DE2730873B2 - Selbstsynchronisierende Kupplung - Google Patents
Selbstsynchronisierende KupplungInfo
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- F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
- F16D23/02—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches
- F16D23/10—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches automatically producing the engagement of the clutch when the clutch members are moving at the same speed; Indicating synchronisation
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung der im
so Oberbegriff des Anspruches 1 aufgeführten Gattung.
Solche bekannten Kupplungen (z. B. DE-OS 23 34 926) kuppeln automatisch das Lastglied mit der Motorwelle,
wenn die Drehzahl der Motorwelle die Drehzahl des Lastglieds überholt, wogegen automatisch das Lastglied
von der Motorwelle abgekuppelt wird, wenn die Motorwelle langsamer läuft als die Welle des Lastglieds.
Die bekannten Kupplungen benötigen Indexeinrichtungen, um das Ineingriffkommen der Haupt-Kupplungsverzahnungen
zu bewirken. Dabei wird ein
w Klinkengesperre dazu benutzt, u«n die miteinander in
Eingriff kommenden Zähne der Haupt-Lastübertragungsteile oder einer Sekundär-Zahnkupplung, die
ihrerseits die Haupt-Last übertragenden Teile ausrichtet und erfaßt, miteinander auszurichten. Eine solche
ή Verwendung von Klinken oder Klauen zum Zwecke des
Indexsierens begrenzt die Verläßlichkeit der Kupplung, weil jeglicher Verschleiß oder Beschädigung an den
Enden der Klinken eine Fehlfunktion der Kupplung zur Folge haben kann.
Bei der genannten bekannten Kupplung (DE-OS 23 34 926) werden während des Schaltvorganges, und
zwar durch die notwendige Axialverschiebung der Klinkenverzahnung, zusätzliche Belastungen auf das
Klinkengesperre ausgeübt, wodurch dieses Klinkengesperre, wenn auch nur kurzfristig, sehr stark belastet
wird, und entsprechend stark und daher groß ausgebildet sein muß oder aber einem relativ frühzeitigen
Verschleiß unterliegt
Es ist auch bereits bekannt, bei bekannten selbstsyn-
Es ist auch bereits bekannt, bei bekannten selbstsyn-
bo chronisierenden Kupplungen die bei Drehzahlgleichheit
einrastenden Klinkenfreiläufe dadurch weitgehend vom Gesamtdrehmoment zu entlasten, daß in einer ersten
Schaltphase diese Synchronisierung der beiden Drehzahlen ausschließlich durch das Klinkengesperre herbeigerufen
wird, wobei der erste Eingriff der beiden Hauptkupplungsverzahnungen ohne Berührung der
Zahnflanken stattfindet. In dieser kurzen Schaltphase muß sich die in Eingriff befindende Klinke notwendiger-
weise das Wellendrehmonient zu 100% übertragen. Das
gleiche gilt bei einer ähnlichen Konstruktion, und zwar, so lange das Klinkengesperre nicht vollständig axial
verschoben ist, wozu ein Verschieben einer Verzahnung aus einem Radkranz heraus in einen anderen Radkranz s
erforderlich ist Diese kurzzeitige Belastung des Klinkengesperres mit dem Wellendrehmoment mag
zwar vielleicht keine großen Nachteile bringen, da beim
Hochlaufen der Antriebswelle diese zunächst, nämlich bis zum Erreichen des Gleichlaufs der beiden Wellen,
nur ein geringes Hochlaufdrehmoment aufweist Der Drehmomentanstieg findet erst dann statt, wenn nach
dem Kuppeln der Wellen eine größere Leistung auf die Ausgangswelle übertragen wird. Es läßt sich jedoch
nicht ausschließen, daß zumindest bei Fehlsteuerungen
der Leistungsquelle der Eingangswelle während des Schaltvorganges schon ein höheres Drehmoment
wirksam wird, und mit diesem höheren Drehmoment wird dann das Klinkengesperre belastet was die schon
genannten Nachteile mit sich bringt nämlich die Notwendigkeit entweder einer wesentlich stärkeren
Bemessung des Klinkengesperres oder eines vorzeitigen Verschleißes dieses Klinkengesperres.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine selbstsynchronisierende Kupplung
der geschilderten Art zu schaffen, deren Klinkengesperre in keinem Zeitpunkt vom Wellendrehmoment voll
belastet wird.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Kupplung der im Oberbegriff des Anspruches 1 aufgeführten
Gattung, durch die im Kennzeichen dieses Anspruches formulierten Maßnahmen gelöst
Durch die Erfindung wird, und zwar ohne nennenswerten zusätzlichen baulichen Aufwand, die angegebene Aufgabe gelöst denn bei Anwendung der erfindungs- «
gemäßen Maßnahmen wird tatsächlich das Klinkengesperre in keinem Zeitpunkt vom Wellendrehmoment
voll belastet und daher kann das Klinkengesperre mit wesentlich geringcrem baulichem und materialtechnischem Aufwand, und mit sehr viel geringerer Ver-
schleißgefahr, ausgebildet werden als bei den bekannten selbstsynchronisierenden Kupplungen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele -»5
der Erfindung dargestellt
F i g. 1 ist ein Längsschnitt entlang der Mittellinie einer Kupplung, jedoch nur auf einer Seite der
Mittellinie, und zeugt die Kupplung in Entkuppelungsstellung.
F i g. 2 ist eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung in einem Zustand, in welchem sich die Kupplung in
Richtung auf die Einkuppelungsstellung bewegt
F i g. 3 ist eine der F i g. 2 ähnliche Darstellung bei weiterem Fortschreiten in Richtung auf die Einkuppelungsstellung.
Fig.4 ist eine der Fig.3 ähnliche Darstellung in
demjenigen Zustand, in welchem die Hauptkupplungsteile miteinander gekuppelt sind.
F i g. 5 zeigt in ähnlicher Darstellung wie F i g. 4 die
Kupplung in vollständig eingekuppeltem Zustand.
Fig.6 zeigt in Querrichtung einen Klinkenfreilauf,
der zum Abzutasten dient, ob die Drehzahl der Eingangswelle diejenige des Lastglieds erreicht hat
Fig.7 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 1, zeigt
jedoch eine kompaktere Ausführungsform der Kupplung.
Hauptelemente. Das erste Hauptelement 10 ist eins Eingangswelle, die mit einer, nicht dargestellten, ersten
Leistungsquelle verbunden ist Das zweite Hauptelement 90 ist ein Ausgangsflansch, der mit dem Lastglied
verbunden ist Das Lastglied wird gewöhnlich von einer mit ihm verbundenen (nicht dargestellten) zweiten
Leistungsquelle angetrieben.
Mit der Bezugsziffer 50 und 51 ist eine Steuerkupp
lung bezeichnet die in Form eines KJinkenfreilaufs ausgebildet ist Eine bekannte Konstruktion eines
solchen Klinkenfreilaufs ist in F i g. 6 dargestellt
Der in Fig.6 dargestellte Klinkenfreilauf hat drei
Klinken 51, die in einem Ausgangsring 50 gelagert sind, der, wie in F i g. 1 gezeigt mit einem hülsenförmigen
Ausgangsteil 60 verschraubt oder in anderer Weise fest verbunden ist Die Klinken 51 sind lose in ihren
Lagerungen gelagert so daß sie sich um einen Drehpunkt 53 herum verschwenken können. Die
Klinken 51 sind derart ausgebildet daß sie beiderseits des Drehpunkts unterschiedliche Masse aufweisen,
und/oder federbelastet sind der >t daß die Zentrifugalkraft des Kiinkenendes 55 nach auren und die Nase 54
nach innen gegen die Zähne der Zahnscheibe 41 des Verriegelungsrings 40 drückt Um einen Verschleiß zu
verhindern oder zumindest auf ein Mindestmaß herabzusetzen, wird ein hydrodynamischer Schmiermittelfilm zwischen den Klinken 51 und den Zähnen der
Zahnscheibe 41 erzeugt In F i g. 6 ist an der Stelle c die Klinke 51 in vollem Eingriff gezeigt, in welchem sie den
Ring 50 in Uhrzeigerrichtung antreibt Bei a und b sind die Klinken 51 außer Eingriff dargestellt.
Im Betrieb werden beide Ringe 40 und 50 in der gleichen Drehrichtung, und zwar in der Blickrichtung
nach F i g. 6 in Uhrzeigerrichtung, verdreht. Wie sich aus F i g. 6 ergibt hängt der Eingriff oder Nichteingriff der
Klinken 51 mit den Zähnen der Zahnscheibe 41 von der Richtung der Relativbewegung zwischen den Ringen 40
und 50 ab, die ihrerseits von den Relativ-Drehzahlen dieser beiden Ringe abhängt. Wenn de.- Rinj 40 sich in
Uhrzeigerrichtung mit einer größeren Drehzahl dreht als der Ring 50, dann kommen die Zähne der
Zahnscheibe 41 mit der Nase 54 der Klinken 51 in Eingriff, und der Ring 40 treibt den Ring 50 an.
Infolgedessen findet dann anschließend keine Relativverdrehung zwischen diesen beiden Ringen mehr statt.
Wenn andererseits der Ring 50 in Uhrzeigerrichtung mit höherer Drehzahl verdreht wird als der Ring 40,
dann laufen die Klinken 51 lediglich über die Zähne der Zahnscheibe 41 hinweg, und zwar ohne Eingriff, und es
kann eine Relativverdrehung zwischen den Ringen 40 und 50 stattfinden.
Bei der speziellen Konstruktion der Steuerkupplung,
die in Fi g. 6 dargestellt ist werden drei Klinken 51 und
s'ciizehn Zähne am Ring 50 verwendet, woraus sich
achtundvierzig Einkupplungspunkte pro Relativverdrehung ergeben. Wenn also eine Klinke gerade an einem
Erfassungspunkt mit einem Zahn vorbeigelaufen ist, dann ergibt sich eine Relativverdrehung von nur '/«
einer Umdrehung, bevor der nächste Eingriff erfolgt. Ein derart kleiner Relativwinkel verringert die Aufprallwucht beim Ineingriffkommen der Klinke. Es ist
natürlich selbstverständlich, daß eine andere Anzahl von Klinken als drei und eine andere Anzahl von Zähnen als
sechzehn verwendet werden kann.
Bei der Steuerkupplung, die in F i g. 6 dargestellt ist, wirkt der Ring 40 aucn als Verriegelungsring. Es gibt
Möglichkeiten, bei denen es nötig oder wünschenswert ist, den Hauptantriebsmotor oder eine andere Lei-
stuMgsqueiie, welche die Haupteingangswelle 10 antreibt, zu beschleunigten, ohne daß das Lastglied
angetrieben wird, d. h. also ohne daß eine Ankupplung der Eingangswelle 10 (Fig. 1) an den Ausgangsflansch
90 bewirkt wird. Ein Beispiel für eine solche Möglichkeit ist ein aktiver Test des Antriebsmotors mit entsprechender Überprüfung. Das Ausgangssystem, repräsentiert
durch das Hauptausgangsteil 90, wird entweder gestoppt oder läuft mit irgendeiner niedrigeren
Arbeitsdrehzahl, angetrieben von einer parallelgeschalteten Leistungsquelle oder einem anderen Antriebsmotor. Eine solche Verhinderung des Eingriffs mit dem Teil
90 wird, bei der dargestellten Konstruktion, verhindert durch den Ring 40, der so konstruiert ist, daß er auch als
Verriegelungsring wirkt. Um ein Ineingriffkommen zu verhindern, wird der Verriegelungsring 40 in der
Blickrichtung nach den Fig. 1—5 nach rechts verschoben. Eine solche Verschiebung kann durch ein
3uß*£"!iccndcs Hebe!* und Rinn-Sws!cm bsv/irkt
werden, daß entweder von Hand oder aber mittels einer Fernsteuerung betätigt wird. Wie sich aus einer
Betrachtung und einem Vergleich der F i g. 1 —5 ergibt, bewirkt eine Verschiebung des Verriegelungsrings 40
aus der in der Zeichnung dargestellten Lage in eine rechts davon liegende Stellung, daß die Zähne der
Zahnscheibe 41 in axialer Richtung gegenüber den Klinken 51 verschoben werden. Infolgedessen kommen
die Zähne der Zahnscheibe 41 aus dem Einwirkungsbereich der Klinken 51 heraus, so daß ein Ineingriffkommen nicht mehr möglich ist.
Aus den Fig. 1—5 ist ersichtlich, daß dann, wenn der
Verriegelungsring 40 nach rechts verschoben wird, er durch eine Sternkeilverzahnung 42 des Verriegelungsrings geführt wird, die mit Führungskeilen 35 des Teils
30 in Eingriff bleiben. Es ist auch ersichtlich, daß eine weitere Verzahnung 43 des Verriegelungsrings 40 in
Eingriff kommt mit einer Verzahnung 14 der Getriebeeingangswelle am Teil 15.
Die Verriegelungswirkung des Rings 40 hat zwei Funktionen bzw. Wirkungen. Eine davon ist, wie bereits
beschrieben, zu verhindern, daß die Hauptkupplung in Eingriff kommen kann, beispielsweise während ein
Testlauf des Motors ohne Belastung durchgeführt werden soll. Die zweite Funktion ist es, die Kupplung in
Eingriff zu verriegeln, so daß sie nicht auskuppeln kann, wenn das Drehmoment an der Haupteingangswelle 10
auf null zurückgeht oder gar seine Richtung ändert. Kurz gesagt, treten also infolge des Verriegelungsrings
40, folgende Wirkungen ein: Eine Entriegelung tritt ein, wenn die Kupplung entkuppelt ist, entweder im
statischen Zustand oder im Lauf; eine Verriegelung tritt ein, wenn die Kupplung eingekuppelt ist In F i g. 1 ist
dargestellt, daß die innenliegende Sternkeilverzahnung 42 immer in Eingriff ist mit den Sternkeilen 35 des
Führungsteils 30. Dieser Eingriff zwischen der Sternkeilverzahnung 42 und den Sternkeilen 35, die man auch als
Führungskeile bezeichnen kann, ist vorhanden sowohl in der Entriegelungsstellung wie auch in der Verriegelungsstellung des Rings 40. Der Eingriff zwischen der
weiteren Verzahnung 43 des Verriegelungsrings 40 mit der entsprechenden Verzahnung 14 des Teils 15 tritt nur
in der Entriegelungsstellung ein.
Bei anderen Relativlagen der Einzelteile dieses Mechanismus kann der Verriegelungsring 40 in einer
Richtung zwecks Verriegelung, und in der anderen Richtung zur Entriegelung verschoben werden. Im
übrigen können diese Funktionen auch durchgeführt werden unter Verwendung von getrennten Verschiebungselementen.
Das Fuhrungsteii JO, weiches die auQeniiegenden
Führungskeile 35 aufweist, auf die weiter oben bereits Bezug genommen wurde, hat einen mit größerem
Durchmesser versehenen ringförmigen Abschnitt 34, welcher Innen-Fühningskeile 31 aufweist Diese innenliegenden Führungskeile 31 stehen in Eingriff mit
außenliegenden Führungskeüen 2! eines axial beweglichen rohrförmigen Kupplungsteüs 20, und die Führungskeile 31 haben die Aufgabe, das Trägerteil 20 bei
seiner Axialbewegung zu führen.
Wie dargestellt, ist das rohrförmige Kupplungsteil 20 mit innenliegenden, schraubenförmigen Keilnut-Keilen
22 versehen, die in Eingriff stehen mit außenliegenden, ebenfalls schraubenförmigen Keilnut-Keilen 82 der
Lagerhülse 80, die mittels Schrauben 11 an der Kupplungseingangswelle 10 befestigt ist. Die Lagerhülse 80 weist innenliegende Führungskeile 81 auf, die in
I-Iokol- nn/4 Dinn.Cuelem Keiuirl/I Pincrriff cinH mit aiiRpnlipfFpnHAn Pilhmncrclf pilpn 1? Hpr
Ju Kupplungs-Eingangswelle 10. Diese Eingangswelle 10
muß nicht unbedingt mit Keilen versehen sein. Die Lagerhülse 80 könnte auch über eine Keilverbindung
mit der Welle 10 verbunden oder aber einteilig mit derselben ausgebildet sein, oder aber auch mit dieser
.Ι über Flanschen verbunden sein.
Das rohrförmige Kupplungsteil 20 ist, wie dargestellt,
nach rechts in der Blickrichtung nach den Fig. 1—5,
vorgespannt durch eine ringförmig angeordnete Reihe von federbelasteten Kolben 25, von denen in Fi g. 1 —5
j" nur ein einziger sichtbar ist. Innenliegende Federn 24
drücken die Enden der Kolben 25 in Anlage gegen die Wandfläche 33 des Führungsteih 30; die Kolben 25 und
ihre Federn 24 bilden so seine erste Vorspanneinrichtung zwischen dem Eingangsteil 80 und dem Trägerteil
r. 20. Die Vorspannung des Kupplungsteüs 20, wie beispielsweise durch die federbelasteten Kolben 25, ist
für die Kupplung nach der Erfindung nicht unbedingt wesentlich mit Ausnahme von solchen Einsatzflällen, bei
welchen die Kupplung irgendwelchen Schwenkbewe-
4(1 gungen unterworfen ist, wie z. B. den Roll- und
Stampfbewegungen «ines Schiffes, oder dann, wenn die Kupplung in Schräglage eingebaut wird und somit
bestimmten Schwerkrafteinwirkungen unterliegt. In solchen Fällen halten die Kolben 25 das Trägerteil 20 in
■r> seiner gewünschten Lage der Entkupplung und
bewirken die Verhinderung eines ungewünschten Einkuppeins. Generell ist zu sagen, daß die Federn
bewirken sollen, daß der gesamte Mechanismus in Auskupplungsstellung gehalten werden soll, und daß
5n jegliche Berührung zwischen den miteinander in Eingriff
zu bringenden Teilen verhindert werden so'.!. Ein ringförmiger Stoßdämpfer 36, der durch Öldruck in
Richtung nach rechts gedrückt wird, bewirkt eine Dämpfung für das rohrförmige Kupplungsteil 20, wenn
dieses sich in Anlage mit der Wandfläche 33 des Führungsteils 30 bewegt
Das Kupplungsteil 20 ist mit außenliegenden, schraubenförmigen Keilen 23 versehen, die in Eingrifl
stehen mit innenliegenden, ebenfalls schraubenförmigen
Keilen 73 eines winkelförmigen Kupplungselements 70.
Dieses Kupplungselement 70 hat einen, einen größeren Durchmesser aufweisenden, rechtsliegenden
Endabschnitt 72, der mit einem außenliegenden getriebeeingangsseitigen Kupplungszahnkranz 71 ver
sehen ist Wenn das Kupplungselement 70 in axialer
Richtung nach links in der Blickrichtung nach F i g. 1 verschoben wird, dann kommt der Kupplungszahnkranz
71 in Anlage gegen, und sodann in Eingriff mit den
innenliegenden Führungskeilen 61 des Ausgangsteils 60.
Der Kupplungszahnkrans 71 des Kupplungselements 70
kann ballig ausgebildete Keilteile und die Führungskeile 61 des Ausgangsteils 60 können angeschrägt sein, um
das Ineingriffkommen zu erleichtern und somit die mit
nicht richtigem Fluchten verbundenen Probleme zu verringern.
Nachstehend wird die Arbeitsweise der Kupplung
besefnieben.
Wenn das erste Haupt-Antriebselement (die Eingangswelle 10) nicht angetrieben wird, oder nur mit
einer Drehzahl die geringer ist als die Drehzahl, mit der das zweite Hauptelement (Ausgangsflansch 90 für das
Lastglied) von seinem Antrieb angetrieben wird, dann entkuppelt die als Klinkenfreilauf ausgebildete Steuer- IS
kupplung 50, siehe F i g. 6. In diesem Falle bewegen sich das Ausgangsteil 60 und der Ring 50 in Uhrzeigerrichtung relativ zu dem Verricgelungsring 40. Wie F i g. 1
zeigt, ist dann der Verriegelungsring 40 mit dem ersten Hauptantnebselement, d. h. mit der Eingangswelle 10,
gekuppelt.
Diese Verbindung verläuft von der Eingangswelle 10 zum Verriegelungsring 40 über die Führungskeile 10
und 81, den Lagerungsflansch 80, die schraubenförmigen Keile 82 und 22, das rohrförmige Kupplungsteil 20 die
Schiebeführung 21, 31, das Führungsteil 30, die Führungskeile 35 und die Klinkenverzahnung 42 zu dem
Verriegelungsring 40.
Wenn die Eingangswelle 10 stillsteht, so stehen ihre
Bestandteile ebenfalls still. Diese Bestandteile umfassen die Lagerungshülse 80, das Kupplungsteil 20, das
Kupplungselement 70, das Führungsteil 30 und den Verriegelungsring 40. Wenn angenommen wird, daß das
Lastglied von einer zweiten Leistungsquelle aus in Drehrichtung angetrieben wird, verdrehen sich der
Ausgangsflansch 90, das Ausgangsteil 60 und der Ring 50 des Klinkenfreilaufs mit derselben Drehzahl wie das
Lastglied.
Wenn der die Eingangswelle 10 antreibende Motor gestartet wird, dann beginnt sich die Eingangswelle 10 *o
zu drehen, und dann drehen sich die hiermit zusammenhängenden Bauteile 80, 20, 70, 30 und 40
sämtlich mit derselben Drehzahl wie die Welle 10; solange die Drehzahl der Eingangswelle 10 geringer ist
als die Drehzahl des Lastglieds, bewegt sich der Ring 50 in Uhrzeigerrichtung relativ zu dem Verriegelungsring
40, gesehen in der Blickrichtung nach F i g. 6 und die Klinken 51 laufen die Zähne der Zahnscheibe 41 hinweg;
es findet also an dieser Stelle keine Drehmomentübertragung statt. Wenn jedoch nun die Drehzahl der Welle so
10 sich der Drehzahl des Belastungsglieds, also des Ausgangsflanschs 90, nähert und sodann überschreitet
dann ändert sich die Relativverdrehung zwischen dem Verriegelungsring 40 und dem Ring 50 des Klinkenfreilaufs. Der Ring 40 bewegt sich nun, in der Blickrichtung
nach Fig.6, in Uhrzeigerrichtung relativ gegenüber dem Ring 50, und die Zähne der Zahnscheibe 41 erfassen
die Klinken 51. Hierdurch wird ein Drehmoment auf den Ring 40 ausgeübt, und dieses Drehmoment wird
rückübertragen auf die Eingangswelle 10 über das Führungsteil 30, das Kupplungsteil 20 und über die
schraubenförmigen Keile 22, 82„ weiche das Kupplungsteil 20 und die Lagerhülse 80 miteinander
verbinden. Dieses Drehmoment bewirkt, daß das Trägerteil 20 sich auf den schraubenförmigen Keilen 22,
82 relativ zu der Lagerhülse 80 verschiebt Als Folge dieser Bewegung bewegt sich das Kupplungsteil 20 in
axialer Richtung nach links in der Blickrichtung nach
Fig. 1. Das Kupplungsteil 20 bewegt sich außerdem
auch in Umfar.gsrichtung. Diese Axialbewegung ist in
F i g. 2 gezeigt.
Wenn sich das rohrförmige Kupplungsteil 20 nach links bewegt, so nimmt es das Kupplungsteil 70 mit, bis
sich der Kupplungszahnkranz 71 dieses Kupplungsteils 70 gegen die Kupplungskeile 61 des Ausgangsteils 60
anlegt. Hierdurch wird auf das Kupplungsteil 70 eine Axialkraft ausgeübt, welche bewirkt, daß sich das
Kupplungsteil 70 auf den schraubenförmigen Keilen 73, 23 relativ zu dem Kupplungsteil 20 verschiebt.
Infolgedessen bewegt sich das Kupplungsteil 20 axial nach links relativ zu dem Kupplungsteil 70, wie F i g. 3
zeigt, und das Kupplungsteil 70 bewegt sich auch in Winkelrichtung, also in Umfangsrichtung, relativ zu dem
Kupplungszahnkranz 71 an dem Ausgangsteil 60. Nur eine sehr geringe Umfangsbewegung ist erforderlich,
um es zu ermöglichen, daß die abgerundeten Zähne des Kupplungszahnkranzes 71 mit den angespitzten Führungskeilen 61 in Eingriff kommen. Anschließend bringt
das Kupplungsteil 20 das Kupplungsteil 70 in Eingriff mit dem Ausgangsteil 60, bis das linke Ende des
Kupplungsteils 70 an dem Anschlag am rechten Endabschnitt 34 des Führungsteils 30 in Anlage kommt.
Dieser Anschlag begrenzt die Axialbewegung des Kupplungsteils 70 nach links. Dieser Zustand ist in
Fig.4 dargestellt. Das Kupplungsteil 20 setzt jedoch
seine Verschiebebewegung nach links auf den schraubenförmigen Keilen 22, 82 fort, bis das linke Ende des
Trägerteils 20 an dem Stoßdämpfer 36 in Anlage kommt, diesen zusammendrückt, und dann an der
Wandfläche 33 der Führung zur Anlage kommt. Dieser Zustand ist die vollständige Einschaltstellung, wie sie in
F i g. 5 gezeigt ist.
Bei dieser vollständigen Eingriffsstellung treibt das erste Hauptteil der Kupplung, nämlich die Eingangswelle 10, das zweite Hauptteil, nämlich den Ausgangsflansch 90, über die Führungskeile 12,8Λ die Lagerhülse
80, die schraubenförmigen Keile 82, 22, das Trägerteil 20, die schraubenförmigen Keile 23, 73, das Kupplungsteil 70, die geradlinigen Keile des Kupplungszahnkranzes 71 und die Kerbe 61 und das Ausgangsteil 60 an. Es
ist ersichtlich, daß die Klinken 51 und die Zähne des Ratschenrades 41 in den gleichen Relativstellungen
bleiben. Die Drehmomentbelastung wird jedoch von diesem Klinkengesperre ferngehalten.
Aus der vorangehenden Beschreibung der Arbeitsweise der Kupplung ergibt sich, daß der Indexvorgang
bewirkt wird durch die schraubenförmigen K«;ile 73, 23
und nicht durch die Bauteile der Zahnkupplung oder Klinkengesperres. Falls die Zähne der Zahnscheibe 41
oder die Klinken 51 des Klinkenfreilaufs abgenutzt worden sind, dann wird die Arbeitsweise der gesamten
Kupplung nicht nachteilig beeinflußt, weil die einzige Funktion der als Klinkengesperre ausgebildeten Steuerkupplung darin besteht, das nur kleine Drehmoment zu
erzeugen bzw. zu übertragen, das erforderlich ist, um das rohrförmige Kupplungsteil 20 und das Kupplungselement 70 entlang ihren jeweiligen schraubenförmigen
Keilen in die in F i g. 5 dargestellte Verriegelungslage zu bewegen.
In den Fig. 1—5 der Zeichnung ist das rohrförmige
Kupplungsteil 20 derart dargestellt, daß es vorgespannt ist in seine Entkupplungs- bzw. Entriegelungslage, und
zwar durch die Druckfedern 24 und die Kolben 25. Wie bereits weiter oben erwähnt, ist diese Vorspanneinrichtung 24,25 für die Grundkonzeption der Kupplung nicht
notwendig, aber aus praktischen Gründen wünschens-
wert, und zwar dann, wenn die Kupplung in Schräginge
oder beispielsweise in einem Schiff installiert wird, in welchem Längs- und Querbewegungen auftreten
können. In solchen Fällen dienen die federbelasteten Kolben 25 dazu, ein unerwünschtes Ineingriffkommen
des Kupplunpszahnkranzes 71 und der Keile 61 zu verhindern.
Wenn, na hdem die Kupplung vollständig in Eingriff gekommen ist, wie in F i g. 5 dargestellt, die Drehzahl
der Eingangswelle 10 soweit absinken sollte, daß sie
geringer wird als die Drehzahl des daran angehängten Lastglieds, so findet eine Veränderung statt bezüglich
der Relativbewegung des Ausgangsflanschs 90 zu der Eingangswelle 10. Die Welle 10 dreht sich nun, in der
Blickrichtung nach Fig. 6, in Uhrzeigerrichtung mit einer geringeren Drehzahl als der Flansch 90. Infolge
der Richtung der Drehmomentbelastung, die nunmehr auf das Kupplungsteil 20 ausgeübt wird, bewegt sich
letzteres auf den schraubenförmigen Keilen 22 und 82. Infolgedessen bewegt sich nun das Kupplungsteil 20
nach rechts und nimmt dabei das Kupplungsteil 70 mit. Diese Bewegung setzt sich fort, bis die Zähne des
Kupplungszahnkranzes 71 außer Eingriff mit den Führungsleisten 61 kommen. Diese Entkupplung wird
aufrechterhalten durch die Federn 24 und die Kolben 25, aber diese Bauteile sind für die Entkupplungswirkung
nicht wesentlich; die geschilderte Entkupplung findet vielmehr auf jeden Fall statt.
Das in den Fig. 1—5 dargestellte Ausführungsbeispiel verkörpert die Grundmerkmale einer selbstsynchronisierenden
Kupplung; ein weiteres Ausführungsbeispiel einer solchen Kupplung ist in F i g. 7 dargestellt.
Die in F i g. 7 dargestellte Kupplung ist etwas kompakter als die Ausführungsform nach den Fi g. 1 — 5, und es
ist möglich, sie in einem kleineren Gehäuse unterzubringen.
Die Kupplung nach F i g. 7 ist dadurch etwas kompakter gemacht, daß der Verriegelungsring und
(der Klinkenfreilauf) näher an dem Trägerteil angeordnet sind. Verglichen mit den Fig. 1—5, sind der
Verriegelungsring und der Klinkenfreilauf mehr nach rechts, in Blickrichtung der genannten Figuren, verschoben.
In F i g. 7 sind Bauteile, die ähnlich denjenigen nach
den Fig. 1—5 sind, durch Bezugsziffern bezeichnet, die
durch die Addition der Zahl hundert zu den in den Fig. 1—5 benutzten Bezugsziffern entstanden sind. So
ist beispielsweise der Verriegelungsring 40 nach den Fig. 1—5 mit 140 bezeichnet; das Führungsteil 30 nach
den F i g. 1 —5 ist nun das Führungsteil 130 in F i g. 7 und das Kupplungsteil 70 nach den Fig. 1 — 5 ist in Fig.7
mit 170 bezeichnet Dies gilt in gleicher Weise, auch für andere, ähnliche oder gar identische Bauteile der
Konstruktion nach F i g. 7, verglichen mit der Konstruk tion nach den F i g. 1 — 5.
Die Führungskeile 35 des Führungsteils 30 nach den F i g. 1 — 5 sind ersetzt durch Führungskeile 135, die sich
entlang der Außenfläche des Teils 134 erstrecken, und die Führungskeile 142 des Verriegelungsrings 140
stehen in Eingriff mit diesen Führungkeilen 135. Der Ring 50 des Klinkenfreilaufs ist ersetzt durch den Ring
150, der auf dem Ausgangsteil 60 gelagert ist
Wenn bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 7 die Drehzahl der Eingangswelle 10 die Drehzahl des
Belastungsflanschs 90 erreicht und überschreite*, dann
wird eine Drehmomentbelastung auf den Ring 140 ausgeübt, und diese Belastung wird rückübertragen auf
die Eingangswelle 10 über die Ausrichtkeile 142, 135, über das Führungsteil 130, die Schiebeführung 131, 21,
das Trägerte,,' 20, die schraubenförmigen Keile 22, 82,
und über die Lagerungshülse 80. Wie bei dem Ausführungsheispiel nach den Fig. 1—5, bewirkt die
s Drehmomentbelastung, daß das Trägerteil 20 sich auf den schraubenförmigen Keilen 22, 82 relativ zu der
Lagerungshülle 80 verschiebt. Die Wirkung ist die gleiche, wie dies bereits in Verbindung mit den
Fig. 1—5 beschrieben worden ist.
Die besondere Konstruktion der in F i g. 7 dargestellten Kupplung weist nun verschiedene Merkmale auf, die
bei der in den Fig. 1—5 dargestellten Ausführungsform
nicht vorhanden sind und die nachfolgend beschrieben werden.
Ein erstes, zusätzliches und unterschiedliches Merkmal ist das Vorhandensein einer zweiten Vorspanneinrichtung
174, 175 zur Vorspannung des Kupplungsteil 170 nach links in der Blickrichtung nach F i g. 7 gesellen.
Infolgedessen halten die beiden Vorsnanneinrichiungen solchen Einbaufällen diese Kupplung in vertikaler oder
schrägstehender Richtung derart, daß das Kupplungsteil 170 normalerweise durch die Schwerkraft nach rechts
bewegt werden würde, die Vorspanneinrichtungen die Ausrichtkeile 171 in Anlage mit den Ausrichtkeilen 61
des Ausgangsteils 60, und zwar unabhängig von den wirksamen Schwerkräften. Die zweite Vorspanneinrichtung
zur Vorspannung des Kupplungsteils 170 nach links, in der Blickrichtung nach F i g. 7, umfassen eine
Mehrzahl von Druckfedern 174 und Kolben 175, die in einer entsprechenden Anzahl von Bohrungen geführt
sind, welche in dem ringförmigen Kupplungsteil vorgesehen sind. Die Nasen der Kolben liegen an dem
vergrößerten Flansch des Eingangsteils 180 an, welches an der Lagerhülse 80 befestigt ist. Jede Feder 174 ist
schwächer als die Feder 24, welches das Trägerteil 20 nach rechts drückt, so daß normalerweise die Ausrichtkeile
171 außer Berührung mit den Ausrichtkeilen 61 des Ausgangsteils 60 gehalten werden.
Ein zweites, zusätzliches bzw. abweichendes Merkmal des Ausführungsbeispiels nach F i g. 7 ist das Vorhandensein einer äußeren Anzeigeeinrichtung 144 für einen Bedienungsmann, welches anzeigt, ob die Kupplung entkuppelt oder vollkommen eingekuppelt ist. Diese äußere Anzeigeeinrichtung 144 wird durch das Ende des Verriegelungsrings 140 gebildet Das Kupplungsteil 170 ist mit einem Ringteil 176 versehen, das an dem Kupplungsteil 170 mittels einer Reihe von Schrauben 177 befestigt ist Der Verriegelungsring 140 ist mit einer innenliegenden Ringrippe 146 versehen, die derart angeordnet ist daß, wenn das Kupplungsteil 170 gegenüber der Volleinkupplungsstellung nach links bewegt wird, das Ringteil 176 mit der inneren Ringrippe 146 in Anlage kommt und den Verriegelungsring 140 nach links verschiebt Diese geringfügige Verschiebung des Verriegelungsrings 140 wird durch eine geeignete Einrichtung abgetastet, die in F i g. 7 in strichpunktierten Linien angedeutet ist, und die auf eine Verschiebung der Anzeigeeinrichtung 144 nach rechts oder nach links anspricht Wenn die Kupplung in die Entkupplungsstel lung zurückbewegt wird, dann wird das Kupplungsteil 170 in seine äußerste Rechtslage verschoben, und dabei kommt das vorstehende ringförmige Teil 176 dieses Kupplungsteils 170 am Flansch 147 des Verriegelungsrings 140 in Anlage und bewegt diesen in die in F i g. 7
Ein zweites, zusätzliches bzw. abweichendes Merkmal des Ausführungsbeispiels nach F i g. 7 ist das Vorhandensein einer äußeren Anzeigeeinrichtung 144 für einen Bedienungsmann, welches anzeigt, ob die Kupplung entkuppelt oder vollkommen eingekuppelt ist. Diese äußere Anzeigeeinrichtung 144 wird durch das Ende des Verriegelungsrings 140 gebildet Das Kupplungsteil 170 ist mit einem Ringteil 176 versehen, das an dem Kupplungsteil 170 mittels einer Reihe von Schrauben 177 befestigt ist Der Verriegelungsring 140 ist mit einer innenliegenden Ringrippe 146 versehen, die derart angeordnet ist daß, wenn das Kupplungsteil 170 gegenüber der Volleinkupplungsstellung nach links bewegt wird, das Ringteil 176 mit der inneren Ringrippe 146 in Anlage kommt und den Verriegelungsring 140 nach links verschiebt Diese geringfügige Verschiebung des Verriegelungsrings 140 wird durch eine geeignete Einrichtung abgetastet, die in F i g. 7 in strichpunktierten Linien angedeutet ist, und die auf eine Verschiebung der Anzeigeeinrichtung 144 nach rechts oder nach links anspricht Wenn die Kupplung in die Entkupplungsstel lung zurückbewegt wird, dann wird das Kupplungsteil 170 in seine äußerste Rechtslage verschoben, und dabei kommt das vorstehende ringförmige Teil 176 dieses Kupplungsteils 170 am Flansch 147 des Verriegelungsrings 140 in Anlage und bewegt diesen in die in F i g. 7
-« dargestellte Lage zurück. Die Abtastung der Lage der
Anzeigeeinrichtung 144 des Verriegelungsrings 140 können geeignete Steuerinrichtungen feststellen und
dann anzeigen, ob der Kupplungsmechanismus einge-
kuppelt oder ausgekuppelt ist.
Bei der Konstruktion nach den Fig. 1—5 wird der
Verriegelungsring 40 nicht automatisch durch das Kupplungsteil 70 verschoben, sondern wird vielmehr
von Hand oder durch außerhalb liegende Einrichtungen, s wie sie strichpunktiert in F i g. 7 eingezeichnet sind,
entweder in die Verriegelungsstellung oder in die Entriegelungsstelluing geschoben.
Claims (11)
1. Selbstsynchronisierende Kupplung zum automatischen Kuppeln zweier koaxialer Wellen bei
Erreichen der Drehzahlgleichheit, wobei ein: der Eingangs- und Ausgangswelle zugeordneter KUnkenfreilauf
beim Überholen der Eingangswelle einrastet und ein ringförmiges Trägerteil, das über
eine Schraubenverzahnung auf der Eingangs-welle drehverschiebbar geführt ist, mit der Ausgangswelle
in Drehverbindung bringt und dadurch eine Axialverschiebung zwecks Annäherung der Kupplungsverzahnung einleitet, und mit einem über eine
weitere Schrägverzahnung vom Trägerteil geFührten, ringförmigen Kupplungsteil, wobei — nach
Berühren der Stirnflanken der Kupplungsvei-zahnung
— durch die zweite Schrägverzahnung eine Relativdrehung der Kupplungsverzahnungen zueinander
bis zum Erreichen einer Einrückwinkellage hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet,
öaB
a) der Klinkerfreilauf (50, 51) zwischen einem
Ausgangsteil (60) und einem dazu koaxialen drehbar gelagerten unverschieblichen Führungsteil
(30) angeordnet ist, das über eine Schiebeführung (21,31) mit dem Trägerteill (20)
gekoppelt ist und
b) daß der getriebeeingangsseitige Kupphingszahnkranz
(71) auf dem rohrförmigen Kupplungsteil (20) angeordnet ist.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Jaß die Klinken (51) des Freilaufgesperres
in einem Ring (50) gehgert sind, der mit dem Ausgangsieil (60) verbunden ist.
3. Kupplung nach Anspr? ^h 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zahnscheibe (41) des Freilaufgesperres an einem Verriegelungsring (40) angebracht
ist, der über eine Sternkeilverzahnung (42) mit dem Führungsteil (30) verbunden ist.
4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungsring (140, F i g. 1) mit
Anschlägen (147) versehen ist, so daß er durch das Kupplungsteil (170) in axialer Richtung verschiebbar
ist, und daß der Verriegelungsring (140) mit einer Anzeigeeinrichtung (144) für den Einkupplungs-
oder Auskupplungszustand versehen ist
5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungsring (140) des
Klinkengesperres mit einer Einrichtung (42, 35) zur Axialverschiebung versehen ist, die die Zahnscheibe
(41) außer Eingriff mit den Klinken (51) bringen kann.
6. Kupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungsring
(40) eine weitere Verzahnung (43) aufweist, über die er drehfest mit einer Verzahnung (14) der Getricbeeingangswelle
(am Teil 15) koppelbar ist, um eine Axialverschiebung des Trägerteils (20) zum automatischen
Auskuppeln der Kupplung zu verhindern.
'/. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Verzahnung (43, 14) des
Verriegelungsrings (40) durch Axialverschieben des Rings in Eingriff bringbar ist.
8. Kupplung mit einer in Kupplungsrichtung wirkenden Verzahnungseinrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung (24, 25) zwischen
einem Eingangsteil (80) und dem Trägerteil (20) angeordnet ist (F i g. \\
9. Kupplung mit nicht horizontalem Verlauf der Wellenachsen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Eingangsteil (180) und dem Kupplungsteil (170) eine zweite Vorspanneinrichtung
(174, 175) vorgesehen ist, die das Kupplungsteil im Kupplungseinrücksinn belastet, wobei
die Vorspannkraft dieser zweiten Vorspanneinrichtung größer als die Schwerkraft ist, jedoch kleiner
in als die Vorspannkraft der ersten Vorspanneinrichtung
(F ig. 7).
10. Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorspanneinrichtung (24,25)
eine erste Reihe von federbelasteten Kolben (25)
π umfaßt, die von dem Tragteil (20) aufgenommen
werden, während die zweite Vorspanneinrichtung (174,175) eine zweite Reihe von ebenfalls federbelasteten
Kolben (175) umfaßt, die von dem Kupplungsteil (170) aufgenommen werden (F i g. 7).
2"
11. Kupplung nach einem oder mehreren der
vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem die Axialverschiebung des Tragteils
begrenzenden Führungsteil (30) Stoßdämpfer (36) vorgesehen sind (Fig. 1).
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US05/713,646 US4053038A (en) | 1976-08-12 | 1976-08-12 | Self-synchronizing clutch |
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DE2730873B2 true DE2730873B2 (de) | 1979-07-05 |
DE2730873C3 DE2730873C3 (de) | 1980-03-06 |
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JP (1) | JPS5322939A (de) |
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