DE2855318A1

DE2855318A1 - Schaltbare reibungskupplung, insbesondere fuer zahnradgetriebe

Info

Publication number: DE2855318A1
Application number: DE19782855318
Authority: DE
Inventors: Gert Burzlauer; Johann Eichinger
Original assignee: Carl Hurth Maschinen und Zahnradfabrik GmbH and Co
Current assignee: Gleason Hurth Tooling GmbH
Priority date: 1978-12-21
Filing date: 1978-12-21
Publication date: 1980-07-03
Also published as: US4287973A; GB2038962B; GB2038962A; SE7907405L; JPS5586924A

Description

Schaltbare Reibungskupplung, insbesondere für Zahnradgetriebe

Die Erfindung bezieht sich auf eine schaltbare Reibungskupplung, insbesondere für Zahnradgetriebe, mit einer auf der zu kuppelnden Welle axial verschiebbar gelagerten Schaltmuffe und mit mindestens einem axial verschiebbaren Reibring, der zu einer ersten Kupplungshälfte gehört und der über Kupplungsreibflächen mit einer zweiten Kupplungshälfte zusammenwirkt und der sich zum Erzeugen der Anpreßkraft mittels an der den Kupplungsflächen abgekehrten Stirnfläche angeordneten, zur Rotationsebene geneigten Schrägflächen an der zu kuppelnden Welle abstützt.

Es ist eine schaltbare Reibungskupplung dieser Art bekannt, bei der zwischen den am Reibring befindlichen Schrägflächen und den an der Welle befindlichen Schrägflächen Wälzkörper angeordnet sind (DE-PS 20 33 772). Bei einer derartigen Kupplung ist zur Einleitung des Schaltvorganges nur eine verhältnismäßig kleine Kraft aufzubringen, der weitere Schaltvorgang läuft bis zur Beendigung selbständig ab ohne daß von außen in- irgendeiner Weise steuernd eingegriffen werden müßte oder könnte. Mit anderen Worten: der Schaltvorgang wird von außen lediglich eingeleitet, der weitere Ablauf erfolgt unkontrollierbar. Es besteht hier - im Gegensatz zu einer hydraulisch oder pneumatisch geschalteten Kupplung beispielsweise - keine Möglichkeit, den am Ende eines Schaltvorganges

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als Folge eines schlagartigen Ansteigens des übertragenen Drehmomentes häufig zu beobachtenden Stoß zu verringern oder gar zu vermeiden. Bei manchen Anwendungsfällen kann dieser sogenannte Einschaltstoß in Kauf genommen werden, vielfach wird er aber als störend empfungen, z.B. bei Antrieben für Sport- und Vergnügungsbooten.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer durch Servokraft betätigten Reibungskupplung den am Ende des Einschaltvorganges auftretenden Stoß zu verhindern oder zumindest erheblich zu reduzieren. Dabei sollen an den bekannten Kupplungsbauarten möglichst wenig konstruktive Änderungen erforderlich werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an Stelle der bekannten Wälzkörper zwischen den geneigten Schrägflächen von Reibring und Welle Gleitkörper angeordnet werden (Anspruch l). Die Erfinder haben nämlich herausgefunden, daß eine geringe Erhöhung des zwischen den Reibflächen bestehenden Reibwertes, wie er bei gleitender Reibung gegenüber rollender Reibung unter bestimmten Voraussetzungen gegeben ist, ausreicht, den Einsehaltvorgang um gerade soviel langsamer ablaufen zu lassen, daß die für das Einschalten benötigte Zeit noch tragbar, der Schaltstoß aber auf einen annehmbaren Wert vermindert ist. Als Gleitkörper sind dafür zumindest annähernd zylinderische Körper oder Rollen geeignet, die so eingebaut werden, daß ihre Achsen parallel zu den jeweiligen Schrägflächen gerichtet sind (Anspruch 2). Damit liegen die zylinderischen Körper theoretisch nur auf einer sehr schmalen Fläche

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längs ihrer Mantellinien an den Schrägflächen an. Wegen fertigungsbedingter Abweichungen ist ein gleichzeitiges Anliegen eines Körpers an beiden zugehörigen Schrägflächen jedoch kaum möglich. Deshalb ist die Verwendung von Rollen mit leicht balliger Form zweckmäßig (Anspruch 3)· Solche Rollen werden vielfach bei Wälzlagern angewendet, sie sind für die erfindungsgemäße Ausbildung einer Reibungskupplung also kostengünstig zu beschaffende Bauteile. Daneben weisen ballige Rollen für die Erfindung noch einen weiteren Vorteil auf: Zu Beginn des Schaltvorganges, wenn der Reibring anfängt, sich relativ zur Welle zu verdrehen, wird zwischen den Rollen und den Schrägflächen ein Stick-Slip-Effekt vermieden. Die Rollen führen erst eine allerdings sehr geringe Wälzbewegung aus, indem sie zunächst entsprechend ihrer balligen Oberfläche auf einer geringen Strecke um eine quer zu ihrer geometrischen Achse und parallel zur Rotationsachse der Welle gerichtete Achse auf den Schrägflächen abrollen bis dieses Rollen in das erwünschte Gleiten übergeht.

Die Ansprüche 4 bis 6 enthalten die Anwendung der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtungen bei verschiedenen aus anderen Zusammenhängen bekannten Kupplungsbauarten.

Die Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 7 erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kupplung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Kupplung nach Fig. 1 im Bereich ihrer Anschlageinrichtung,

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Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1 und stellt schematisch eine Schaltphase dar,

Fig. k einen Längsschnitt durch eine andere Ausführung einer Kupplung nach der Erfindung,

Fig. 5 als Teilschnitt die zwischen den Schrägflächen liegenden Gleitkörper,

Fig. 6 in unmaßstäblicher Darstellung den Bewegungsablauf der Gleitkörper,

Fig. 7 ein Diagramm des Einschaltstoßes über der Schaltzeit bei einer bekannten und bei der erfindungsgemäßen Kupplung.

Figur 1 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Doppelkupplung. Es ist mit dieser Kupplung eine Welle 10 wahlweise mit Zahnrädern 11,12 zu verbinden, die drehbar auf der Welle gelagert und axial mit geeigneten Mitteln, z.B. mit Scheiben 13 oder einer Schulter lk gehalten sind. Zwischen den beiden Zahnrädern ist die Welle mit einem Bund od. dgl. versehen, der als Schaltmuffenträger 15 dient. Der Schaltmuffenträger kann auch auf die Welle aufgesetzt und dort befestigt sein. Auf dem Schaltmuffenträger ist eine Schaltmuffe l6 längsverschiebbar geführt. Sie ist auf dem Schaltmuffenträger mit nicht gezeichneten bekannten Mitteln gegen Drehung gesichert. Beiderseits des Schaltmuffenträgers ist je ein Reibring 17il8 drehbar zentriert. Der Außendurchmesser der Reibringe entspricht dem Außendurchmesser des Schaltmuffenträgers. Die Reibringe

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sind mit Aussparungen 19 zur Aufnahme der Außenverzahnung von sogenannten Außenlamellen 20 versehen. Die Außenlamellen wirken mit sogenannten Innenlamellen 21 zusammen, die mit einer Innenverzahnung in eine entsprechende Außenverzahnung 22 der Zahnräder 11,12 eingreifen. Die so gebildeten Lamellenpakete werden axial nach außen von je einer Druckplatte 53 ι 5^ abgestützt .

Die Reibringe 17,l8 und der Schaltmuffenträger 15 sind an den einander zugewendeten Seiten mit eingefrästen Taschen 40,4l versehen, die jeweils eine Schrägfläche 42,^3 aufweisen (Fig. 5). Dazwischen sind Gleitkörper 50 eingelegt, auf die noch näher eingegangen wird.

Die Reibringe 17» lü werden mit einer oder mehreren Rückholfedern 25 (Fig.3) auf die Führungsmuffe hingedrückt, die außen am Umfang der Konusringe angeordnet und als gewundene Flachfedern, sogenannte Haarnadel- oder Schenkelfedern, ausgebildet sind. Zum Einhängen der Federn sind am Umfang der Konusringe Knaggen vorgesehen.

Die Schaltmuffe l6 besteht aus einem Muffenkörper 23, der außen am Umfang mit einer Ringnut 2k für eine nicht gezeigte Schaltgabel versehen ist. Am inneren Umfang ist der Körper stirnseitig mit zwei nach der Mitte hin zusammenlaufenden schrägen Flächen versehen, die Initialflächen 26,26' genannt werden. Wenn die als Rampe für die Gleitkörper dienenden Schrägflächen, z.B. 42, der Reibkörper in eine bestimmte Umfangsrichtung, die Einfräsung 4O,4l erweiternd (vertiefend)

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geneigt sind, dann verlaufen die Initialflächen 26,26' in der gleichen Richtung zur Mittelebene (Rotationsebene) des Muffenkörpers zusammen. An den die Initialflächen bildenden Teil des Muffenkörpers schließen sich Durchbrüche 27 an, die die genannten Rückholfedern 25 aufnehmen. In einem axialen Abstand ■von den Initialflächen 26,26' sind am Muffenkörper Stege 28, 28' vorgesehen, die auf der den Initialflächen zugekehrten Seite mit diesen parallele Gegenflächen 33»33' bilden. Der Muffenkörper und die Stege bilden so nach innen offene Lücken 29,29'. Auf dem Umfang der Reibkörper sind Zähne 30,30' vorgesehen, die auf der der Schaltmuffe zugekehrten Seite mit je einer Gegendruckfläche 37,37' versehen sind, die zu den vorher genannten Initialflächen am Muffenkörper parallel liegen. Auf der anderen Seite ist der Zahn mit einer Gegenflanke 38, 38' versehen, die parallel liegt zu der jeweils zugekehrten Gegenfläche 33»33* am Steg. In axialer Richtung sind die Lücken 29,29' breiter als die Zähne 30,30'. Etwa in einer durch die Drehachse gelegten Ebene sind auf der dem Steg zugewendeten Seite die Zähne mit einer Anschlagflanke 3^,3^' versehen, die etwa rechtwinkelig zur Rotationsebene (Rotationsrichtung) gerichtet ist. Auf der den Zähnen zugekehrten Seite sind die Stege 28,28' mit einer Anschlagfläche 39,39' versehen, die ebenfalls etwa rechtwinkelig zur Rotationsebene gerichtet ist. Beim Einschalten der Kupplung wird durch Verschieben der Schaltmuffe die Initialfläche, z.B. 26, auf die Gegendruckfläche, z.B. 37, gedrückt, dadurch der Reibring zu den Reibflächen (Lamellen) hin verschoben, wodurch die Dreh-

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momentübertragung eingeleitet wird. Durch die auf den Schrägflächen 42, 4t3 gleitenden Körper 50 wird das übertragbare Drehmoment erhöht. Ausgeschaltet wird, indem die Gegenflächen der Schaltmuffe auf die Gegenflanke des Reibrings gedrückt werden. Durch das Zusammenwirken der Anschlagflächen mit den Anschlagflanken wird verhindert, daß der ausgerückte Reibring ungewollt einschaltet.

Im Schaltmuffenträger 15 ist ein von einer Feder belasteter Arretierstift 32 radial verschiebbar geführt. In der Mitte des Muffenkörpers ist eine passende Kerbe zum Arretieren der Schaltmuffe im ausgeschalteten Zustand (Neutralstellung) vorgesehen. An den Stirnseiten der Schaltmuffe befinden sich zwei nach der Seite offene, d.h. also halbe, Rastkerben oder . Schrägflachen 311 31' zum Fixieren der beiden Einschaltzustände. Der Raststift und die Schrägflächen an den Stirnseiten des Schaltmuffenkörpers unterstützen den Einschaltvorgang. Die Druckplatten 53 > 5^ sind mit axialem Spiel axial zu den Innen- und Außenlamellen angeordnet. Das Spiel wird einerseits begrenzt durch je eine von den Zahnrädern 11,12 gebildete Schulter 55 j 56 und andererseits von je einem Sprengring 57,58· Die Druckringe sind von Tellerfedern 59_t6O im Sinne des Einkuppeins belastet. Die Sprengringe sind so angeordnet, daß die Lamellen von dem Druckring nicht zusammengepreßt werden, wenn sich die Reibringe 17, l8 im Zustand des Entkuppeins befinden.

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AIs die bereits erwähnten Gleitkörper 50 dienen kostengünstig beschaffbare Rollen wie sie normalerweise bei Wälzlagern Verwendung finden. Diese Rollen sind in die eingefrästen Taschen 4O,4l derart eingelegt, daß ihre Achsen 52 im entkuppelten Zustand parallel zu den Schrägflächen 42,43 verlaufen. Dies wird in einfacher Weise dadurch erreicht, daß der Radius R der Taschen größer ist als der Radius ν der Rollen. Außerdem ist damit sichergestellt, daß die Rollen mit den anliegenden Taschen nur geringe Berührungsflächen haben. Theoretisch besteht nur Linienberührung, was wegen der unvermeidlichen Fertigungstoleranzen aber nicht erreichbar ist. Es werden deshalb Rollen mit leicht balliger Mantelfläche 51 verwendet. So ist eine einwandfreie Berührung auf kleinen Flächen sichergestellt.

Wenn jetzt zum Einkuppeln ein Reibring und der Muffenträger relativ gegeneinander bewegt werden, führen die Rollen zunächst eine sehr geringe Wälzbewegung aus. Sie wälzen dabei mit ihrer balligen Mantellinie auf den Schrägflächen 42,43 ab, die dabei minimal auseinandergedrückt werden. Von einem bestimmten Punkt an geht die Wälzbewegung in eine Gleitbewegung über: die Rollen 50 gleiten jetzt auf den flachen Schrägflächen 42,43» die so als Rampen dienen, und drücken dabei den jeweiligen Reibring 17»l8 vom Schaltmuffenträger 15 fort und pressen die vorher genannten Lamellen 17,l8 zusammen. Dadurch werden die Zahnräder über die Lamellen, den betreffenden Reibring, die betreffenden Gleitkörper und den Schaltmuffenträger mit der Welle gekuppelt.

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In Figur 6 ist der Bewegungsablauf zwischen Gleitkörper 50, Schalttnuffenträger 15 und Reibring 17il8 in drei mit ^6,^7 und 'iß bezeichneten Phasen dargestellt. Die Teile sind im Interesse der Übersichtlichkeit vergrößert und verzerrt gezeichnet. k6 bezeichnet die Ausgangslage (durchgezogene Linien) entsprechend Figur 3» ^7 das Ende des Wälzens (unterbrochene Linien) und k& einen Zustand beim Gleiten (Strich-Punkt-Punkt-Linien). Bei einer so ausgestalteten Kupplung ist der am Ende des Schaltvorganges auftretende Stoß wesentlich verringert, wie in Figur 7 gezeigt ist. Die Kurve 70 zeigt die für den Stoß maßgebende Veränderung des von der Kupplung übertragenen Drehmomentes M während der Einschaltzeit t bei einer bekannten Kupplung mit Wälzkörpern zwischen den Schrägflächen. Deutlich ist die Spitze bei 71 und das anschließende Ab- und Ansteigen bei 72 erkennbar. Im Vergleich dazu zeigt die Kurve 73 den gleichen Vorgang bei einer Kupplung nach der Erfindung unter gleichen Voraussetzungen. Hier ist die Spitze "7k wesentlich niedriger, d.h. der spürbare Schaltstoß ist erheblich geringer. Da hier auch das anschließende Ab- und Anschwellen fast völlig fehlt entfällt auch das sonst übliche Schaltgeräusch weitgehend.

In dem Schaltmuffenträger 15 ist oder sind noch ein oder mehrere Stifte 63 (Fig.2) so vorgesehen, daß ihre Achse parallel zur Rotationsachse liegt. Ferner sind die Stifte so angeordnet, daß ihr halber Umfang in der Zentrierung 6k für den oder die Reibringe liegt, während der andere Teil erhaben aus der Zentrierung herausragt. Der Reibring oder die Reibringe sind

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an ihrem der Zentrierung Gk entsprechenden Umfang mit einer Aussparung 65 versehen, die den Stift oder die Stifte umgibt. Der Stift oder die Stifte wirken als Anschlag für den betreffenden Reibring, der sich so nur über einen begrenzten Winkel drehen kann. Da beim Kuppeln die Wälzkörper auf die Rampen auflaufen, benötigt der Reibring für seine Axialbewegung eine Beweglichkeit in Umfangsrichtung. Da andererseits der Stift als Anschlag diese Beweglichkeit begrenzt, dient er auch als Anschlag für die Axialbewegung. Beim Kuppeln drückt der Reibring die Lamellen nicht gegen eine feste Endscheibe sondern gegen die federnd nachgebende Druckplatte 53 bzw. 5^· Die maximale Reibungskraft und damit das maximal übertragbare Drehmoment hängt somit von der Spannung der Feder 59 bzw. 60 ab. Ein Überschreiten des vorbestimmten Überlastungsmomentes durch Stöße ist bei der beschriebenen Kupplung nicht möglich.

59,60 Infolge der angegebenen Anordnung kann die FederIoder können die Federn im ausgekuppelten Zustand nicht auf die Lamellen einwirken, weil eine beiderseitige axiale Halterung vorgesehen und der Federweg in Richtung auf die Lamellen zu begrenzt ist.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die beschriebene Bauform einer Kupplung. Sie ist u.a. auch anwendbar bei der in Figur k gezeigten Bauform einer Doppelkupplung mit konischen Reibflächen. Sie soll eine Welle 8l wahlweise mit Zahnrädern 82,83 verbinden, die drehbar auf der Welle gelagert und axial mit geeigneten Mitteln, z.B. mit Scheiben &k oder einer Schulter 85 gehalten sind. Zwischen den beiden Zahnrädern ist mit

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wenigstens einer Paßfeder 86 drehfest, aber axial verschiebbar eine Führungsmuffe 87 aufgesetzt, auf die noch näher eingegangen wird. Auf der Führungsmuffe ist eine Schaltmuffe l6 längsverschiebbar geführt. Sie ist auf der Führungsmuffe mit nicht gezeichneten bekannten Mitteln gegen Drehung gesichert. Beiderseits der Führungsmuffe ist je ein Reibring (Konusring 89»90) drehbar zentriert. Der Außendurchmesser der Konusringe entspricht etwa dem Außendurchmesser der Führungsmuffe. Die Konusringe sind mit je einem Innenkonus 91>92 versehen; die jeweils mit einem Außenkonus 93» 9^ der Zahnräder 82,83 zusammenwirken.

Die Konusringe 89,90 und die Führungsmuffe 87 sind an den einander zugekehrten Seiten mit ebensolchen Taschen 40,4l versehen, die jeweils eine Schrägfläche k2,k3 aufweisen und zwischen denen Gleitkörper 50 eingelegt sind, wie im Beispiel nach Figur 1. Deswegen gilt für die gesamte Schalteinrichtung und die Wirkung der Gleitkörper das zum ersten Beispiel Gesagte und entsprechende Teile sind in Figur k mit denselben Nummern versehen wie die Teile in den Figuren 1, 3 und 5· Abweichend ist nur, daß statt der Lamellen 20,21 hier die Innenkonen 91»92 und die Außenkonen 93»9^ aufeinandergepreßt werden.

Die Führungsmuffe 87 ist, wie bereits erwähnt, auf der Welle 8l axial verschiebbar aufgesetzt. In ihrer Neutralstellung wird sie von zwei Sprengringen 95»96 gehalten, die mit geringem radialem Spiel in Ringnuten 97»98 in der Welle 8l eingelegt sind. Die Nuten sind breiter als die Sprengringe und

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der Abstand a ihrer der Führungsmuffe zugewendeten seitlichen Begrenzungen entspricht im wesentlichen der Breite der Führungsmuffe. Auf die der Führungsmuffe abgewendeten Seite der Sprengringe drücken Tellerfedern 99|1OO, die sich auf der anderen Seite gegen eine das Zahnrad 82,83 axial führende Scheibe 101,102 abstützen. Die Wirkung der Tellerfedern entspricht der der Tellerfedern 59,60 im ersten Beispiel. Erwähnt sei noch, daß in diesem Ausführungsbeispiel anstelle der radial angeordneten Stifte Nasen 103 in der Führungsmuffe vorgesehen sind, die in entsprechende Aussparungen in den Konusringen ragen und an deren in Umfangsrichtung gelegenen Begrenzungen zum Anschlag kommen.

Die Erfindung ist ferner nicht beschränkt auf die Verwendung von Gleitkörpern in der beschriebenen Form von Rollen. Es können selbstverständlich auch andere Formen verwendet werden, die die entsprechende Wirkung bringen.

ORIGINAL INSPECTED

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Claims

c 15, β Mönch«;-. 40 ²5°3 Lx VWo 421.00

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ANSPRÜCHE

I)₁ Schaltbare Reibungskupplung für Zahnradgetriebe mit einer Schaltmuffe, die die zu kuppelnde Welle umgibt und gegenüber dieser axial verschiebbar gelagert ist, und mit mindestens einem axial verschiebbaren Reibring, der zu einer ersten Kupplungshälfte gehört und der über Kupplungsreibflächen mit einer zweiten Kupplungshälfte zusammenwirkt und der sich zum Erzeugen der Anpreßkraft mittels an der den Kupplungsflächen abgekehrten Stirnfläche angeordneten, zur Rotationsebene geneigten Schrägflächen an der Welle abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den am Reibring (17,18) befindlichen Schrägflächen (42) einerseits und den an der Welle (10) befindlichen Schrägflächen (43) andererseits jeweils ein Gleitkörper (50) angeordnet ist.

2) Schaltbare Reibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitkörper (50) Rollen sind, deren Achsen (52) parallel zu den Schrägflächen (^2,43) verlaufen.

3) Schaltbare Reibungskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen ballig sind.

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k) Schaltbare Reibungskupplung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch .gekennzeichnet, daß die Reibungskupplung als federbelastete Sicherheitskupplung ausgebildet ist, bei der sich die beim Einschaltvorgang aufeinandergepreßten Reibkörper (20,21) gegen eine Feder (59i6o) abstützen, die zwischen den die Kupplungsreibflächen tragenden Körpern einerseits und dem zu kuppelnden Zahnrad (11,12) andererseits angeordnet ist.

5) Schaltbare Reibungskupplung nach Anspruch 1, 2 oder 3i dadtirch gekennzeichnet, daß die Reibungskupplung als federbelastete Sicherheitskupplung ausgebildet ist, bei der die Schaltmuffe (l6) auf einer auf der zu kuppelnden Welle aufgesetzten axial verschiebbaren Führungsmuffe (87) axial verschiebbar gelagert ist und bei der sich die beim Einschaltvorgang aufeinandergepreßten Reibkörper (91» 92, 93 . 9^t) gegen eine Feder (99,100) abstützen, die auf der den Kupplungsreibflächen abgewandten Seite der Führungsmuffe zwischen dieser und der Welle oder zwischen der Führungsmuffe und einem mit der Welle festverbundenen Teil angeordnet ist.

6) Schaltbare Reibungskupplung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß für den Weg der Feder (59,60; 99,100) zwei Anschläge angeordnet sind, von denen der erste (57i 58; 95,96) bis zum Überschreiten und der zweite (63,103) beim Überschreiten des maximal zulässigen Drehmomentes

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wirksam ist, wobei der zweite Anschlag (63₅1O3) vorzugsweise in Umfangsrichtung wirkend angeordnet ist.

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