DE3312104A1 - Speed-dependent clutch - Google Patents

Speed-dependent clutch

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Uwe Dipl.-Ing. 3167 Burgdorf Scher
Michael Ing. Willmann (grad.), 3180 Wolfsburg
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D43/00—Automatic clutches
    • F16D43/02—Automatic clutches actuated entirely mechanically
    • F16D43/04—Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by angular speed
    • F16D43/06—Automatic clutches actuated entirely mechanically controlled by angular speed with centrifugal masses actuating axially a movable pressure ring or the like

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

A speed-dependent clutch for connecting or separating an input shaft (1) and an output shaft (2) when a predetermined limiting speed of rotation is undershot or exceeded has a first adjustably held clutch member (6) which is connected to one of the shafts and can be connected by frictional engagement to a second clutch member (4) connected to the other shaft. In this arrangement, at least one control element (25) possessing mass, which is held on the input shaft (1), can be displaced radially counter to a return spring (20) under the action of centrifugal force and engages on the movable clutch member (6) is provided. This control element (25) possessing mass is to be designed in such a way that, when the predetermined limiting speed of rotation is exceeded, it actuates the displaceable clutch member (6) in the direction of release. The clutch members (4, 6) are formed by flanges (4, 6) which are provided with internal tapered surfaces (5, 7), can be displaced axially relative to one another and between which radially displaceable intermediate parts (8) of the clutch, which are provided with external tapered surfaces (18, 19), are held. In addition to the non-positive connection, a positive connection is effected with the aid of a ball ring comprising balls (32) which are held in a cage (35), are distributed non-uniformly over the circumference and engage in correspondingly arranged recesses (33, 34) on the mutually facing front faces of the two flanges (4, 6). <IMAGE>

Description

Drehzahlabhängig gesteuerte Kupplung Speed-dependent controlled clutch

Die Erfindung bezieht sich auf eine drehzahlabhängig gesteuerte Kupplung zur Verbindung bzw. Trennung einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a speed-dependent controlled clutch for connecting or separating a drive shaft and an output shaft according to the Preamble of claim 1.

Es sind nach diesem Prinzip aufgebaute Kupplungen bekannt, die als Fliehkraftkupplungen so ausgebildet sind, daß sie bei über schreitung einer vorgegebenen Drehzahl eine Verbindung zwischen der Antriebs und der Abtriebswelle herstellen bzw. umgekehrt bei Unterschreitung dieser Drehzahlgrenze die Verbindung zwischen den beiden Wellen trennen.There are built according to this principle clutches known as Centrifugal clutches are designed so that they are exceeded when a predetermined Speed establish a connection between the drive and the output shaft or vice versa, if the speed falls below this limit, the connection between separate the two shafts.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, eine Kupplung zu schaffen, die gerade in umgekehrter Weise funktioniert, also bei Überschreitung einer bestimmten Drehzahlgrenze die Verbindung trennt bzw. bei Unterschreiten dieser Grenze die Verbindung wieder herstellt.The object on which the invention is based, on the other hand, is to create a clutch that works in exactly the opposite way, i.e. at Exceeding a certain speed limit disconnects the connection or falls below it this limit re-establishes the connection.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung ergibt sich dabei dann, wenn die Kupplungsglieder durch mit Innenkonusflächen versehene, axial gegeneinander verstellbare Flansche gebildet sind, zwischen denen mit Außenkonusflächen versehene, radial verstellbare Kupplungszwischenteile gehalten sind. Der Reibschluß zwischen den beiden Kupplungsgliedern erfolgt also nicht unmittelbar, sondern auf dem Umweg über die Eupplungszwischenteile, die den besonderen Effekt bringen, daß mit zunehmender Annäherung der Kupplungsglie der aneinander der Reibschluß durch die sich vergrößernde Rückstellkraft der die Kupplungszwischenteile radial nach außen beaufschlagenden Federn erhöht wird.This problem is solved according to the characterizing part of the patent claim 1. A particularly useful embodiment is obtained when the coupling members by axially adjustable flanges with inner conical surfaces are formed, between which provided with outer conical surfaces, radially adjustable Coupling intermediate parts are held. The frictional engagement between the two coupling members thus takes place not directly, but by way of the intermediate coupling parts that make up the bring special effect that with increasing approach of the coupling members the frictional engagement with each other due to the increasing restoring force of the intermediate coupling parts is increased radially outwardly acting springs.

Insbesondere dann, wenn es auf eine winkelgetreue Kupplung zwischen den beiden Wellen ankommt, wenn also eine bestimmte Winkelstellung für die endgültige Zusammenkupplung erforderlich ist, soll die Eupplung gemäß einem weiteren Vorschlag Mittel zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung zwischen den beiden Wellen aufweisen. Diese Mittel können beispielsweise durch einen in einem Käfig gehaltenen Kugelring gebildet sein, der mit ungleichmäßig über den Umfang verteilten Kugeln versehen ist, die in entsprechend angeordnete Ausnehmungen an den einander zugewandten Stirnflächen der beiden Kupplungsglieder eingreifen.Especially when it comes to a true-angle coupling between the two waves arrives, so if a certain angular position for the final Coupling is required, the coupling should according to a further proposal Means for producing a form-fitting connection between the two shafts exhibit. These means can be held in a cage, for example Ball ring be formed with balls that are unevenly distributed over the circumference is provided in correspondingly arranged recesses on the facing Engage the end faces of the two coupling links.

In der Zeichnung ist ein Busführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Längsschnittes durch eine drehzahlabhängig gesteuerte Eupplung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei ist mit 1 eine Antriebswelle und mit 2 eine über eine Kupplung 3 mit der Antriebswelle 1 verbindbare Abtriebswelle angegeben.. Die Eupplung 3 wird im wesentlichen von zwei Kupplungsgliedern 4 und 6 gebildet, von denen das Kupplungsglied 4 als starr mit der Abtriebswelle 2 verbundener Flansch ausgebildet ist, der auf der dem anderen Kupplungsglied zugewandten Seite eine Cnnenkonusfläche 5 aufweist Das andere, ebenfalls als Flansch ausgebildete Kupplungsglied 6 ist mit der Antriebswelle 1 verbunden, indem ein an dem Flansch 6 angebrachter zylindrischer Fortsatz 23, der an seinem Außenumfang mit einer Kerbverzahnung versehen ist, in einer mit einer entsprechenden Innenverzahnung versehenen Bohrung 24 eines auf der Antriebswelle 1 gehaltenen Verstellträgergehäuses.-21 axial verschieblich, aber unverdrehbar gehalten ist. Auch der Flansch 6 weist an der dem feststehenden Flansch 4 zugewandten Seite eine Innenkonusfläche 7 auf.In the drawing, an example bus routing of the invention is based on a longitudinal section through a speed-dependent controlled clutch and is explained in more detail below. Here is a drive shaft with 1 and with 2 shows an output shaft that can be connected to the drive shaft 1 via a coupling 3 .. The coupling 3 is essentially formed by two coupling members 4 and 6, of which the coupling member 4 is a flange rigidly connected to the output shaft 2 is formed, which on the side facing the other coupling member has a Cnnenkonusfläche The other coupling member 6, which is also designed as a flange, is with the drive shaft 1 connected by a mounted on the flange 6 cylindrical Extension 23, which is provided with serrations on its outer circumference, in a provided with a corresponding internal toothing hole 24 one on the Drive shaft 1 held Verstellträgergehäuses.-21 axially displaceable, but is held non-rotatable. The flange 6 also has the fixed flange 4 has an inner conical surface 7 facing the side.

Das Verstellträgergehäuse 21 weist über den Umfang verteilt Ausnehmungen 29 auf, in denen radial nach außen bewegliche Fliehgewichte 25 angeordnet sind, die als um einen Schwenkzapfen 26 verschwenkbare zweiarmige Hebel ausgebildet sind. Der radial nach innen gerichtete Hebel 27.greift dabei in eine Nut 28 des zylindrischen Fortsatzes 23 des verstellbaren flansches 6 ein, so daß bei einer durch fliehkraft bedingten Verstellung der Fliehgewichte 25 eine Axialverschiebung des als Kupplungsglied wirkenden flansches 6 erfolgt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß mit Zunahme der Drehzahl der Antriebswelle 1 das radial nach außen gedrückte fliehgewicht 25 den Flansch 6 in Ausruckrichtung der Kupplung 3 verstellt Dieser fliehkraftbedingten Verstellung wirken Rückstellfedern 20 entgegen, die am äußeren Umfang des flansches 6 angreifen und mit ihrem anderen Ende sich an dem Verstellträgergehäuse 21 abstützen, wobei Fährungsbolzen 22 zur Fhrung der Federn vorgesehen sind. Die Federn sind ebenso wie die Fliehgewichte gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet. Mit 30 ist: übrigens noch ein Haltering bezeich net, der das VerstellträgerFehäuse 21 im Bereich der Schwenkachsen 26 de=fliehgewichte 25 zusammenhalt, während 31 einen das Verstellträgergehäuse 21 umgreifenden Deckel darstellt.The adjustment support housing 21 has recesses distributed over the circumference 29, in which centrifugal weights 25 arranged are designed as two-armed levers pivotable about a pivot pin 26 are. The radially inwardly directed lever 27. engages in a groove 28 of the cylindrical extension 23 of the adjustable flange 6, so that at a due to centrifugal force induced adjustment of the flyweights 25 an axial displacement of the flange 6 acting as a coupling member takes place. The arrangement is like this taken that as the speed of the drive shaft 1 increases, the radially outward pressed centrifugal weight 25 adjusts the flange 6 in the disengagement direction of the clutch 3 This centrifugal force-related adjustment counteract return springs 20, which are on attack the outer periphery of the flange 6 and at the other end of the Support adjustment carrier housing 21, with guide bolts 22 for guiding the springs are provided. The springs, like the flyweights, are evenly distributed over the Perimeter arranged distributed. With 30 is: by the way, another retaining ring is designated, which the adjustment carrier housing 21 in the area of the pivot axes 26 de = flyweights 25 hold together, while 31 has a cover encompassing the adjustment support housing 21 represents.

Die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle- 2 erfolgt nun nicht durch direkten Angriff der beiden, durch die flansche 4 und 6 gebildeten Kupplungsglieder, sondern unter Zwischenschaltung von Kupplungszwischenteilen 8, die in radialer Richtung verstellbar auf einem Trägerteil 9 gehalten sind. Dabei weisen diese- Kupplungszwischenteile 8 jeweils nach beiden Seiten konisch abfallende Außenmäntel 18 bzw. 19 auf, die mit den Innenkonusflächen 5, 7 der flansche 4 und 6 in reibschlüssigen Kontakt bringbar sind.The positive connection between the drive shaft 1 and the Output shaft 2 is now not done by direct attack by the two flanges 4 and 6 formed coupling links, but with the interposition of Coupling intermediate parts 8, which are adjustable in the radial direction on a carrier part 9 are held. These intermediate coupling parts 8 each point towards both Pages conically sloping outer jackets 18 and 19, which are connected to the inner conical surfaces 5, 7 of the flanges 4 and 6 can be brought into frictional contact.

Die Kupplungszwischenteile 8 weisen weiter Bohrungen 17 auf, mit denen sie auf radial gerichteten FUhrungsbolzen 11 verschiebbar gehalten sind,die ihrerseits in radialen Bohrungen 16 des Trägerteils 9 befestigt sind. Schließlich sind Federn 10 vorgesehen, die die Eupplungszwischenteile 8 radial nach außen in Kontakt mit den Innenkonusflächen 5, 7 der Flansche 4 und 5 drücken.The intermediate coupling parts 8 further have bores 17 with which they are held displaceably on radially directed guide bolts 11, which in turn are fastened in radial bores 16 of the carrier part 9. After all, are feathers 10 provided, which the Eupplungs intermediate parts 8 radially outwardly in contact with press the inner conical surfaces 5, 7 of the flanges 4 and 5.

Das Trägerteil 9 seinerseits ist durch zylindrische Ansätze 12 und 14 in zentrischen Bohrungen 13 und 15 der beiden Flansche 4 und 6 und damit in den Wellen 1 bzw. 2 drehbar gelagert.The carrier part 9 in turn is by cylindrical lugs 12 and 14 in central bores 13 and 15 of the two flanges 4 and 6 and thus in the Shafts 1 and 2 rotatably mounted.

Neben der kraftschlüssigen Kupplungsmöglichkeit für die beiden flansche 4 und 6 besteht noch die Möglichkeit der formschlüssigen Verbindung. Dazu ist bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel ein in einem Käfig 35 gehaltener Ring aus vorzugsweise ungleichmäßig über den Umfang verteilten Kugeln 32 vorgesehen, die jeweils in in-.entsprechender Anordnung angebrachten Ausnehmungen 33 bzw. 34 an den Stirnseiten der beiden Flansche 4 und 6 eingreifen. Die ungleichmäßige Verteilung der Kugeln 32 des gugelringes hat dabei den Sinn, eine formschlüssige Verbindung der beiden Kupplungsglieder nur in einer ganz bestimmten Winkelstellung der beiden Wellen 1, 2 zueinander zu erreichen, wenn dies für bestimmte Anwendungsfälle gewünscht wirdm Wenn die Winkelstellung für die Einkupplung dagegen unkbStmsch ist, dann können die Kugeln des Kugelringes selbstverständlich auch gleichmäßig er den Umfang verteilt angeordnet sein.In addition to the non-positive coupling option for the two flanges 4 and 6 there is still the possibility of a positive connection. This is at In the embodiment shown in the drawing, one held in a cage 35 Ring of balls 32 preferably distributed unevenly over the circumference is provided, the recesses 33 and 34 respectively made in a corresponding arrangement engage on the end faces of the two flanges 4 and 6. The uneven distribution the balls 32 of the gugelring has the purpose of a positive connection of the two coupling members only in a very specific angular position of the two To achieve shafts 1, 2 to each other, if this is desired for certain applications wirdm If, on the other hand, the angular position for the coupling is unkbStmsch, then you can Of course, the balls of the ball ring are evenly distributed around the circumference be arranged.

Die in der Zeichnung gezeigte Wellenkupplung funktioniert nun in der Weiser daß die Kupplung nur bis zu einer bestimmten oberen Drehzahlgrenze eingerückt bleibt, und daß bei Uberschreiten dieser vorgegebenen Drehzahlgrenze die Kupplung durch die Wirkung der fliehgewichte 25 ausgerückt wird. Dabei verschieben die radial inneren Arme 27 der Fliehgewichte 25 den gupplungsflansch 6 axial in der Zeichnung nach rechts, so daß zunächst die über den Kugelring 32, 35 erfolgte formschüssige Verbindung ausgerückt wird und auch die unter Zwischenschaltung der Kupplungszwischenteile 8 erfolgte kraftschlüssige Verbindung nicht mehr aufrechterhalten werden kann. Bei höheren Drehzahlen bleibt also die Kupplung 3 ausgerückt.The shaft coupling shown in the drawing now works in the Wise that the clutch is only engaged up to a certain upper speed limit remains, and that when this predetermined speed limit is exceeded, the clutch is disengaged by the action of the flyweights 25. The move radially inner arms 27 of the flyweights 25 the coupling flange 6 axially in the drawing to the right, so that initially the form-fit over the ball ring 32, 35 took place Connection is disengaged and also with the interposition of the intermediate coupling parts 8 the frictional connection made can no longer be maintained. at At higher speeds, clutch 3 remains disengaged.

Fällt dagegen die Drehzahl der Antriebswelle 1 wieder und unterschreitet dabei die vorgegebene Drehzahlgrenze, die natürlich abhängig von der Größe der Fliehgewichte 25 und der Größe der Federn 20 ist, dann wird der Kupplungsflansch 6 durch die Wirkung der REckstellfedern 20 wieder in Eingriff mit dem Flansch 4 gebracht. Dabei erfolgt zunächst eine kraftschlüssige Verbindung unter Zwischenschaltung der Kupplungszwischenteile 8. Je weiter dabei der Flansch 6 an den festen Flansch 4 angenähert wird, wobei die Kupplungszwischenteile 8 radial nach innen gedrückt werden, desto größer werden die auf diesem kraftschlüssigen Wege übertragbaren Drehmomente und desto kleiner wird auch der zwischen den beiden gupplungsflanschen 4 und 6 vorhandene Schlupf. Der endgültige Kupplungseingriff erfolgt nun aber so lange nicht wie nicht auch die formschlüssige Verbindung durch Eingriff der Kugeln 32 des Kugelrings in die Ausnehmungen 33 bzw. 34 an den beiden Kupplungsflanschen 4 und 6 erfolgt Dies erfolgt dabei jedoch erst dann, wenn die durch die Anordnung des gugelrings vorgegebene Winkelstellung der beiden Kupplungsflansche zueinander erreicht wird, bis also die an dem einen Flansch angebrachten, ungleichmäßig über den Umfang verteilten Ausnehaungen mit den an dem anderen Flansch angebrachten Ausnehmungen genau korrespondieren. Erst dann rückt die Kupplung voll ein, wobei dann auch der größte Kraftschluß über die Kupplungazwischenteile sichergestellt ist.If, on the other hand, the speed of the drive shaft 1 falls again and falls below it the specified speed limit, which of course depends on the size of the flyweights 25 and the size of the springs 20 is then becomes the coupling flange 6 again in engagement with the flange 4 through the action of the R return springs 20 brought. First there is a force-fit connection with interposition of the intermediate coupling parts 8. The further here the flange 6 to the fixed flange 4 is approached, the intermediate coupling parts 8 being pressed radially inward the greater the torques that can be transmitted in this frictional connection and the smaller the space between the two coupling flanges 4 and 6 becomes Slip. The final clutch engagement does not take place for as long as not also the positive connection by engagement of the balls 32 of the ball ring in the recesses 33 and 34 on the two coupling flanges 4 and 6, this is done takes place, however, only when the predetermined by the arrangement of the gugelring Angular position of the two coupling flanges to each other is achieved until the on one flange attached, unevenly distributed over the circumference recesses correspond exactly with the recesses made on the other flange. Only then does the clutch fully engage, with the greatest frictional connection over the coupling intermediate parts are ensured.

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Claims (6)

NSPR C E t. Drehzahlabhängig gesteuerte Kupplung zur Verbindung bzw. Trennung einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle bei Unter- bzw. NSPR C E t. Speed-dependent controlled clutch for connection or Separation of a drive shaft and an output shaft in the case of under- resp. tberschreitung einer vorgegebenen Drehzahlgrenze mit einem ersten, mit einer der Wellen verbundenen, verstellbar gehaltenen Eupplungsglied, das mit einem zweiten, mit der anderen Welle verbundenen Kupplungsglied durch Reibschluß verbindbar ist, und mit wenigstens einem an der Antriebswelle gehaltenen, unter der ein wirkung der Zentrifugalkraft radial entgegen einer Rückstellfeder verstellbaren, an dem beweglichen Kupplungsglied angreifenden massebehafteten Stellglied, dadurch gekennzeichnet, daß das massebehaftete Stellglied (25) derart ausgebildet ist, daß es bei Uberschreitung der vorgegebenen Drehzahlgrenze das verstellbare Kupplungsglied (6) in Ausrückrichtung betätigt. exceeding a specified speed limit with a first, with one of the shafts connected, adjustably held Eupplungs member, which with a second coupling member connected to the other shaft by frictional engagement is connectable, and with at least one held on the drive shaft, under the effect of the centrifugal force can be adjusted radially against a return spring, mass actuator engaging on the movable coupling member, thereby characterized in that the mass-afflicted actuator (25) is designed such that it the adjustable coupling member when the predetermined speed limit is exceeded (6) actuated in the disengaging direction. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eupplungsglieder durch mit Innenkonusflächen (5, 7) versehene, axial gegeneinander verstellbare Fiansche (4, 6) gebildet sind, zwischen denen mit Außenkonusilächen (18, 19) versehene, radial verstellbare Kupplungszwischenteile (8) gehalten sind. 2. Coupling according to claim 1, characterized in that the Eupplungsglieder by means of axially adjustable flanges which are provided with inner conical surfaces (5, 7) (4, 6) are formed, between which with outer conical surfaces (18, 19) provided, radially adjustable intermediate coupling parts (8) are held. 3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Eupplungszwischenteile (8) auf einem konzentrisch zur Antriebs-und Abtriebswelle (1, 2) drehbar gelagerten Trägerteil (9, 11, 12, 14) gehalten sind. 3. Coupling according to claim 2, characterized in that the coupling intermediate parts (8) on a rotatably mounted concentric to the input and output shafts (1, 2) Support part (9, 11, 12, 14) are held. 4. Kupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungszwischenteile (8) durch Federn (10) radial nach außen beaufschlagt sind.4. Coupling according to claim 2 or 3, characterized in that the Coupling intermediate parts (8) are urged radially outward by springs (10). 5. Kupplung nach einem der Anspruche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (32 - 35) zur Herstellung einer in einer bestimmten Winkelstellung erfolgenden, formschlüssigen Verbindung zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle (1, 2) vorgesehen sind.5. Coupling according to one of claims 1 to 4, characterized in that that means (32 - 35) for producing a taking place in a certain angular position, form-fitting connection between the drive shaft and the output shaft (1, 2) is provided are. 6 Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem in einem Käfig (35) gehaltenen Kugelring mit ungleichmäßig über den Umfang verteilten Kugeln (32) bestehen, die in entsprechend angeordnete Ausnehmungen (33, 34) an den einander zugewandten Stirnflächen der beiden Flansche (4, 6) eingreifen.6 coupling according to claim 5, characterized in that the means from a ball ring held in a cage (35) with unevenly over the circumference distributed balls (32) are made in correspondingly arranged recesses (33, 34) engage on the facing end faces of the two flanges (4, 6).
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