DE4009290A1

DE4009290A1 - Kupplungsaggregat fuer synchrones zuschalten einer welle zu einer laufenden welle

Info

Publication number: DE4009290A1
Application number: DE19904009290
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl Ing Mayr
Original assignee: Chr Mayr GmbH and Co KG
Current assignee: Chr Mayr GmbH and Co KG
Priority date: 1990-03-22
Filing date: 1990-03-22
Publication date: 1991-09-26

Description

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine 2. Welle synchron zu der Antriebswelle dazuzuschalten. Dabei liegt das Problem darin, daß die synchrone Dazuschaltung bei einer hohen Drehzahl erfolgen soll.

Ausgehend von unserem deutschen Paten Nr. DE 37 43 138 A1 durch den Erteilungsbeschluß vom 19. 09. 89 (unsere Akte M4673 HO) und der parallelen europäischen Patentanmeldung mit der Nr. 03 23 597, bei der ein synchrones Dazuschalten nur bei Drehzahlen unter 100 Umdrehungen und geringeren Massen möglich ist, stellte man sich die Aufgabe, auch bei höheren Drehzahlen eine synchrone Schaltkupplung zu bauen.

Es sollen mit der neuen Erfindung Drehzahlen über 100 Umdrehungen bis zu Motordrehzahlen, wie z. B. 1400 Umdrehungen pro Minute oder mehr bewältigt werden. Die Lösung dieser Aufgabe ist nicht mit einer einzigen Kupplung zu erfüllen, sondern es müßte ein kleines Aggregat mit mehreren Komponenten entwickelt werden.

Das Hauptproblem liegt darin, daß bei hohen Drehzahlen die Welle vom Stillstand weg mit einer bestimmten Masse behaftet in kürzester Zeit beschleunigt werden muß.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, daß die dazuzuschaltende Welle in ihrer Drehzahl nur geringfügig unter der Antriebsdrehzahl liegt und somit der synchrone Kupplungsvorgang bei einer geringen Relativdrehzahl stattfindet.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß eine 3. Welle (Zwischenwelle) angebracht wird, welche die Drehzahl der Antriebswelle abgreift und mit einer geringeren Drehzahl auf die dazuzuschaltende Abtriebswelle bringt. Die Steuerung der 3. Welle (Zwischenwelle) erfolgt über eine Elektromagnetkupplung. Die Drehzahldifferenz zwischen der dazuzuschaltenden Abtriebswelle (Welle 2) und der Zwischenwelle (Welle 3) nach erfolgtem Einrastvorgang, wird durch eine Überholkupplung (Freilauf) kompensiert. Der eigentliche synchrone Schaltvorgang erfolgt durch die EAS-Sm-Kupplung, welche in der Patentanmeldung wie vorher erwähnt beschrieben wurde. Eine zusätzliche Bremse an der Abtriebswelle (2) wird dazu verwendet, daß die Abtriebswelle (2) nach dem Ausrasten sofort abgebremst wird und somit eine Taktfolge entsteht. An Welle 1 (Antriebswelle) kann somit ein durchlaufender Vorgang erfolgen, während an der Welle 2 (Abtriebswelle) eine synchrone Taktfolge entsteht. Dies bedeutet, daß die Welle 1 (Antriebswelle) und die Welle 2 (Abtriebswelle) nach dem Einrasten (synchroner Schaltvorgang) immer die gleiche Lage zueinander haben.

Variante

Da die Größe der zu beschleunigenden Masse ein Maß ist, wie groß die Differenzdrehzahl gewählt werden sollte, um nicht eine unnötige lange Beschleunigungszeit zu benötigen, besteht die Möglichkeit für die Differenzdrehzahl, welche von der Welle 3 (Zwischenwelle) auf die Welle 2 (Abtriebswelle) geleitet wird mittels eines Verstellabtriebes einzustellen bzw. zu variieren. Dies könnte z. B. über eine verstellbare Riemenscheibe oder z. B. ein Regelgetriebe erfolgen.

Eine weitere Variante besteht darin, daß das synchrone Dazuschalten nicht nur bei 360° erfolgen kann sondern auch bei anderen Gradzahlen, welche durch 15 teilbar sind, wie z. B. 15°, 30°, 45°, 60°, 90°, 120° und 180°.

Erläuterung zur Prinzipskizze

Die Antriebswelle (1) dreht z. B. mit 500 U/Min. Die Elektromagnetkupplung (4) ist fest mit der Antriebswelle (1) verbunden. Wird nun die Elektromagnetkupplung (4) an der Stelle A mit dem Zahnrad (5) der Antriebswelle durch Spannung auf die Elektromagnetkupplung (4) fest verbunden, wird die Drehzahl n1 durch die Übersetzung von Zahnrad 5 auf Zahnrad 6 eine Drehzahl n3 auf der Zwischenwelle (3) erzeugt. Die Drehzahl N3 kann je nach konstruktiven Gegebenenheiten gewählt werden, doch muß darauf geachtet werden, daß die Übersetzung von Zahnrad (8) auf Zahnrad (9) eine Drehzahl n2 ergibt, welche geringer ist als die Antriebsdrehzahl und eine sogenannte Relativdrehzahl ergibt. Im Beispiel bei 500 Umdrehungen bei n1 und einer Drehzahl von n2 = 470 Umdrehungen ergibt die Relativdrehzahl 30 U/min., bei der die synchron Schaltkupplung einreasten wird. Die Zwischenwelle dreht aus mit der Drehzahl n3 und über das Zahnrad 8 und Zahnrad 9 wird die Abtriebswelle (2) durch die Überholkupplung (Freilauf 10) mit 470 Umdrehungen angetrieben. An der Stelle B hat nun die synchrone Schaltkupplung antriebsseitig (7.0) die Drehzahl 500 und abtriebsseitig (7.1) die Drehzahl 470 U/min. Wird nun Spannung auf die Synchronkupplung (7.1, 7.0) gegeben, rastet die Kupplung bei einer Differenzdrehzahl von 30 U/min. synchron ein. Somit hat die Antriebswelle mit der Drehzzahl n1 und die Abtriebswelle mit der Drehzahl n2 die gleiche Drehzahl (n1 = n2). Durch die Überholkupplung (Freilauf 10) dreht nun der Freilauf mit der Drehzahl 500 Umdrehungen und das Zahnrad (9), welches am Freilauf befestigt ist mit einer Drehzahl von 470 U/min. Nach der erfolgten Einrastung wird die Elektromagnetkupplung (4) abgeschaltet und die Zwischenwelle mit der Drehzahl n3 kann auslaufen und kommt zum stehen.

Soll nun die Abtriebswelle (2) mit der Drehzahl n2 = 500 U/min. wieder auf 0 gebracht werden, wird die Spannung von der synchronen Schaltkupplung an der Stelle B weggenommen und die Verbindung von Antriebswelle zu Abtriebswelle unterbrochen. Zur gleichen Zeit wird die Elektronenmagnetbremse (11) geschaltet und an der Stelle (C) erfolgt die Bremsung der Abtriebswelle (2) auf Drehzahl n2 = 0.

Dieser Vorgang kann nun beliebig oft wiederholt und die Zeitabstände frei gewählt werden, so daß an der Antriebswelle eine kontinuierliche Bewegung stattfindet und an der Abtriebswelle eine synchrone Taktfolge erfolgt.

Erläuterungen zum Ablaufplan

Die Beschleunigungszeit zwischen Punkt 1 und Punkt 2 ist abhängig von der gewählten Differenzdrehzahl und von den zu beschleunigenden Massen.

Die Zeitspanne zwischen 2 und 5 kann beliebig je nach Einsatzfall bestimmt werden und gibt die sogenannte Taktfolge an der Abtriebswelle.

Claims

1. Kupplungsaggregat zum synchronen Zuschalten einer Welle zu einer laufenden Welle, dadurch gekennzeichnet, daß an der Antriebswelle die Drehzahl angezapft wird und über eine Zwischenwelle auf die Abtriebswelle eine Differenzdrehzahl gebracht wird, welche ausreicht, um die Antriebswelle und die Abtriebswelle miteinander synchron einzukuppeln.

2. Kupplungsaggregat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elektromagnetische oder mechanische Schaltung auf der Antriebswelle.

3. Kupplungsaggregat nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Verbindung der Antriebswelle mit der Zwischenwelle über Zahnräder, Zahnriemen, Kettenräder, Regelgetriebe.

4. Kupplungsaggregat nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Drehzahlübertragung von der Zwischenwelle auf die Abtriebswelle mittels Zahnräder, Zahnriemen, Kettenräder oder Regelgetriebe.

5. Kupplungsaggregat nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Einbau einer Überholkupplung (Freilauf) auf der Abtriebswelle um die Drehzahldifferenz der Zwischenwelle und der Abtriebswelle aufzunehmen.

6. Kupplungsaggregat nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine elektromechanische oder mechanische Bremse zum Stillsetzen der Abtriebswelle nach dem Auskuppeln von der Antriebswelle um eine schnelle Taktfolge zu erreichen.

7. Kupplungsaggregat nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Anbau einer drehsteifen, elastischen Kupplung an die Synchronkupplung zum Wellenausgleich von Antriebswelle zur Abtriebswelle.

8. Kupplungsaggregat nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Regelgetriebes zur Regelung der Drehzahldifferenz zwischen Antriebs- und Abtriebswelle ohne aufwendige Änderung der Übersetzung, um eine andere Drehzahldifferenz zu bekommen.