DE3825355A1 - Elektromagnetische kupplungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungsvorrichtung zur Bildung einer umkehrbaren mechanischen Verbindung zwischen einem Antriebsmotor und dessen mechanischer Last. Die Erfin­ dung wurde als Teil eines elektrischen Betätigers in einer Geschwindigkeitsregelungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge konzipiert, aber kann auch in anderen Anwendungszusammenhängen nützlich sein.

In einem Geschwindigkeitsregelsystem für Kraftfahrzeuge, das von einem elektrischen Betätiger Gebrauch macht, wie er in der US-Patentschrift 46 56 407 offenbart ist, ist ein Kupplungs­ mechanismus erforderlich, der den elektrischen Servomotor mit dem Element, das die Geschwindigkeit des Fahrzeugmotors ändert, mechanisch verbindet. Eine Kupplung ist erforderlich, um die mechanische Last zu begrenzen, gegen die der Elektro­ motor arbeitet, und um den Motor vor Schaden durch zu große Stromstärke zu bewahren. In einem solchen System ist es ferner erwünscht, daß die Kupplung aufgrund elektrischer Betätigung eingeschaltet bzw. gelöst wird, damit die Kupplung in die gesamte Regelschleife eingeschlossen werden kann. Ein be­ kanntes Verfahren zur Erzielung des letztgenannten Ziels ist die Benutzung elektromagnetischer Kraft zur Einschaltung der Kupplung.

Im Stand der Technik finden sich zwei prinzipielle Konstruk­ tionen für elektromagnetische Kupplungen. Die eine ist der Typ der Reibungskupplung, der auch im Antrieb gewöhnlicher Kraft­ fahrzeuge gefunden wird, wo das Drehmoment von einer sich drehenden Platte auf eine andere bei der zwischen den beiden Platten vorhandene Reibung übertragen wird. In einer elektro­ magnetischen Kupplung des Typs der Reibkupplung werden die Platten durch die Verwendung elektromagnetischer Kraft zusam­ mengehalten statt durch die Benutzung von Federn wie in Kraftfahrzeugantrieben. Der zweite Typ elektromagnetischer Kupplungen ist der Eingriffstyp, der elektromagnetische Kraft zur Aufrechterhaltung des Eingriffs von Zahnrädern, Stiften oder anderen Eingriffseinrichtungen verwendet. Beide Typen können so konstruiert werden, daß das Drehmoment, gegen das der Antriebsmotor drehen muß, durch Begrenzung der elektroma­ gnetischen Kraft begrenzt wird, die die Kupplung in Eingriff hält. Wenn die auf die Kupplung ausgeübte Kraft diese elek­ tromagnetische Haltekraft übersteigt, wird eine Kupplung des Eingriffstyps gelöst, während eine Reibkupplung schlupft. Beide Konstruktionen können daher selbstlösend genannt werden.

Wie gesagt, muß eine Kupplung als Teil eines elektrischen Geschwindigkeitsregelsystems für Kraftfahrzeuge selbstlösend sein, um sowohl Schaden an dem elektrischen Antriebsmotor als auch gefährliche Überhitzung des Motors zu verhindern. Dies bedeutet bei jeder der beiden beschriebenen Vorrichtungen des Standes der Technik, daß die elektromagnetische Haltekraft mindestens so groß sein muß wie die Maximalkraft, gegen die das Betätigungssystem bei der Bewegung des Drosselelements des Fahrzeugs arbeiten muß. Diese Maximalkraft ist vornehmlich bestimmt durch die Drosselfeder des Vergasers, gegen die der Betätiger bei der Änderung der Motorgeschwindigkeit eines üblichen Kraftfahrzeugs ziehen muß. Da bei solchen Drosselfe­ dern eine Kraft zur Streckung der Feder von mehr als 10 kp nicht ungewöhnlich ist, muß die Kupplung in der Lage sein, diesen Kraftbetrag auf die Drossel zu übertragen. Dies führt zu einer Anzahl von Konstruktionsproblemen bei der Verwendung einer elektromagnetischen Kupplung. Erstens werden verhält­ nismäßig große Beträge von elektrischer Kraft benötigt, da die elektromagnetische Haltekraft mindestens ebenso groß wie die maximale Betätigungskraft (noch größer im Falle von Reibkupplungen) sein muß. Auch wird die erforderliche Kupplung physisch groß sein und erhebliche Wärmemengen produzieren. Alle diese Faktoren vergrößern die Gesamtkosten des Systems.

Ein Weg zur Überwindung der Probleme, die mit der Betätigung gegen verhältnismäßig große mechanische Last verbunden sind, ist die Nutzung der Drehmomentverminderung mittels eines Getriebes zwischen dem Antriebsmotor und der Motordrossel. Elektrische Geschwindigkeitsregelsysteme machen normalerweise Gebrauch von solchen Getrieben, um die Größe des erforder­ lichen elektrischen Antriebsmotors zu reduzieren. Durch die Einschaltung der Kupplung zwischen dem Antriebsmotor und dem ersten angetriebenen Zahnrad muß die Kupplung nur gegen dasselbe Maximaldrehmoment arbeiten, gegen das zu arbeiten auch der Antriebsmotor ausgelegt ist, nämlich infolge des von dem Getriebe erzeugten mechanischen Vorteils. Jedoch ist es bei Geschwindigkeitsregelsystemen für Kraftfahrzeuge uner­ wünscht, die Kupplung anders als zwischen der Drossel und dem letzten angetriebenen Zahnrad des Getriebes anzuordnen. Der Grund dafür liegt darin, daß das Getriebe infolge eines beschädigten Zahnrads oder der Anwesenheit von Fremdstoff blockiert werden könnte. Wenn die Kupplung im Antriebsweg vor dem beschädigten Zahnrad liegt, verursacht die Lösung der Kupplung keine Lösung der Drossel. Aus offensichtlichen Sicherheitserwägungen ist es erwünscht, daß die Lösung der Kupplung stets zu einer Rückkehr zu manueller Steuerung der Drossel führt.

Es ist demgemäß erkennbar, daß eine Notwendigkeit zur Schaf­ fung einer Vorrichtung besteht, die die obigen aufgezählten Probleme in bezug auf Geschwindigkeitsregelsysteme bei Kraft­ fahrzeugen überwindet. Darauf ist die vorliegende Erfindung gerichtet.

Die vorliegende Erfindung offenbart eine elektromagnetische Kupplungsvorrichtung, die zur Überwindung der besonderen Probleme bei elektrisch betätigbaren Geschwindigkeitsregelsystemen für Kraftfahrzeuge konstruiert ist. Die Vorrichtung ist konstruktionsbedingt selbstlösend, wodurch die maximale mechanische Last begrenzt wird, gegen die der Motor ggf. arbeiten muß. Sie ist auf die Anordnung zwi­ schen dem letzten Abtriebszahnrad des Getriebezugs und der Motordrossel ausgelegt und überwindet dennoch die Probleme, die mit einer solchen Anordnung verbunden sind, weil das Drehmoment, zu dessen Übertragung die Kupplung ausgelegt ist, nicht direkt von der elektromagnetischen Kraft abhängt, die zur Aufrechterhaltung des Einschaltzustands der Kupplung erforderlich ist.

Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt ein Differentialgetriebe zur Übertragung von Drehmo­ ment zwischen einer Antriebswelle und einer angetriebenen Welle. Eine typische Differentialgetriebe-Anordnung umfaßt zwei Zahnräder, nämlich ein angetriebenes Kegelrad und ein antreibendes Kegelrad, die um dieselbe Welle rotieren und von dieser getragen sind und die einander zugewendete Zähne haben. Zwischen diesen zwei Zahnrädern befinden sich zwei Satel­ litenräder, die sowohl in das angetriebene Kegelrad als auch in das antreibende Kegelrad eingreifen. Jedes Satellitenrad dreht sich um eine Achse, die mit einer Getriebenabe verbunden ist, die sich um dieselbe Welle dreht, die auch das angetrie­ bene und das antreibende Kegelrad trägt. Die beiden Achsen, die die Satellitenräder tragen, sind so ausgerichtet, daß die beiden Satellitenräder sich um eine gemeinsame Mittelachse drehen.

In einer Differentialgetriebe-Anordnung kann sich eine Anzahl verschiedener mechanischer Bewegungen ergeben; jedoch wird diese Beschreibung sich auf diejenigen konzentrieren, die für die Arbeitsweise eines Differentialgetriebes als Kupplung wichtig sind. Insbesondere sollte man vermerken, daß das antreibende Kegelrad ohne Übertragung eines Drehmoments auf das angetriebene Kegelrad gedreht werden kann, wenn die Getriebenabe, an der die die beiden Satellitenräder tragenden Achsen montiert sind, sich frei um die Achse drehen kann, die das treibende und das angetriebene Kegelrad trägt. Dies kommt daher, daß die beiden Satellitenräder zur Drehung in solchen Richtungen gebracht werden, daß sie die Drehung der Getriebe­ nabe um ihre Achse veranlassen. Wenn das zur Drehung des angetriebenen Rads erforderliche Drehmoment größer ist als das zur Drehung jeden Satellitenrads und der Nabe erforderliche Drehmoment, wird sich jedes Satellitenrad im Eingriff mit den entsprechenden Zähnen um den Umfang des angetriebenen Rads drehen, und kein Drehmoment wird auf das angetriebene Rad übertragen. Wenn jedoch die Getriebenabe an Drehung gehindert wird, bleibt jedes Satellitenrad stationär und übermittelt Drehmoment direkt von dem antreibenden Kegelrad auf das angetriebene Kegelrad, wodurch das letztere zu einer Drehung in einer Richtung entgegen derjenigen des ersteren veranlaßt wird. Es ist diese Eigenschaft einer Differentialgetriebe-An­ ordnung, daß sie die Möglichkeit einer Drehmomentübertragung umkehrbar schaffen und fehlen lassen kann, die sie für die Verwendung als Kupplung geeignet macht.

Demgemäß kann eine Differentialgetriebe-Kupplung, wie sie oben beschrieben wurde, gelöst oder geschlossen werden, je nach dem, ob die Nabe zur Drehung frei ist bzw. nicht frei ist. Die vorliegende Erfindung verwendet weitere neue Mittel, um gleichzeitig elektrische Einschaltung der Kupplung und eine selbstlösende Eigenschaft der Kupplung, durch die das über­ tragbare Drehmoment beschränkt wird, zu erreichen. Zur Ver­ hinderung der Drehung der Getriebenabe wird ein mechanischer Anschlag verwendet, der mit dem Ende eines der Achsen in Berührung tritt, um die die Satellitenräder sich drehen, und dadurch weitere Bewegung desselben verhindert. Dieser mecha­ nische Anschlag ist weiter verbunden mit oder Teil von einer drehbaren Eingriffswelle, die lotrecht zu der Drehebene der Nabe ausgerichtet ist. Der mechanische Anschlag ist verbunden mit oder Teil von der Eingriffswelle in solcher Weise, daß er als Hebel wirkt, der einen Drehmoment auf die Eingriffswelle überträgt, wenn das Ende einer der Achsen, um die sich die Satellitenräder drehen, eine Kraft auf den mechanischen Anschlag überträgt. Die Eingriffswelle, die den mechanischen Anschlag umfaßt, ist weiterhin durch ein Seil mit einem Elektromagnet in solcher Weise verbunden, daß bei Einschaltung des Elektromagnets die Eingriffswelle sich bei Bewegung des Magnetelements um ihre Längsachse in eine Stellung dreht, die den mechanischen Anschlag in die Lage versetzt, weitere Drehung der Getriebenabe zu verhindern. Wenn der mechanische Anschlag mit einem der Enden der Achsen, um die sich die Satellitenräder drehen, in Eingriff kommt, übernimmt der Anschlag die Rolle eines Hebels, der ein Drehmoment auf die Eingriffswelle ausübt, mit der er verbunden ist oder von der er einen Teil darstellt, wodurch die Eingriffswelle zu einer Drehung in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen gedrängt wird, die von dem Elektromagnet erzeugt wird. Wenn dieses Drehmoment eine Kraft in dem mit dem Elektromagnet- Element verbundenen Seil erzeugt, die größer als dessen elektromagnetische Haltekraft ist, wird das Magnetelement weg aus seiner Einschaltstellung gezogen und der mechanische Anschlag dreht sich in eine Stellung, die die Drehung der Getriebenabe gestattet. Dadurch wird eine selbstlösende Eigenschaft hergestellt.

Das angetriebene Rad ist ferner verbunden mit einer Seil­ scheibenanordnung, die entsprechend der Drehung des angetrie­ benen Rads eine Bewegung des Drosselelements des Motors verursacht. Die durch die vorliegende Erfindung offenbarte Kupplungsvorrichtung überträgt somit Drehmoment von dem Antriebsmotor auf die Scheibenanordnung, die dann die Drossel betätigt. Die Kupplung wird elektrisch durch Energieversorgung des Elektromagnets eingeschaltet. Die Kupplung ist aufgrund ihrer Bauweise selbstlösend, da sie sich löst, wenn die Kraft an dem Elektromagnet groß genug wird, um das Magnetelement aus seiner eingeschalteten Position herauszuziehen. Auf diese Weise wird eine maximale Drehmomentbelastung festgelegt, gegen die der Antriebsmotor arbeiten kann, die im direkten Verhält­ nis zu der elektromagnetischen Haltekraft des Elektromagnets variiert. Die Proportionalitätskonstante, durch die die maximale Drehmomentbelastung und die maximale elektromagne­ tische Haltekraft miteinander verknüpft sind, kann jedoch selbst dadurch variiert werden, daß die mechanische Hebelwir­ kung verstellt wird, die zwischen den mit der Getriebenabe verbundenen Achsen und der mit dem Elektromagnet verbundenen Eingriffswelle besteht. Das auf die Eingriffswelle ausgeübte Drehmoment bei irgendeinem gegebenen Betrag eines von dem Antriebsmotor erzeugten Drehmoments ändert sich ebenfalls umgekehrt mit der Länge der Achse, die mit der Getriebenabe sich dreht und die Eingriffswelle berührt.

Dank der veränderbaren Relation zwischen dem maximal zuläs­ sigen Drehmoment und der maximalen elektromagnetischen Halte­ kraft des Elektromagnets erlaubt die erfindungsgemäße Vor­ richtung die Verwendung einer wesentlich kleineren und schwä­ cheren elektromagnetischen Haltevorrichtung als irgendwelche im Stand der Technik auffindbare Vorrichtungen. Weiterhin wird dieser Vorteil erreicht, ohne daß die optimale Position der Kupplung an dem letzten Abtriebsrad des Getriebes aufgegeben wird.

Weitere Vorteile, Aspekte und Ziele der Erfindung ergeben sich für den Durchschnittsfachmann aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie aus den Ansprü­ chen. Es versteht sich, daß die Beschreibung lediglich bei­ spielhaft und nicht beschränkend ist.

In der Zeichnung sind:

Fig. 1 eine Darstellung in auseinandergezogener Anordnung der erfindungsgemäßen Differentialgetriebe-Anordnung

Fig. 2 eine dreidimensionale, perspektivische Zeichnung des gesamten Kupplungsmechanismus mit den wesentlichen Komponenten eines Apparates zur Steuerung der Geschwindigkeit für Kraftfahrzeuge, dessen Teil er bildet,

Fig. 3 eine Darstellung in auseinandergezogener Anordnung der Rückzieh-Scheibe, die von dem Kupplungsmecha­ nismus angetrieben wird, um Geschwindigkeitsände­ rungen der Maschine des Kraftfahrzeugs zu verursa­ chen,

Fig. 4 eine Draufsicht der Rückzieh-Scheibe,

Fig. 5 eine Stirnansicht der Eingriffswelle, die mit einer der Achsen des Satellitengetriebes in Berüh­ rung kommt, und zeigt drei verschiedene, mit A, B und C bezeichnete Stellungen der Eingriffswelle.

In Fig. 1 wird die Anordnung des Differentialgetriebes ge­ zeigt, wie sie in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung benutzt wird. Die Anordnung des Differentialgetrie­ bes wird in auseinandergezogener Anordnung gezeigt, so daß die Komponenten besser sichtbar werden. Das antreibende Kegelrad 2 und das angetriebene Kegelrad 1 sind beide drehbar auf Welle 5 befestigt. Ebenfalls auf Welle 5 drehbar befestigt und zwi­ schen dem antreibenden Kegelrad 2 und angetriebenen Kegelrad 1 angeordnet ist die Getriebe-Nabe 4. An gegenüberliegenden Seiten der Getriebe-Nabe 4 befestigt und senkrecht zur Welle 5 sind die für Satellitenräder bestimmten Achsen 6. Auf jeder dieser Satellitenrad-Achsen 6 ist ein Satellitenrad 3 drehbar befestigt. Wenn die Einheit zusammengebaut ist, kämmen die Zähne beider Satellitenräder sowohl mit denen des angetrie­ benen Kegelrades 1 als auch denen des antreibenden Kegel­ rades 2.

Für die Zwecke dieser Erfindung ist das Hauptmerkmal dieser Räderanordnung, daß, wenn die Nabe 4 frei um die Achse 5 rotieren kann, das antreibende Rad 2 gedreht werden kann, ohne das angetriebene Kegelrad 1 zu drehen. Das liegt daran, daß die Satellitenräder 3 dann frei auf dem Umfang des angetrie­ benen Kegelrades 1 abrollen können, während sie wegen der Rotation des antreibenden Kegelrades 2 um die Satellitenrad- Achsen 6 rotiert werden. Daß das angetriebene Kegelrad 1 in diesem Fall nicht mitgedreht wird, setzt natürlich voraus, daß das für die Drehung des angetriebenen Kegelrades 1 erforder­ liche Drehmoment größer ist, als das gesamte von den Zähnen des antreibenden Rades 2 auf die Satellitenräder 3 übertragene Drehmoment, das zur Drehung der Satellitenräder 3 und zur Drehung der Getriebe-Nabe 4 benötigt wird. Wie später in dieser Beschreibung deutlich werden wird, ist das Differenti­ algetriebe so mit den übrigen Komponenten des bevorzugten Ausführungsbeispiels verbunden, daß dies so lange der Fall ist, wie die Getriebe-Nabe 4 ansonsten frei rotieren kann.

Andererseits werden die Satellitenräder 3 zwar rotieren, aber keine translatorische Bewegung erleiden, falls eine Rotation der Getriebe-Nabe 4 bei einer Rotation des antreibenden Rades 2 verhindert wird. Das bedeutet, daß das durch die Rotation des antreibenden Rades 2 verursachte Drehmoment direkt auf das angetriebene Rad 1 übertragen wird, so daß das angetriebene Rad 1 in einer dem antreibenden Rad 2 entgegengesetzten Richtung rotiert.

In Fig. 2 wird die Darstellung eines vorteilhaften Ausfüh­ rungsbeispiels dieser Erfindung als Teil eines elektrischen Betätigungsapparates zur Steuerung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges gezeigt. Der Apparat ist so konstruiert, daß eine Betätigung des Antriebsmotors 7 entweder eine Beschleu­ nigung oder eine Verlangsamung des Kraftfahrzeugmotors verur­ sacht, je nach dem, in welcher Richtung der Antriebsmotor dreht. Die Welle des Antriebsmotors 7 ist nichtdrehbar mit dem Stirnrad 8 verbunden. Wenn dann Stirnrad 8 vom Antriebsmotor 7 angetrieben wird, treibt Stirnrad 8 ein Getriebe an, das aus den Rädern 9, 10, 11, 12 und 13 besteht. Das Zahnrad 13 ist das letzte Abtriebsrad des Getriebes und ist nicht drehbar mit dem antreibenden Kegelrad 2 des Differentialgetriebes verbun­ den. Das Zahnrad 13 dreht sich entweder um die Welle 5 oder eine andere Welle, die die gleiche Längsachse wie Welle 5 hat. Wie oben beschrieben wurde, führt die Drehung des antreibenden Kegelrades 2 zu einer Drehung der Getriebe-Nabe 4 um die Welle 5. Wie jedoch weiter unten ausführlicher beschrieben werden wird, kann die Eingriffswelle 22 so gestellt werden, daß sie mit einem der Enden der Satellitenrad-Achsen 6 physisch in Eingriff kommt und so die weitere Drehung der Getriebe-Nabe 4, mit der die Satellitenrad-Achsen 6 verbunden sind, verhindert. Wenn nun die Getriebennabe 4 an Drehung gehindert ist, führt die Drehung des antreibenden Kegelrades 2 zu einer Drehung des angetriebenen Kegelrades 1. Das angetriebene Kegelrad 1 ist nichtdrehbar mit der Rückzieh-Seilscheibe 16 verbunden, so daß die Rückzieh-Seilscheibe 16 sich zusammen mit dem angetrie­ benen Kegelrad 1 dreht.

Die Drossel 20 des Kraftfahrzeugmotors ist in Fig. 2 in Leerlaufstellung gezeigt, in der sie von der Drosselrück­ stellfeder 21 gehalten wird. Die Drossel 20 schwenkt um Welle 33 und verändert dabei die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeug­ motors. Das Seil 19 ist ebenfalls an der Drossel befestigt, und zwar am selben Ort wie die Drossel-Rückstellfeder 21. Wenn der Zug in Seil 19 die von der Drossel-Rückstellfeder 21 ausgeübte Kraft übersteigt, schwenkt die Drossel 20 um die Welle 33 in Richtung zum Seil 19 hin und erhöht so die Ge­ schwindigkeit des Motors. Die Betätiger-Rückstellfeder 25 ist mit einem ihrer Enden an einem nicht näher gekennzeichneten, unbeweglichen Bauteil befestigt und mit dem anderen Ende am Zapfenstück 32 der Rückzieh-Scheibe 16 befestigt. Wenn keine anderen Drehmomente auf die Rückziehscheibe 16 wirken, hält die Betätiger-Rückstellfeder 25 die Rückziehscheibe 16 in einer Stellung, die von dem Kontakt des Zapfenstückes 32 mit dem Anschlag 26 definiert wird. Der Anschlag 26 ist ein unbeweglicher Bauteil des Apparates. Wenn auf das angetriebene Kegelrad 1 ein Drehmoment wirkt, das größer ist als das Drehmoment, das von der Betätiger-Rückstellfeder 25 auf die Rückziehscheibe 16 ausgeübt wird, beginnt die Rückziehscheibe 16 sich in einer Richtung zu drehen, die den Zug im Seil 19 erhöht. Das Seil 19 ist mit der Rückziehscheibe 16 über den Haltezapfen 18 verbunden. Der Haltezapfen 18 ist an dem Seil 19 befestigt und liegt gleitfähig in einem halbkreisförmigen Schlitz 17 der Rückziehscheiben 16.

Wenn der Haltezapfen 18 zu dem Ende des halbkreisförmigen Schlitzes 17 geglitten ist, das dem Zapfenstück 32 am nächsten ist, verursacht eine Drehung der Rückziehscheibe 16 weg von dem Anschlag 26 eine Spannung in dem Seil 19. Der Antriebsmo­ tor 7 ist so ausgelegt, daß er einen Zug erzeugt, der größer ist als die von der Betätiger-Rückstellfeder 25 und der Drossel-Rückstellfeder 21 ausgeübten Kräfte; dieser Zug veranlaßt daher die Drossel 20 zu einer Schwenkbewegung weg von der Lehrlaufstellung, wenn der Antriebsmotor 7 sich in der entsprechenden Richtung dreht. Wenn der Kupplungsapparat nicht in Eingriff ist, sorgt die Betätiger-Rückstellfeder 25 für die Rückkehr der Rückziehscheibe 16 in diejenige Stellung, in der das Zapfenstück 32 an dem Anschlag 26 anliegt. Das von der Betätiger-Rückstellfeder 25 auf die Rückziehscheibe 16 in dieser Stellung ausgeübte Drehmoment stellt auch sicher, daß bei gelöster Kupplung die Drehung des antreibenden Kegelrads 2 keine Drehung des angetriebenen Kegelrads 1 erzeugt. Die Drossel-Rückstellfeder 21 dient dann dazu, die Drossel 20 in der Leerlaufstellung zu halten, es sei denn, daß die Drossel durch nicht gezeigte Mittel manuell verdreht wird.

Die Rückziehscheibe 16 ist so konstruiert, daß dann, wenn die Drossel 20 manuell aus ihrer Leerlaufstellung verdreht wird, wobei sie das Seil 19 zu der Rückziehscheibe 16 hin bewegt, der Haltezapfen 18 in dem halbkreisförmigen Schlitz 17 glei­ tet. Wie in Fig. 4 gezeigt, tritt das Seil 19 durch die Öffnung 30 hindurch, während der Haltezapfen 18 in dem halb­ kreisförmigen Schlitz 17 gleitet. Das Seil 19 ist mit hinrei­ chender Steifigkeit ausgelegt, so daß das Seil 19 den Halte­ zapfen 18 durch den halbkreisförmigen Schlitz 17 schieben kann, wenn die Drossel 20 manuell aus der Leerlaufstellung bewegt wird. Auf diese Weise wird übermäßige Lose im Seil 19 vermieden, die Knicke oder Knoten verursachen könnte. Gemäß Fig. 3 ist an der Rückziehscheibe 16 auch eine Halteplatte 27 mittels Schrauben 29 angebracht. Die Halteplatte 27 stellt sicher, daß das Seil 19 innerhalb des halbkreisförmigen Schlitzes 17 eingeschlossen bleibt, während es den Haltezapfen 18 schiebt.

Fig. 5 stellt eine Stirnansicht der Eingriffswelle 22 in drei verschiedenen Positionen dar. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Eingriffswelle 22 eine zylindrische Welle mit einem Verlänge­ rungsteil von Halbkreisform. Es ist die flache Oberfläche dieses Verlängerungsteils, die mit den äußeren Enden der Satellitenzahnradachsen 6 in Eingriff kommt, wenn die Kupplung eingeschaltet ist. Position A von Fig. 5 zeigt die Kupplung in gelöster Stellung. Die Eingriffswelle 22 ist so gedreht, daß ihre flache Oberfläche tangential zu dem Drehweg der äußeren Enden der Satellitenzahnradachsen 6 orientiert ist. In dieser Stellung kommt die flache Oberfläche der Eingriffswelle 22 nicht in Kontakt mit den Satellitenzahnradachsen 6 und ge­ stattet so deren freie Drehung mit der Getriebe-Nabe 4. Wie zuvor gesagt, bedeutet dies, daß das antreibende Kegelrad 2 keinen Drehmoment zu dem angetriebenen Kegelrad 1 überträgt.

Position C von Fig. 5 zeigt die Kupplung in eingeschalteter Stellung. In dieser Stellung trifft die flache Oberfläche der Eingriffswelle 22 auf den Drehweg der äußeren Enden der Satellitenzahnradachsen 6. Somit kommt die Eingriffswelle 22 mit einem äußeren Ende der Satellitenzahnradachse 6 in Berüh­ rung und hindert sie daran, ihren Weg fortzusetzen. Diese Stellung ermöglicht die direkte Übertragung von Drehmoment von dem antreibenden Kegelrad 2 zu dem angetriebenen Kegelrad 1. Wenn das angetriebene Kegelrad 1 an Drehung dadurch gehindert wird, daß die Drossel 20 die Grenze ihres Bewegungsbereichs erreicht, überträgt das antreibende Kegelrad 2 denselben Betrag des Drehmoments auf die Getriebe-Nabe 6 über die Zähne der Satellitenzahnräder 3. Wenn man die in Position C der Fig. 5 gezeigten Drehrichtungen voraussetzt, ergibt dies, daß eines der äußeren Enden der Satellitenradachsen 6 eine nach unten gerichtete Kraft, die dem von dem antreibenden Kegelrad 2 ausgeübten Drehmoment entspricht, auf die flache Oberfläche der Eingriffswelle 22 ausübt. Wenn die Längen der Satelliten­ radachsen 6 so sind, daß ihre äußeren Enden sich nicht ganz bis zur Längsachse der Eingriffswelle 22 erstrecken, ergibt dies ein Drehmoment, das die Eingriffswelle 22 in der in Position B der Fig. 5 gezeigten Richtung zu drehen sucht.

Der Drehung der Eingriffswelle 22 durch die Satellitenradach­ sen 6 wirkt die von dem Magnet 24 auf dessen Element 31 ausgeübte elektromagnetische Haltekraft entgegen. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist das Seil 23 an dem Magnetelement 31 sowie an einem Punkt der Oberfläche der Eingriffswelle 22 längs einer lotrecht zur Längsachse der Eingriffswelle 22 verlau­ fenden Linie angebracht. Die Länge des Seils 23 und sein Befestigungspunkt auf der Oberfläche der Eingriffswelle 22 sind ferner so gewählt, daß dann, wenn der Magnet 24 mit Energie versorgt wird, und somit das Element 31 in einer Richtung weg von der Eingriffswelle 22 zieht, das Seil 23 straff gezogen wird und die Eingriffswelle 22 in eine Richtung dreht, in der sie die Kupplung, wie dargestellt in Position C der Fig. 5, einschaltet.

Wenn das angetriebene Kegelrad an Drehung gehindert wird, wirken somit zwei entgegengesetzte Drehmomente auf die Ein­ griffswelle 22. Wenn das von dem äußeren Ende einer der Satellitenradachsen 6 ausgeübte Drehmoment das Maximaldreh­ moment übersteigt, das von dem Zug im Kabel 23 aufgrund der elektromagnetischen Haltekraft des Magnets 24 ausgeübt werden kann, wird das Magnetelement 31 aus seiner aktivierten Stel­ lung weggezogen. Dies gestattet die Drehung der Eingriffswelle 22 in die Ausschaltstellung der Kupplung, wie sie in Position B der Fig. 5 gezeigt ist. Auf diese Weise ist die Kupplung konstruktionsbedingt selbstausschaltend, da das von ihr maximal übertragbare Drehmoment durch die maximale elektroma­ gnetische Haltekraft des Elektromagnets 24 begrenzt ist. Das maximal von der Kupplung übertragbare Drehmoment variiert direkt proportional zu der maximalen elektromagnetischen Haltekraft des Elektromagnets 24. Die Proportionalitätskon­ stante hängt sowohl von der Entfernung zwischen der Ein­ griffswelle 22 und der Welle 5 als auch von der Stellung des äußeren Endes einer der Satellitenradachsen 6 bei ihrem Kontakt mit der Eingriffswelle 22 in bezug auf die Längsachse der Eingriffswelle 22 ab. Insofern steht die maximale Last, die die Kupplung tragen kann, nicht in direkter Beziehung zu der maximalen elektromagnetischen Haltekraft des Elektroma­ gnets 24.

Die Kupplung ist auch so konstruiert, daß sie sich abhängig von dem Aktivierungszustand des Elektromagnets 24 in Ein­ griffstellung oder gelöster Stellung befindet. Wenn der Elektromagnet 24 mit Energie versorgt wird, arbeitet die Kupplung wie es oben beschrieben wurde. Wenn der Elektromagnet 24 hingegen abgeschaltet ist, dient die Feder 28 dazu, die Eingriffswelle 22 in die ausgeschaltete Stellung zurück­ zuziehen, wie dies in Position A von Fig. 5 dargestellt ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Feder 28 an einem Ende an einem unbeweglichen Bauteil und am anderen Ende an der Oberfläche der Eingriffswelle 22 in solcher Weise angebracht, daß sie ein Drehmoment auf die Eingriffswelle 22 ausübt, das diese in die ausgeschaltete Stellung zurückzudrehen sucht.

Claims (7)

1. Kupplungsvorrichtung des Eingrifftyps mit Differentialge­ triebe zur Bildung einer mechanischen Verbindung zwischen einem Antriebsmotor und dessen mechanischer Last, gekenn­ zeichnet durch:
ein mit dem Antriebsmotor (7) mechanisch verbundenes und um eine feste Achseinrichtung drehendes, antreibendes Kegelrad;
ein mit der mechanischen Last mechanisch verbundenes und ebenfalls um die genannte feste Achseinrichtung drehendes, angetriebenes Kegelrad (1);
ein Getriebezwischenglied (3) mit Zähnen, die mit den Zähnen sowohl des genannten antreibenden Kegelrads (2) als auch des genannten angetriebenen Kegelrads (1) kämmen und das sich um eine drehbare Achseinrichtung (6) dreht, die lotrecht zu der genannten festen Achseinrichtung angeord­ net ist, derart, daß bei Drehung des genannten Getriebe­ zwischenglieds durch das genannte antreibende Rad kein Drehmoment auf das genannte angetriebene Rad ausgeübt wird, wenn die genannte drehbare Achse um die genannte feste Achse frei drehbar ist; und
einen mechanischen Anschlag zum umkehrbaren Ermöglichen und Verhindern der freien Drehung der genannten drehbaren Achseinrichtung um die genannte feste Achseinrichtung und dadurch zum umkehrbaren Ermöglichen bzw. Verhindern der mechanischen Verbindung zwischen dem genannten antreiben­ den Rad und dem genannten angetriebenen Rad.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte mechanische Anschlag fernerhin eine mecha­ nische Schalteinrichtung umfaßt, die die Kraft begrenzt, mit der der genannte mechanische Anschlag auf die genannte drehbare Achseinrichtung zur Verhinderung der Drehung der genannten drehbaren Achseinrichtung um die genannte feste Achseinrichtung ausüben kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte mechanische Schalteinrichtung eine Elektro­ magneteinrichtung (24) umfaßt, die den genannten mecha­ nischen Anschlag in einer Stellung zur Verhinderung der Drehung der genannten drehbaren Achseinrichtung um die genannte feste Achseinrichtung hält, bis durch die ge­ nannte drehbare Achseinrichtung auf dem genannten mecha­ nischen Anschlag eine Kraft ausgeübt wird, die die maxi­ male elektromagnetische Haltekraft der genannten Elektro­ magneteinrichtung übersteigt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte mechanische Schalteinrichtung umfaßt:
eine drehbare Eingriffswelle (22), die lotrecht zu der Ebene ausgerichtet ist, in welcher die genannte drehbare Achseinrichtung um die genannte feste Achseinrichtung rotiert;
eine Hebeleinrichtung, die entweder an der genannten Eingriffswelle (22) angebracht ist oder einen Teil der­ selben bildet, die in Kontakt mit dem genannten äußeren Ende der genannten drehbaren Achseinrichtung in einem einzelnen Punkt innerhalb des Drehwegs des genannten äußeren Endes derart gelangt, daß sie weitere Drehung der genannten drehbaren Achseinrichtung (6) um die genannte feste Achseinrichtung verhindert, wobei sie es dem ge­ nannten äußeren Ende ermöglicht, einen Drehmoment zur Drehung der genannten Eingriffswelle um ihre Längsachse auszuüben, wobei die genannte Hebeleinrichtung so einge­ stellt und aufgebaut ist, daß sie die weitere Drehung der genannten drehbaren Achseinrichtung um die genannte feste Achseinrichtung nicht unterbindet, wenn die genannte Eingriffswelle so gedreht ist; und
eine Seileinrichtung (23), die an der genannten Ein­ griffswelle und der genannten Elektromagneteinrichtung in solcher Weise angebracht ist, daß von der genannten Elektromagneteinrichtung durch die genannte Seileinrich­ tung ein Drehmoment auf die genannte Eingriffswelle ausgeübt wird, das in umgekehrter Richtung wirkt wie das auf die genannte Eingriffswelle von dem genannten äußeren Ende der genannten drehbaren Achseinrichtung ausgeübte Drehmoment und die genannte Hebeleinrichtung in einer Stellung hält, in der sie die Drehung der genannten drehbaren Achseinrichtung um die genannte feste Achsein­ richtung verhindert, bis das auf die genannte drehbare Welle durch das genannte äußere Ende der genannten dreh­ baren Achseinrichtung ausgeübte Drehmoment das maximal auf die genannte drehbare Welle durch die genannte Elektroma­ gneteinrichtung ausgeübte Drehmoment übersteigt.

5. Vorrichtung zur Betätigung der Drossel eines Motorfahr­ zeugs als Teil eines beispielsweise automatischen Ge­ schwindigkeitsregelsystems, gekennzeichnet durch:
einen Antriebsmotor (7);
eine Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1;
eine mit dem genannten angetriebenen Rad mechanisch verbundene mechanische Scheibe (16);
eine Seileinrichtung (19), die sowohl mit der Drossel des Motorfahrzeugs, als auch mit der mechanischen Scheibe (16) in solcher Weise verbunden ist, daß eine Drehung der genannten mechanischen Scheibe in einer Richtung, durch die die genannte Seileinrichtung zurückgezogen wird, zu einer Bewegung der Drossel des Fahrzeugs in eine Richtung führt, die einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht;
eine Federeinrichtung (25), die an einem Ende mit der genannten mechanischen Scheibe verbunden und an dem anderen Ende unbeweglich festgelegt ist und so ausgerich­ tet ist, daß sie die genannte mechanische Scheibe zur Drehung in eine Richtung veranlaßt, die die Spannung in der genannten Seileinrichtung, die die genannte mecha­ nische Scheibe mit der Drossel des Fahrzeugs verbindet, vermindert; und
einen mechanischen Anschlag (26), der die Drehung der genannten mechanischen Scheibe, die von dem von der genannten Federeinrichtung verursachten Drehmoment veran­ laßt ist, an einem Punkt beendet, bei dem die Drossel des Fahrzeugs sich in einer geeigneten Leerlaufstellung befindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch:
ein Halteorgan (Haltezapfen 18), der an der genannten Seileinrichtung angebracht ist, die die Drossel des Fahrzeugs mit der genannten mechanischen Scheibe verbin­ det, wobei das genannte Halteorgan gleitfähig in eine Führungsbahn (17) der genannten mechanischen Scheibe (16) eingreift;
einen mechanischen Anschlag (26) der die Gleitbewegung des genannten Halteorgans begrenzt und die genannte mecha­ nische Scheibe befähigt, bei Drehung in der entsprechenden Richtung einen Zug in der genannten, mit der Drossel des Fahrzeugs verbundenen Seileinrichtung zu erzeugen;
eine Führungsbahn (17), die ein integrierendes Teil der genannten mechanischen Scheibe bildet, in die das genannte Halteorgan gleitfähig in solcher Weise eingreift, daß es in eine Richtung gleiten kann, die die Bildung übermäßiger Lose in der Kabeleinrichtung bei Bewegung der genannten Kabeleinrichtung zu der mechanischen Scheibe hin verhin­ dert.

7. Vorrichtung zur Betätigung der Drossel eines Motorfahr­ zeugs als Teil, beispielsweise eines automatischen Ge­ schwindigkeitsregelsystems, gekennzeichnet durch:
einen Antriebsmotor (7);
eine Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 4;
eine mechanisch mit dem genannten angetriebenen Rad (1) verbundene mechanische Scheibe (16);
eine Seileinrichtung (19), die sowohl mit der Drossel des Motorfahrzeugs als auch der genannten mechanischen Scheibe in solcher Weise verbunden ist, daß Drehung der genannten mechanischen Scheibe in einer die genannte Seileinrichtung zurückziehenden Richtung zu einer Bewegung der Drossel des Fahrzeugs in einer Richtung führt, die einer Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht;
eine an einem Ende mit der genannten mechanischen Scheibe verbundene und am anderen Ende unbeweglich befestigte Federeinrichtung (25), die so ausgerichtet ist, daß sie eine Drehung der mechanischen Scheibe in eine Richtung veranlaßt, die den Zug in der die genannte mechanische Scheibe mit der Drossel des Fahrzeugs verbindenden Seil­ einrichtung vermindert; und
einen mechanischen Anschlag (26), der die Drehung der genannten mechanischen Scheibe unter dem Drehmoment, das von der genannten Federeinrichtung erzeugt wird, an einem Punkt beendet, an welchem sich die Drossel des Fahrzeugs in einer geeigneten Leerlaufstellung befindet.