teil der Flanken 110 der Klauen 106 in Anlage bringbar sind. Fig. 4 zeigt die zusammenwirkenden Klauen der Kupplung in zentrierter Eingriff sstellung vor Erreichen der das volle Drehmoment übertragenden Stellung, während Fig. 5 die volle Anlage der Flanken 40 an den Flanken 66 und 110 zeigt.

Aus Fig. 4 ist außerdem erkennbar, daß die Klauen 32 aus ihrer gegenüber den Klauen 106 zentrierten Stellung in beide Richtungen eine winkelförmige Bewegung vorzugsweise bis zu 6 ausführen können, ehe die Flanken 40 und 110 in Anlage gelangen. Wä^hrend aus der zentrierten Stellung eine Bewegung von 6° in beide Richtungen möglich ist, sind die Klauen 32 gegenüber den Klauen 106 bis zu 12 in einer Richtung verschiebbar, wenn eine Flanke 40a eine Flanke 110a beaufschlagt und zwischen der anderen Zahnflanke 40b und der Flanke 110b der nachfolgenden Klaue 106 ein Abstand besteht (Fig. 5). Entsprechend sind auch die Klauen 32 aus ihrer gegenüber den Klauen 62 zentrierten Lage in beide Richtungen um einen Winkelbetrag, vorzugsweise bis zu 25 verschiebbar, ehe eine Anlage zwischen den Flanken 40 und 66 erfolgt.

Sind die Klauen 32 nicht gegenüber den Klauen 62 zentriert, dann sind je nach der Stellung der Klauen 32 gegenüber den Klauen 106, winkelförmige Bewegungen von 19 bis 31 zwischen den Klauen 3 2 und 62 möglich.

Sind die Klauen 32 gegenüber den Klauen 62 und 106 zentriert, so müssen sie zunächst eine Bewegung von 6° durchlaufen, ehe Anlage zwischen den Klauenflanken 40 und 110 erfolgt (Fig. 4),

709847/0823 - 12 -

Anschließend verschieben die Klauen 32 die Klauen 106 winkelförmig um ca. 19°, bis die Flanken 40a die Flanken 66a beaufschlagen (Fig. 5). Fig. 5 zeigt, daß je nach Drehrichtung der Klauen 32, nur die den Haltestiften 96 vorauslaufenden Federn 98 um die vorgenannten 19° zusammengedrückt werden, da ja die Druckschrauben 90 nicht mitdrehen, während die Haltestifte 96 mit dem Steuerring 80 drehen, wobei die Bogenspanne der den Haltestiften 96 nachlaufenden Federn 98 um 19° zunimmt. Dies ist deutlich aus einem Vergleich der Fig. 4, in der die Federn 98a und 98b gleich lang sind, mit Fig. 5 erkennbar, in der die Federn 98a zusammengedrückt sind, während die Federn 98b entlastet sind.

In die Verschiebungseinrichtung 122 strömt über eine Zuführung 134 Druckflüssigkeit ein, deren Druck, wie an sich bekannt, über das Kraftabgabeglied 126 eine Schwenkbewegung der Gabel 128 um die Gelenke 130 bewirkt, so daß die Rolle 132 die ringförmige Endfläche 36 des Ringkörpers 22 beaufschlagt. Nach erfolgter Überwindung der durch die Feder 78 gegebenen Vorspannung gelangen die Klauen 32 mit den Klauen 62 und 106 in der vorstehend beschriebenen Weise in Eingriff.

Die Winkelabstände bzw. Lücken 72 und 112 zwischen den Klauen 62 bzw. 106 sind sehr reichlich bemessen, so daß die Klauen 32 ohne weiteres eintreten können. Ähnlich sind auch die Lücken zwischen den Klauen 32 des Ringkörpers 22 in ihrer Winkelspanne groß genug, um ohne weiteres die eingreifenden Klauen 62 des Ringkörpers 5 2 und die Klauen 106 des Steuerrings 80 aufzunehmen. Wie bereits vorstehend beschrieben, ist bei zentrierter Stellung der Klauen 3 2 gegenüber den Klauen 62 und 106 immer noch eine Bewegung von 6° in beide Richtungen möglich, ehe es zur Anlage der Klauenflanken 40 an der Gegenflanke 110 der benachbarten Klauen 106 kommt.

In der in Fig. 3 gezeigten ausgerückten Normal stellung der Kupplung 10 befindet sich der Steuerring 80 in seiner zentrierten Stellung, so daß der Mittelpunkt seiner Klauen 106 mit dem

709847/0823

- 13 -

Λ*

Mittelpunkt der Klauen 62 des Ringkörpers 22 ausgerichtet ist. In dieser Stellung lassen sich die Klauen 106 des Steuerrings 80 gegenüber den Klauen 62 um 25° in beide Richtungen verschieben, ehe die eine Klauenflanke 66 radial oder vinkelförmig mit einer der Klauenflanken 110 fluchtet.

Geht man von dem in Pig. 4 gezeigten Idealfall aus, so greifen die Klauen 32 frei in die Lücken 112 zwischen den Klauen 106 und in die Lücken 72 zwischen den Klauen 62 ein. Erfolgt dann die Drehung der Klauen 32 in Richtung des Pfeils 136 (Fig. 4 und 5), so gelangen zunächst die Vorderflanken 40a in Anlage an die Rückflanken 110a und werden dann noch weiter winkelförmig verschoben, bis die vorderen Klauenflanken auch die Klauenrückf1anken 66a beaufschlagen, wobei diese Endstellung in Fig. 5 gezeigt ist. Sobald die Klauenflanken 40 an den Klauenflanken 110 anliegen, wird der Steuerring 80 aus seiner zentrierten Stellung winkelförmig verschoben, da die übertragene Drehkraft die durch die Feder 98 ausgeübte Vorspannung übersteigt. Aber erst nach erfolgter Anlage zwischen den Klauenflanken 40 und 66 wird das volle Drehmoment übertragen (Fig. 5).

Da die Eingriffsfolge nur sehr selten nach dem vorstehenden Idealfall vorkommt, werden nachstehend noch andere Eingriffsfolgen beschrieben. Nehmen wir an, daß während der Längsverschiebung des Ringkörpers 22, die axialen Stirnflächen 42 der Klauen 32 die äußeren axialen Stirnflächen 108 der den Klauen 62 im durch den Pfeil 136 angedeuteten Gegenuhrzeigersinn nachlaufenden Klauen 106 im Bereich 106a beaufschlagen. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, daß bei ausgerückter Kupplung (Fig. 1) der axiale Abstand 116 zwischen den Klauen und 62 kleiner ist als der axiale Abstand 12Ο zwischen den Klauen 32 und 106. Da die Zentrierkraft der Federn 98 schwächer ist als die durch die axiale Kraft der Verschiebungseinrichtung 122 aufgebrachte reibende Drehkraft, können die Klauen 32 die Klauen 106 mitnehmen, bis ihre Flanken 40 auf die Auflauffläche 68 der Klauen 62 treffen. Die Schrägflächen 68 bewirken eine

709847/0823

- 14 -

leichte kurvenförmige Bewegung oder axiale Auswartsbewegung oder eine Rückbewegung der Klauen 3 2 und folglich des Ringkörpers 52, und anschließend kommt es dann zur Reibauflage zwischen den axialen Stirnflächen 42 und 64 der Klauen 32 bzw. 62. Diese leichte Auswartsbewegung der Klauen 32 unterbricht die Reibhaftung zwischen den Stirnflächen 42 und 108 der Klauen 32 und 106, so daß die Federn98 die Klauen 106 wieder gegenüber den Klauen 62 zentrieren können. Sobald die Klauen 32 über die Stirnflächen der Klauen 62 geglitten sind, gelangt wieder jede Klauenfläche 42 in Anlage an die Flächen 108 der Klauen 106, und zwar in den Bereichen 106b der den Klauen 62 in Richtung des Pfeils 136 vorauslaufenden Klauen 106. Es könnte natürlich auch als erstes zur Anlage zwischen den Klauen 32 und den Klauenbereichen 106 b gekommen sein, in welchem Fall die folgende Beschreibung ebenfalls zutrifft. Die Klauen 32 setzen nun ihre Bewegung fort und/oder gleiten gegenüber den Klauen 106, je nach dem Reibungskoeffizienten zwischen den Stirnflächen 42 und 108 der Klauen und je nach dem durch die Federn 98 geleisteten Widestand. Wie bereits erwähnt, kann eine winkelförmige Verschiebung der Klauen 106 erfolgen, wenn die Reibhaftung zwischen den Klauen 106 und 32 größer ist als die Kraft der Federn 98a, In diesem Fall setzt sich die winkelförmige Verschiebung des Steuerrings 80 und seiner Klauen 106 so lange fort, bis die Kraft der Federn 98a größer wird als die Reibkraft zwischen den Klauen 106 und 32. Die Klauen 32 gleiten dann reibend über die Klauen 106 und geben diese schließlich frei, so daß der Steuerring 80 sich wieder zentrieren kann und die Klauen 32 in die Lücken 112 zwischen den Klauen 106 eintreten können. Die anschließende winkelförmige Bewegung der Klauen 32 führt dann zur Anlage der Klauenflanken 40 und 110 und zu der damit verbundenen winkelförmigen Bewegung des Steuerrings 80, bis die Klauen 40 und 60 einander in der vorstehend beschriebenen Weise beaufschlagen.

Laborversuche haben gezeigt, daß während des Eingriffs der Kupplung 10 gelegentlich die Eckkante 44 der Stirnflächen 42 und die Flanke 40 an der Eckkante 114 der Stirnfläche 108 und

7Q9847/0823

- 15 -

- « - 271976b

der Flanke 110 hängenbleibt, d.h. die Ecken verhaken sich, und es kommt zu einer gleichzeitig mit der winkelförmigen Bewegung der Klauen 32 erfolgenden winkelförmigen Bewegung des Steuerrings 80 mit seinen Klauen 106, bis die Klauenflanke 40 auf die Auflauffläche 68 der Klauen 62 trifft, wodurch die Ringkörper 22 leicht axial nach außen bzw. rechts bewegt wird und folglich die Haftung zwischen den Eckkanten 44 und 114 zwischen den Klauen 32 bzw. 106 in der vorbeschriebenen Weise aufgehoben wird, so daß sich der Steuerring 80 wieder gegenüber den Klauen 62 zentrieren kann. Die Konstruktion nach der Erfindung stellt somit eine wesentliche Verbesserung gegenüber der aus der eingangs genannten, schwebenden Anmeldung bekannten Konstruktion dar, bei welcher gelegentliches Hängenbleiben der Eckkanten zu einer Beschädigung der Kupplung führen kann, da ihr ein Mechanismus zur Behebung dieser Schwierigkeit fehlt.

Die winkelförmige Verschiebbarkeit des Steuerrings 80 gegenüber dem Ringkörper 5 2 gestattet den Eingriff der Ringkörper 22 und 52unter dynamischer Belastung, wobei der Eingriff zwischen den Klauen der Ringkörper 22 und 5 2 bis zu einem vorbestimmten Drehzahlunterschied zwischen der Triebwelle und dem Differentialgehäuse möglich ist.

Dynamische Kupplungen wie die Kupplung 10 können auch mit unterschiedlicher Klauenanzahl je nach gewünschter Betriebskennlinie ausgerüstet sein. Außerdem lassen sich natürlich die Ringkörper 22 und 5 2 in ihrer Lage und/oder Funktion umkehren.

Die vorstehend beschriebene Konstruktion löst nicht nur das Problem der Eckkantenhaftung sondern ermöglicht zudem eine winkelförmige Bewegung bis zu 31° zwischen den Klauen der einander zugekehrten Ringkörper sowie eine Verschiebung des Steuerrings gegenüber dem zugehörigen Ringkörper bis zu 19 . Außerdem ist diese Konstruktion sehr viel starrer, weist weniger Klauen auf und ist bei niedrigeren Herstellungskosten einfacher zu warten.

709847/0823 -16-

27197BS

- 16 -

Zur Betätigung der Verschiebungseinrichtung 122 läßt sich auch die Hydraulik und Steuerung nach Fig. 7 der eingangs genannten US-Patentanmeldung verwenden.

Patentanwälte

Dipl.-mg. ψ Eder Dipf.-Ii.g. K-athieschke

709847/0823

Claims

Ί.-lng. E. Eder * ' ' ~ '

DIpI.-Ing. K. Schieschke β München 40, £llsubeUistraBe34

CLARK Equipment Company Buchanan, Michigan, USA

Patentansprüche

Cl·\Dynamische Klauenkupplung mit zwei gegenüberliegenden ringförmigen Kupplungshälften, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kupplungshälfte (22, 5 2) eine Anzahl sich mit gleichem Winkelabstand voneinander in axialer Richtung erstreckende Klauen (32, 62) aufweist, die mit einem eine begrenzte relative Drehung zwischen den Kupplungshälften zulassendem Spiel ineinander eingreifbar sind, daß die radiale Tiefe (66) der Klauen der zweiten Kupplungshälfte (5 2) größer ist als die radiale Tiefe (40) der Klauen der ersten Kupplungshälfte (22), daß in der zweiten Kupplungshälfte (52) ein konzentrischer Steuerring (80) angeordnet ist, daß am Steuerring und an der zweiten Kupplungshälfte zusammenwirkende Halte- und Steuervorrichtungen (88) vorgesehen sind, über welche der Steuerring gegenüber der zweiten Kupplungshälfte um einen vorbestimmten Winkelbetrag aus seiner gegenüber der zweiten Kupplungshälfte zentrierten Lage in beide Richtungen verdrehbar ist, daß die Steuervorrichtung ein den Steuerring in seiner zentrierten Stellung belastendes elastisches Element (98) aufweist, daß der Steuerring (80) ferner eine Anzahl axial vorstehender Klauen (106) aufweist, welche mit einem eine begrenzte relative Drehung zwischen der ersten Kupplungshälfte und dem Steuerring zulassendem Spiel mit den Klauen (32) der ersten Kupplungshälfte eingreifbar sind, daß der axiale Abstand (116) zwischen den äußeren axialen Stirnflächen (42, 64) der Klauen der beiden Kupplungshälften kleiner ist als der axiale Abstand (120) zwischen den äußeren axialen Stirnflächen der Klauen der ersten Kupplungshälfte (22)

709847/0823

- 2 -ORIGINAL INSPECTED

und den äußeren axialen Stirnflächen (108) der Klauen (106) des Steerrings, so daß bei gegenseitiger axialer Beaufschlagung der axialen Stirnflächen (42, 64) der Klauen der beiden Kupplungshälften zwischen den axialen Stirnflächen (42) der Klauen der ersten Kupplungshälfte (22) und den axialen Stirnflächen (109 der Klauen (106) des Steuerrings ein axialer Abstand verbleibt, und daß eine Vorrichtung (122) vorgesehen ist, über welche die erste Kupplungshälfte (22) gegenüber der zweiten Kupplungshälfte (5 2) und dem Steuerring (8o) axial verschiebbar und ihre Klauen (32) mit den Klauen (62) der zweiten Kupplungshälfte sowie mit den Klauen (106) des Steuerrings in Eingriff bringbar sind.
2. Dynamische Klauenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelspanne der Klauen (106) des Steuerrings (80) größer ist als die Winkelspanne der Klauen (62) der zweiten Kupplungshälfte (52).
3. Dynamische Klauenkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die S hnittlinien zwischen den äußeren axialen Stirnflächen (64) und den Planken (66) der Klauen (62) der zweiten Kupplungshälfte (5 2) durch Schrägflächen (68) hinterschnitten sind, die sich im spitzen Winkel zur axialen Stirnfläche (64) der Klauen erstrecken und über welche die Klauen (32) der ersten Kupplungshälfte (22) nach erfolgter Anlage zwischen den Klauen (32, 62) der Kupplungshälften um einen kleinen Betrag axial nach außen bewegbar sind und dabei eine axiale gegenseitige Beaufschlagung der axialen Stirnflächen der Klauen (106) des Steuerrings und der Klauen (32) der ersten Kupplungshälfte lösbar ist, so daß der Steuerring (80) über die zusammenwirkenden Halte- und Steuervorrichtungen (88..) wieder gegenüber der zweiten Kupplungshälfte (52) zentrierbar ist.
4. Dynamische Klauenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste ringförmige Kupplungshälfte (22) ein mit einem ersten drehenden Teil (18) drehfest verbundener

709847/0823

und auf diesem axial gleitbarer erster Ringkörper ist und daß die zweite Kupplungshälfte (5 2) ein drehfest mit einem zweiten drehenden Teil (20) drehfest verbundener zweiter Ringkörper ist.
5. Dynamische Klauenkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerring (80) konzentrisch innerhalb des zweiten Ringkörpers (5 2) zwischen einer ringförmigen Endfläche (84) eines Differentialgehäuses (20) und einer inneren Umfangsflache des zweiten Ringkörpers angeordnet ist, und daß dsr Steuerring und der erste Ringkörper einander zugekehrte, ringförmige Ausnehmungen (86, 44) aufweisen, in welchen sich ein die beiden Ringkörper in ausgerückte Stellung belastendes Vorspannorgan (78) an seinen beiden Enden abstützt.
6. Dynamische Klauenkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenwirkenden Halte- und Steuervorrichtungen (88..) aus einer Umfangsnut (88) im Steuerring bestehen, sowie aus einer Anzahl von Druckschrauben (90) und einer Anzahl von Haltestiften (96), daß die Druckschrauben fest in radialen Bohrungen (92) des zweiten Ringkörpers (52) sitzen und die Haltestifte (96) sich durch die Nut (88) des Steuerrings nach innen erstrecken und am Steuerring befestigt sind, daß die Haltestifte und die Druckschrauben abwechselnd und bei gegenüber dem zweiten Ringkörper zentrierter Stellung des Steuerrings im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind, und daß die inneren Enden der Druckschrauben frei in der Nut (88) aufnehmbar sind zur Fixierung der axialen Anordnung des Steuerrings bei gleichzeitiger winkelförmiger Drehbarkeit des Steuerrings um einen vorbestimmten Betrag gegenüber dem zweiten Ringkörper.
7. Dynamische Klauenkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umfangsnut (88) des Steuerrings ein elastisches Organ in Form einer Anzahl sich zwischen den Druckschrauben (90) und den Haltestiften (96) abstützenden

709847/0 823

Federn (98) angeordnet ist, und daß die den Haltestiften (96) bei Drehung des Steuerrings vorauslaufenden Federn (98a) unter Begrenzung des Betrages der winkelförmigen Drehbarkeit · des Steuerrings gegenüber dem zweiten Ringkörper (5 2) zusammenpreßbar sind.
8. Dynamische Klauenkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerring bis um einen Betrag
drehbar ist.

einen Betrag von 19° in beide Richtungen winkelförmig ver-
9. Dynamische Klauenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingriffsspiel zwischen den Klauen (32, 62) der beiden Ringkörper bei zentrierter Stellung der Ringkörper eine im wesentlichen auf 25° begrenzte relative Drehung in beide Richtungen zuläßt, die bei nicht zentrierter Stellung de
beträgt

lung der Ringkörper zwischen 19° und 31° in beide Richtungen
10. Dynamische Klauenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingriffsspiel zwischen den Klauen (32) des ersten Ringkörpers (22) und den Klauen (106) des Steuerrings bei zentrierter Stellung des Steuerrings gegenüber dem ersten Ringkörper (22) eine auf im wesentlichen 6° in beide Richtungen begrenzte Däative Drehung zuläßt, die bei nicht zentrierter Stellung zwischen 0° und 12° beträgt.

Patentanwltt·

DIpI.-Ing. E. EdOP

DIpI.-Ing. K. Scfiieschke

β Mund,an 40, Eli3si>eUistra8e34

709847/0823