DE2730873C3 - Selbstsynchronisierende Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung der im 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 Klinkengesperre dazu benutzt, um die miteinander in Eingriff kommenden Zähne der Haupt-Lastübertragungsteüe oder einer Sekundär-Zahnkupplung, die ihrerseits die Haupt-Last übertragenden Teile ausrichtet und erfaßt, miteinander auszurichten. Eine solche 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 selbstsynchronisierenden Kupplungen die bei Drehzahlgieichheit 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 Wellendrehmoment 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 erforderlich ist Diese kurzzeitige Belastung des Klinkengesperres mit dem Wellendrebmoment 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 erfindungsgemäßen Maßnahmen wird tatsächlich das Klinkengesperre in keinem Zeitpunkt vom Wellendrehmoment voll belastet und daher kann das Klinkengesperre mit wesentlich geringerem baulichem und materialtechnischem Aufwand, und mit sehr viel geringerer Ver- j schleißgefahr, ausgebildet werden als bei den bekannten selbstsynchronisierenden Kupplungen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt

F i g. 1 ist ein Längsschnitt entlang der Mittellinie einer Kupplung, jedoch nur auf einer Seite der Mittellinie, und zeigt 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 Einkuppe- > lungssteüung.

Fig.4 ist eine der Fig.3 ähnliche Darstellung in demjenigen Zustand, in welchem die Hauptkupplungsteile miteinander gekuppelt sind.

Fig.5 zeigt in ähnlicher Darstellung wie Fig.4 die w Kupplung in vollständig eingekuppeltem Zustand.

Fig.6 zeigt in Querrichtung einen Klinkenfreilauf, der zum Abzutasten dient ob die Diehzahl der Eingangswelle diejenige des Lastglieds erreicht hat.

Fig. 7 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 1, zeigt · jedoch eine kompaktere Ausführungsform der Kupplung.

F i g. 1 zeigt zwei mit 10 und mit 90 bezeichnete

Hauptelemente. Das erste Hauptelement 10 ist eine 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 m;t ihm verbundenen (nicht dargestellten) zweiten Leistungsquelle angetrieben.

Mit der Bezugsziffer 50 und 51 ist eine Steuerkupplung bezeichnet die in Form eines Klinkenfreilaufs

■ 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 derart, daß die Zentrifugalkraft des Klinkenendes 55 nach außen und die Nase 54 nach innen gegen die Zähne der Zahnscheibe 41 des Verriegelungsrings 40 drückt LJm 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 der Ring 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 F i g. 6 dargestellt ist werden drei Klinken 51 und sechzehn 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 V₄₈ einer Umdrehung, bevor der nächste Eingriff erfolgt. Ein derart kleiner Relativwinkcl 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 st-hzehn verwendet werden kann.

Bei der Steuerkupplung, die in F i g. 6 dargestellt ist, wirkt der Ring 40 auch als Verriegelungsring. Es gibt Möglichkeiten, bei denen es nötig oder wünschenswert ist, den Hauptantriebsmotor oder eine andere Lei-

stungsquelle, 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 außenliegendes Hebel- und Ring-System bewirkt 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 F i g. 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 Verschie-

bungselementen.

Das Führungsteil 30, welches die außenliegender Führungskeile 35 aufweist, auf die weiter oben bereit! Bezug genommen wurde, hat einen mit größeren-Durchmesser versehenen ringförmigen Abschnitt 34 welcher Innen-Führungskeile 31 aufweist. Diese innen liegenden Führungskeile 31 stehen in Eingriff mi außenliegenden Führungskeilen 21 eines axial bewegli chen rohrförmigen Kupplungsteils 20, und die Füh rungskeile 31 haben die Aufgabe, das Trägerteil 20 be seiner Axialbewegung zu führen.

Wie dargestellt, ist das rohrförmige Kupplungsteil 2C mit innenliegenden, schraubenförmigen Keilnut-Keiler 22 versehen, die in Eingriff stehen mit außenliegenden ebenfalls schraubenförmigen Keilnut-Keilen 82 der Lagerhülse 80, die mittels Schrauben U an dei Kupplungseingangswelle 10 befestigt ist Die Lagerhülse 80 weist innenliegende Führungskeile 81 auf, die ir Eingriff sind mit außenliegenden Führungskeilen 12 dei Kupplungs-Eingangswelle 10. Diese Eingangswelle IC muß nicht unbedingt mit Keilen versehen sein. Die Lagerhülse 80 könnte auch über eine Keilverbindung mit der Welle 10 verbunden oder aber einteilig mil derselben ausgebildet sein, oder aber auch mit diesel 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 Reih« von federbelasteten Kolben 25, von denen in F i g. 1 — i nur ein einziger sichtbar ist Innenliegende Federn 2< drücken die Enden der Kolben 25 in Anlage gegen di( Wandfläche 33 des Führungsteils 30; die Kolben 25 unc ihre Federn 24 bilden so seine erste Vorspanneinrich tung zwischen dem Eingangsteil 80 und dem Trägertei 20. Die Vorspannung des Kupplungsteils 20, wie beispielsweise durch die federbelasteten Kolben 25, isi für die Kupplung nach der Erfindung nicht unbedingi wesentlich mit Ausnahme von solchen Einsatzflällen, be welchen die Kupplung irgendwelchen Schwenkbewe gungen unterworfen ist wie z. B. den Roll- unc Stampfbewegungen eines Schiffes, oder dann, wenn die Kupplung in Schräglage eingebaut wird und somii bestimmten Schwerkrafteinwirkungen unterliegt Ir solchen Fällen halten die Kolben 25 das Trägerteil 20 ir seiner gewünschten Lage der Entkupplung unc bewirken die Verhinderung eines ungewünschter Einkuppeins. Generell ist zu sagen, daß die Federr bewirken sollen, daß der gesamte Mechanismus ir Auskupplungsstellung gehalten werden soll, und da£ jegliche Berührung zwischen den miteinander in Eingrifl zu bringenden Teilen verhindert werden soll. Eir ringförmiger Stoßdämpfer 36, der durch Öldruck ir Richtung nach rechts gedrückt wird, bewirkt eine Dämpfung für das rohrförmige Kupplungsteil 20, wenr dieses sich in Anlage mit der Wandfläche 33 de; Führungsteils 30 bewegt

Das Kupplungsteil 20 ist mit außenliegenden schraubenförmigen Keilen 23 versehen, die in Eingrifl stehen mit innenliegenden, ebenfalls schraubenförmiger Keilen 73 eines winkelförmigen Kupplungselements 70.

Dieses Kupplungselement 70 hat einen, einer größeren Durchmesser aufweisenden, rechtsliegender Endabschnitt 72, der mit einem außenliegender getriebeeingangsseitigen Kupplungszahnkranz 71 versehen ist Wenn das Kupplungselement 70 in axialei Richtung nach links in der Blickrichtung nach Fig. 1 verschoben wird, dann kommt der Kupplungszahnkran: 71 in Anlage gegen, und sodann in Eingriff mit der

innenliegenden Führungskeilen 61 des Ausgangsteils 60. Der Kupplungszahnkranz 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 beschrieben.

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 Steuerkupplung 50, siehe F i g. 6. In diesem Falle bewegen sich das Ausgangsteil 60 und der Ring 50 in Uhrzeigerrichtung relativ zu dem Verriegelungsring 40. Wie F i g. 1 zeigt, ist dann der Verriegelungsring 40 mit dem ersten Hauptantriebselement, 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 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 Fig.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 10 sich der Drehzahl des Belastungsglieds, also des Ausgangsfianschs 90, nähert und sodann überschreitet dann ändert sich die Relatiwerdrehung 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 fiber das Führungsteil 30, das Kupplungsteil 20 und über die schraubenförmigen Keile 22, 82* welche 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 Umfangsrichtung. 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 7t 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

ίο 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 Um.'angsbewegung 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 F i g. 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 12,8„ 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 Keile 73,23 und nicht durch die Bauteile der Zahnkupplung oder Klinkengesperres. Falls die Zähne der Zahnscheibe 41 oder die Klinken 5i des Kiinkenfreiiaufs 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 bewegea

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 Schräglage 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 Kupplungszahnkranzes 71 und der Keile 61 zu verhindern.

Wenn, nachdem 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 Fig. 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 F i g. 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 F i g. 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 i7ö bezeichnet. Dies gut in gleicher Weise, auch für andere, ähnliche oder gar identische Bauteile der Konstruktion nach F i g. 7, verglichen mit der Konstruktion 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 überschreitet, 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 Trägerteil 20, die schraubenförmigen Keile 22, 82, und über die Lagerungshülse 80. Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1—5, bewirkt die 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 F i g. 1 —5 beschrieben worden ist.

ίο Die besondere Konstruktion der in F i g. 7 dargestellten Kupplung weist nun verschiedene Merkmale auf, die bei der in den F i g. 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 Kupplungsteils 170 nach links in der Blickrichtung nach F i g. 7 gesehen. Infolgedessen halten die beiden Vorspanneinrichtungen 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 Fi g. 7, umfassen eine Mehrzahl von Druckfedern 174 und Kolben 175, die in einer entsprechenden Anzahl von Bohrungen geführt sind, weiche 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 Ringxeii Ϊ76 mit der inneren Ringrippe <46 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 Entkupplungsstellung 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 <3es 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, wie sie strichpunktiert in F i g. 7 eingezeichnet sind, entweder in die Verriegelungsstellung oder in die Entriegelungsstellung geschoben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Selbstsynchronisierende Kupplung zum automatischen Kuppeln zweier koaxialer Wellen bei Erreichen der Drehzahlgleichheit, wobei ein der Eingangs- und Ausgangswelle zugeordneter Klinkenfreilauf beim Überholen der Eingangswelle einrastet und ein ringförmiges Trägerteil, das über eine Schraubenverzahnung auf der Eingangswelle 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 Kupplungsverzahnung — durch die zweite Schrägverzahnung eine Relativdrehung der Kupplungsverzahnungen zueinander bis zum Erreichen einer Einrückwinkellage hervorgerufen wird, dadurch gekennzeichnet, daß

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 Trägerteil (20) gekoppelt ist und

b) daß der getriebeeingangsseitige Kupplungszahnkranz (71) auf dem rohrförmigen Kupplungsteil (20) angeordnet ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinken (51) des Freilaufgesperres in einem Ring (50) gelagert sind, der mit dem Ausgangsteil (60) verbunden ist.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnscheibe (41) des Freilaufge sperres 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. 7) 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 Getriebeeingangswelle (am Teil 15) koppelbar ist, um eine Axialverschiebung des Trägerteils (20) zum automatischen Auskuppeln dor Kupplung zu verhindern.

7. 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. 1).

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 als die Verspannkraft 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) 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).

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).