DE4038731A1 - Kupplungseinrichtung zum verbinden zweier mit unterschiedlicher drehzahl rotierender wellen - Google Patents
Kupplungseinrichtung zum verbinden zweier mit unterschiedlicher drehzahl rotierender wellenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kupplungseinrichtung zum Verbinden zweier mit un
terschiedlicher Drehzahl rotierender Wellen.
In Verbindung mit dem Ausgleichsgetriebe eines Kraftfahrzeuges ist es aus der
DE 37 33 153 A1 bekannt, zwei Wellen über die beiden Teile einer Klauenkupp
lung unter Einwirkung einer Stellvorrichtung miteinander kraftschlüssig zu ver
binden. Eine definierte Begrenzung des übertragbaren Drehmomentes ist dort
aber nicht vorgesehen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Kupplungseinrichtung der eingangs ge
nannten Art so auszubilden, daß nach Kupplung der beiden Wellen ein bis zu ei
nem definierten Grenzwert gehendes Drehmoment übertragbar ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Kupplungseinrichtung der im An
spruch 1 angegebenen Art gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen derselben sind in
den Unteransprüchen angegeben.
Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß nach Her
stellung der Kupplungsverbindung zwischen den beiden Wellen ein exakt defi
niertes maximales Drehmoment übertragbar ist, bei offener Kupplungsverbin
dung dagegen deren beide dann jeweils an einer Welle gegebenen Teile - weil
synchron mit diesem mitrotierend - praktisch keine Schleppverluste verursachen.
Die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung ist beliebig einsetzbar und eignet
sich auch hervorragend zur Nachrüstung oder dem Ersatz vorhandener Systeme,
beispielsweise jener Klauenkupplung gemäß der eingangs erwähnten
DE 37 33 153 A1.
Der Vollständigkeit halber sei wegen gewisser Ähnlichkeiten noch auf die aus der
DE-OS 22 09 879 bekannte Vorrichtung zur Drehmomentenübertragung zwi
schen zwei Wellen hingewiesen.
Kernstück dieser Vorrichtung ist eine permanent wirkende Flüssigkeitsreibungs
kupplung, deren erstes Teil mit einer Welle gekoppelt und deren zweites Teil mit
telbar unter anderem über eine Lamellenkupplung mit der anderen Welle ver
bunden ist. Die Lamellenkupplung besteht aus einer Innenbuchse, einer Außen
buchse, einer deren Innenraum einenendes verschließenden Endplatte und ei
nem an letzterer sowie andernendes an einem Druckring abgestützten Lamellen
scheibenpaket. Die Innen- und Außenbuchsen sind gegeneinander verdrehbar,
die Lamellenscheiben sind abwechselnd an der Innen- und Außenbuchse über
eine Vielkeilverzahnung verdrehungsgesichert aufgenommen. Der Druckring ist
axial verschiebbar und für eine Be- und Entlastung des Lamellenpakets an eine
Drucksteuereinrichtung angeschlossen. Diese besteht aus einer stirnseitig am
Druckring abgestützten ebenen Druckplatte, welche eine Laufbahn für Walzen
bildet, die in einem Käfigring beabstandet und jeweils in Vertiefungen einer
Steuerkulisse aufgenommen sind, die mit dem zweiten Teil der Flüssigkeitsrei
bungskupplung drehfest gekoppelt ist. Die Vertiefungen haben einen ebenen,
senkrecht zur Rotationsachse stehenden Boden, an der die Walzen normalerwei
se abgestützt sind. Gegen diesen Boden sind die Walzen über die Druckplatte von
einer auf diese einwirkenden Druckfeder beaufschlagt. Dieses Prinzip ist insofern
nachteilig, weil die Kraftrichtung der Druckfeder einer Kraftbeaufschlagung des
Lamellenkupplungspaketes entgegengerichtet ist, somit letzteres bei sich in Nor
malstellung befindlichen Kugeln praktisch druckentlastet ist. Die Einstellung
einer definierten Basisfriktionskraft der Lamellenkupplung ist somit nicht vorge
sehen und wäre auch durch eine entsprechende exakte Bemessung der hieran be
teiligten Bauteile nur mit unvertretbar hohem Herstellungsaufwand möglich. An
dererseits sind in der Steuerkulisse beiderseits der die Normalstellung der Walzen
definierenden Bodenzonen schräge Spreizrampen gegeben, durch die im Falle
von Drehzahldifferenzen zwischen erstem und zweitem Teil der Flüssigkeitsrei
bungskupplung die Kugeln axial in Richtung Lamellenkupplung bewegt werden,
wobei der Druckring über die Druckplatte entgegen der Kraftrichtung der Druck
feder axial verschoben und damit die Friktionskraft der Lamellenkupplung sowie
das übertragbare Drehmoment erhöht werden. Eine mechanisch definierte Dreh
momentenbegrenzung ist nicht vorgesehen; das Grenzdrehmoment ergibt sich
bei dieser bekannten Lösung ausschließlich aus der Viskosität und der hierdurch
begründeten Schleppkraft der Kupplungsflüssigkeit in der Flüssigkeitsreibungs
kupplung. Diese bekannte Lösung hat wegen der permanenten Wirksamkeit der
Flüssigkeitsreibungskupplung auch gewisse Schleppverluste zur Folge, außerdem
ist eine willkürlich herbeiführbare Kupplung der beiden Wellen nicht möglich.
Nachstehend ist die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsein
richtung im Schnitt in Verbindung mit einem Ausgleichsgetriebe eines
Kraftfahrzeuges,
Fig. 2 die Kupplungseinrichtung gemäß Fig. 1 in vergrößerter
Einzeldarstellung,
Fig. 2A einen Detailausschnitt der Kupplungseinrichtung gemäß Fig. 1 und 2
im Bereich der Mitnahmeeinrichtung,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungs
einrichtung im Schnitt,
Fig. 3A einen Detailausschnitt der Kupplungseinrichtung gemäß Fig. 3 im Be
reich der Mitnahmeeinrichtung,
Fig. 3B einen anderen Detailausschnitt der Kupplungseinrichtung gemäß
Fig. 3 im Bereich der Verdrehwegbegrenzungsmittel,
Fig. 4 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsein
richtung im Schnitt,
Fig. 4A einen Detailausschnitt der Kupplungseinrichtung gemäß Fig. 4 im Be
reich der Mitnahmeeinrichtung,
Fig. 5 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplungsein
richtung im Schnitt, und
Fig. 5A einen Detailausschnitt der Kupplungseinrichtung gemäß Fig. 5 im Be
reich der Mitnahmeeinrichtung.
In den Figuren sind gleiche bzw. einander entsprechende Teile des besseren Ver
ständnisses wegen mit gleichen Bezugszeichen angezogen.
Die erfindungsgemäße Kupplungseinrichtung dient generell dazu, eine erste ro
tierende Welle 1 mit einer zweiten, mit anderer Drehzahl rotierenden Welle 2 so
zu verbinden, daß nach dem Kupplungsvorgang ein bestimmtes maximales Dreh
moment übertragbar ist. Der Moment der Auslösung dieses Kupplungsvorganges
kann bei Vorliegen einer bestimmten, sensormäßig erfaßten Drehzahldifferenz
zwischen beiden Wellen 1, 2 gegeben sein, oder willkürlich bei Bedarf einer Dreh
momentenübertragung zwischen beiden Wellen 1, 2 herbeigeführt werden.
Bei der Welle 1 kann es sich beispielsweise - wie in Fig. 1 dargestellt - um die Ge
häusewelle des Ausgleichsgetriebes eines Kraftfahrzeuges und demzufolge bei
der Welle 2 um eine mit einem Rad bzw. Radantrieb verbundene Achsantriebs
welle handeln.
Die Kupplungseinrichtung besteht in ihren Hauptteilen aus
- - einer Klauenkupplung 4, 5, deren eines Teil 4 von einer Druckfeder 3 beauf schlagt über eine Mitnahmeeinrichtung und ein Organ 6 auf das Lamellenpa ket 7 einer Lamellenkupplung 8 einwirkend sowie über das Gehäuse 9, 10, 11 letzterer an der einen Welle 1 bzw. 2 und deren anderes Teil 5 an der ande ren Welle 2 bzw. 1 angeschlossen ist, und
- - einer Stellvorrichtung 12, durch die die beiden Klauenkupplungs-Teile 4, 5 in bzw. außer Kupplungseingriff bringbar sind,
wobei die Mitnahmeeinrichtung weiter hinten noch näher beschriebene Vorkeh
rungen aufweist, die bei und während der Verbindung beider Wellen 1, 2 über
die Klauenkupplungs-Teile 4, 5 eine begrenzte Verdrehung der Teile 4, 6 zulassen
und dabei eine axiale Aufspreizung derselben gegen die Kraft der Druckfeder (3)
und in Folge davon über die so einstellbare Lamellenkupplungs-Friktionskraft
eine exakt definierte Begrenzung des übertragbaren Drehmomentes herbeifüh
ren.
Das Gehäuse der Lamellenkupplung 8 besteht aus zwei koaxial angeordneten,
gegeneinander verdrehbaren Buchsen unterschiedlichen Durchmessers und Län
ge, nämlich einer zumindest drehfest (verdrehungsgesichert) an der sie tragen
den Welle fixierten Innenbuchse 9 und einer dieser gegenüber kürzeren Außen
buchse 10, sowie einer ringförmigen Endplatte 11. Letztere ist am einen Ende des
zu verschließenden Gehäuseinnenraumes angeordnet, dort durch in Nuten der
beiden Buchsen 9, 10 eingesetzte Sicherungsringe 13, 14 nach außen gekontert
abgestützt und gegenüber der Innenbuchse 9 verdrehungsgesichert. Außerdem
ist über die Endplatte 11 auch die koaxiale Zuordnung der beiden Buchsen 9, 10
unter Zulassung eines gewissen Axialspiels sichergestellt. Das im Gehäuseinnen
raum befindliche, innenseitig an der Endplatte 11 abgestützte Lamellenpaket 7
besteht aus ebenen aneinander anliegenden, sich senkrecht zur Rotationsachse
erstreckenden sowie abwechselnd an der Innen- bzw. Außenbuchse 9 bzw. 10
verdrehungsgesichert aufgenommenen Ringscheiben 15, 16. Das Organ 6, durch
welches das Lamellenpaket 7 in Richtung Endplatte 11 kraftbeaufschlagbar ist,
wird durch einen in den Gehäuseinnenraum eintauchenden, axial verschiebbar
auf der Innenbuchse 9 geführten und verdrehungsgesichert in der Außenbuchse
10 aufgenommenen Druckring gebildet.
In den dargestellten Fällen ist die Innenbuchse 9 der Lamellenkupplung 8 verdre
hungsgesichert und axial gesichert auf der sie tragenden Welle 2 fixiert. Die Ver
drehsicherung erfolgt über Längskeile 17 an der Welle 2, die in entsprechende
Nuten 18 in der Durchgangsbohrung der Innenbuchse 9 eingreifen. Die Axialsi
cherung erfolgt über die Stirnseite 19 der die Welle 2 koaxial übergreifenden
(Hohl-)Welle 1 und einen in einer Nut der Welle 2 eingesetzten Sicherungsring 20.
Das erste, über die Mitnahmeeinrichtung am Druckring 6 angeschlossene
Klauenkupplungs-Teil 4 ist drehbar und axial verschiebbar auf dem axial überste
henden Abschnitt der Innenbuchse 9 gelagert. Auf diesem Abschnitt ist auch die
beispielsweise durch ein Tellerfederpaket gebildete Druckfeder 3 angeordnet,
welche einenendes an einem Bund oder einem in eine Nut an der Innenbuchse 9
eingesetzten Sicherungsring 21 und andernendes am Klauenkupplungs-Teil 4,
dieses in Richtung Lamellenpaket 7 druckbeaufschlagend, abgestützt ist.
Zur Verdrehsicherung der Lamellenkupplungs-Scheiben 15 und des Druckringes 6
sind innenseitig an der Außenbuchse 10 Längskeile 22, die in entsprechende Nu
ten 23 der Teile 15, 6 eingreifen, vorgesehen. Zur Verdrehsicherung der
Lamellenkupplungs-Scheiben 16 und der Endplatte 11 sind außenseitig an der In
nenbuchse 9 Längskeile 24 gegeben, die von entsprechenden Nuten 25 in den
Scheiben 16 sowie der Endplatte 11 übergriffen sind.
Das zweite Klauenkupplungs-Teil 5 ist verdrehungsgesichert, aber axial verschieb
bar auf der anderen Welle 1 angeordnet und unter der Einwirkung der Stellvor
richtung 12 mit dem ersten Klauenkupplungs-Teil 4 in bzw. außer Kupplungsein
griff bringbar. Das zweite Klauenkupplungs-Teil 5 besteht aus einer Buchse 26
mit einer achsparallele Längsnuten 27 aufweisenden Durchgangsbohrung, über
die es verdrehungsgesichert und axial verschiebbar auf der mit entsprechenden
Längskeilen 28 versehenen Welle 1 gelagert ist, sowie einer senkrecht zur Rotati
onsachse stehenden Kupplungsscheibe 29 mit stirnseitig längs eines koaxialen
Teilkreises angeordneter Klauenverzahnung 30 und radial äußerem Mitnahme
ring 31, der mit Spiel außen von einem Maul 32 übergriffen wird, das am freien
Ende des Armes 33 eines Teil der Stellvorrichtung 12 bildenden Stellhebels 34 ist.
Das Klauenkupplungs-Teil 4 ist topfförmig ausgebildet. Es besteht aus einer zur
Rotationsachse koaxialen Außenwand 35 mit stirnseitig gegebener Klauenver
zahnung 36 sowie einem zur Rotationsachse senkrecht stehendem Boden 37 mit
zentraler Durchgangsbohrung 38, über die das Klauenkupplungs-Teil 4 drehbar
und axial verschiebbar auf dem vorstehenden Abschnitt der Innenbuchse 9 gela
gert ist. Auf der einen Seite 39 des Bodens 37 ist die insgesamt im Topfinnenraum
angeordnete Druckfeder 3 abgestützt, auf der anderen Seite 40 des Bodens sind
Organe der Mitnahmeeinrichtung gegeben.
Die Mitnahmeeinrichtung zwischen Klauenkupplungs-Teil 4 und Druckring 6 be
steht im Fall gemäß Fig. 2, 2A aus Kugeln 41, die in einer senkrecht zur Rotations
achse stehenden Ebene entlang eines koaxialen Teilkreises in teils im Boden 37
des Klauenkupplungs-Teils 4, teils im Druckring 6 ausgebildeten Spreiznuten 42,
43 aufgenommen sind, welche jeweils Schrägrampen 44, 45 bzw. 75, 76 zur Axia
laufspreizung der beiden Teile 4, 6 bei deren rotatorischer Relativ-Verdrehung
und verdrehwegbegrenzende Anschlagflächen 46, 47 bzw. 77, 78 aufweisen. Der
Abstand letzterer zu den in Mittelstellung befindlichen Kugeln ist auf das bei ge
genseitiger Verdrehung der beiden der Teile 4, 6 über die Friktionskraft der La
mellenkupplung 8 einzustellende Grenzdrehmoment abgestimmt.
Im Fall gemäß Fig. 3, 3A, 3B besteht die Mitnahmeeinrichtung zwischen
Klauenkupplungs-Teil 4 und Druckring 6 ebenfalls aus Kugeln 48, die in einer
senkrecht zur Rotationsachse stehenden Ebene entlang eines koaxialen Teilkrei
ses in teils im Boden 37 des Klauenkupplungs-Teils 4, teils im Druckring 6 ausge
bildeten Spreiznuten 49, 50 aufgenommen sind. Die Spreiznuten 49, 50 sind - wie
aus Fig. 3A ersichtlich - spiegelsymmetrisch in den Teilen 4, 6 ausgebildet und wei
sen beiderseits einer Mittelstellung Schrägrampen 51, 52 bzw. 53, 54 zur Axial
aufspreizung der beiden Teile 4, 6 bei deren Verdrehung auf. Die Verdrehwinkel
begrenzung bei einer rotatorischen Relativbewegung zwischen Klauen
kupplungs-Teil 4 und Druckring 6 erfolgt - wie aus Fig. 3B ersichtlich - durch äuße
re Klauen 55 am Boden 37 des Klauenkupplungs-Teils 4, die in stirnseitig an der
Außenbuchse 10 der Lamellenkupplung 8 gegebene Nuten 56 größerer Breite
eingreifen. Die Klauen 55 befinden sich bei in Grundstellung gegebenen Kugeln -
siehe Darstellung gemäß Fig. 3A - in Mittelstellung in den zugehörigen Nuten 56.
Der aus dieser Mittelstellung heraus in beiden Richtungen mögliche, durch die La
ge der Seitenflanken 57, 58 begrenzte Verdrehweg ist auf das bei gegenseitiger
Verdrehung der Teile 4, 6 über die Friktionskraft der Lamellenkupplung 8 herbei
führbare maximale Drehmoment abgestimmt.
Im Fall gemäß Fig. 4, 4A besteht die Mitnahmeeinrichtung zwischen
Klauenkupplungs-Teil 4 und Druckring 6 aus Klauen 59, die längs eines koaxialen
Teilkreises an einem der beiden Teile 4, 6 jeweils mit gleicher Länge und Form axi
al vorspringend angeordnet sind. Wie aus Fig. 3A ersichtlich, weisen die Klauen
59 in Drehrichtung gesehen vorn und hinten jeweils gleich ausgebildete Schräg
flanken 60, 61 auf, tauchen jeweils in eine im mitzunehmenden Teil gegebene
Spreiznut 62 ein und stützen sich dort auf entsprechend angepaßten Schrägram
pen 63, 64 ab, wodurch sich bei rotatorischer Relativbewegung zwischen den bei
den Teilen 4, 6 eine axiale Aufspreizung derselben einstellt. Außerdem weisen die
Spreiznuten 62 Anschlagflächen 65, 66 auf, mit denen der Verdrehweg zwischen
den Teilen 4, 6 aus einer Mittelstellung - siehe Fig. 4A - heraus nach beiden Seiten
begrenzt ist. Die Lage der Anschlagflächen 65, 66 bestimmt die Größe des über
die Friktionskraft der Lamellenkupplung 8 einzustellenden Grenzdrehmomentes.
Im Fall gemäß Fig. 5, 5A besteht die Mitnahmeeinrichtung zwischen
Klauenkupplungs-Teil 4 und Drehring 6 aus den gleichen Klauen 59 wie im Fall
gemäß Fig. 4, 4A, die in hinsichtlich ihrer Schrägrampen 63, 64 entsprechend aus
gebildete Spreiznuten 62 des mitzunehmenden Teils eingreifen. Die Verdrehwin
kelbegrenzungseinrichtung ist in diesem Fall jedoch örtlich verlegt und identisch
wie in Fig. 3B dargestellt ausgeführt.
Generell ist die Verbindung zwischen Klauenkupplungs-Teil 4 und Druckring 6
über die Druckfeder 3 sichergestellt, welche bei sich in Grundstellung befindli
chen Mitnehmerorganen 41 bzw. 48 bzw. 59 über diese und den Druckring 6 nur
eine geringe Druckkraft auf das Lamellenkupplungspaket 7 ausübt, so daß trotz
nur schwacher Friktionskraft in letzterem ein synchrones Mitrotieren von
Klauenkupplungs-Teil 4 und Lamellenkupplung 8 mit der diese Baugruppe tra
genden Welle 2 im entkuppelten Zustand der Klauenkupplung möglich ist. Bei ro
tatorischer Relativbewegung zwischen Klauenkupplungs-Teil 4 und Druckring 6,
welche durch eine Ankupplung der anderen Welle 1 über das dortige
Klauenkupplungs-Teil 5 hervorgerufen wird, werden die beiden Teile 4, 6 über
die in den Spreiznuten 43, 49, 50 bzw. 62 aus Mittelstellung auswandernden Ku
geln 41, 48 bzw. Klauen 59 um ein ganz gestimmtes Maß entsprechend der Stei
gung der Schrägrampen 44, 45; 51, 52 bzw. 63, 64 aus ihrer Normallage axial aus
einandergespreizt, wodurch über die dann entgegen Kraftrichtung zusammen
gedrückte Druckfeder 3 eine höhere, bis zu einem exakt durch die Lage der ver
drehwinkelbegrenzenden Anschlagflächen 46, 47; 57, 58 bzw. 65, 66 definierten
Grenzwert gehende Druckkraft auf das Lamellenpaket 7 der Lamellenkupplung 8
ausgeübt wird. Durch diesen Druckkraftgrenzwert ist der Grenzwert der von der
Lamellenkupplung 8 erzeugbaren Friktionskraft und des maximal übertragbaren
Drehmomentes nach Verbindung der beiden Wellen 1, 2 exakt bestimmt.
Der Kupplungsvorgang wird durch die Stellvorrichtung 12 ausgelöst, welche bei
entsprechender Ansteuerung eine Axialverschiebung ihres Stellkolbens 67 in
Richtung Kupplungsstellung unter Mitnahme des Stellhebels 34 durch die Kraft
einer sich entspannenden Druckfeder 68 zuläßt, wobei der Stellhebel 34 mit sei
nem Maul 32 das Klauenkupplungs-Teil 5 über dessen Mitnehmerring 31 ver
schiebt. Dabei kommen wegen der unterschiedlichen Drehzahlen zunächst nur
die Stirnflächen 69, 70 der Klauenverzahnungen 30, 36 zur Anlage. Sobald über
diesen Friktionsschleppkontakt zumindest annähernd Synchrondrehzahl zwi
schen beiden Klauenkupplungs-Teilen 4, 5 hergestellt ist, können die Klauenver
zahnungen 30, 36 ineinander einrücken. Dieser Einrückvorgang wird dadurch er
leichtert, daß die Zahnlücken-Breite in der einen Klauenverzahnung größer als
die Zahnbreite in der anderen Klauenverzahnung ist. Der Synchronisierungsvor
gang wird auch dadurch unterstützt, daß bereits unmittelbar nach Herstellen des
besagten Friktionsschleppkontaktes eine Auseinanderspreizung von erstem
Klauenkupplungs-Teil 4 und Druckring 6 in der vorbeschriebenen Weise erfolgt
und damit die Schleppwirkung auf die anzukuppelnde Welle 2 über die Lamellen
kupplung 3 erhöht wird. Sobald die Klauenverzahnungen 30, 36 in Eingriff kom
men und dann Drehzahlsynchronität zwischen dem auf der Welle 1 sitzenden
zweiten Klauenkupplungs-Teil 5 und dem ersten Klauenkupplungs-Teil 4 gege
ben ist, geht die Aufspreizung zwischen letzterem und dem Druckring 6 bis zum
mechanisch vorgegebenen Maximum weiter und demzufolge auch die
Schleppfriktionskraft der Lamellenkupplung 8 bis zu ihrem Maximum hoch, bei
dessen Erreichen dann das maximal übertragbare Drehmoment gegeben ist.
Eine Entkupplung beider Wellen 1, 2 erfolgt nach entsprechender Ansteuerung
der Stellvorrichtung 12 dadurch, daß eine Axialverschiebung des Stellkolbens 67
in Entkupplungsrichtung ausgelöst wird, bei der der Stellhebel 34 und über die
sen das zweite Klauenkupplungs-Teil 5 mitgenommen und in eine der Entkupp
lungsstellung entsprechende Endanschlagstellung rückgeführt werden. Bei dieser
Rückstellung des Stellhebels 34 wird die auf diesen einwirkende Druckfeder 68
wieder entsprechend vorgespannt.
Die besagte Rückstellung des Stellkolbens 67 kann - wie dargestellt - über einen
hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagten Druckraum 71 oder elektromagne
tisch erfolgen. Die Stellbewegungen des Stellkolbens 67 erfolgen dabei achspa
rallel zu der Rotationsachse der Wellen 1, 2. Der Stellkolben 67 ist in einer ent
sprechenden Vorrichtung 72 aufgenommen, die im Beispiel gemäß Fig. 1 durch
ein Teil des Gehäuses 73 des Ausgleichsgetriebes gebildet ist. Außerdem ist der
am Stellkolben 67 angeordnete Stellhebel 34 in einer dessen Axialverschiebung
zulassenden, aber eine Verdrehung um die Achse des Stellkolbens 67 verhindern
den Parallelführungskulisse 74 aufgenommen.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Kupplungseinrichtung ist darin
begründet, daß deren Teile 3, 4, 6, 8 mit 7, 9, 10, 11, 134, 14, 15, 16, 41, bzw. 48
eine komplett vormontierbare Kupplungsbaugruppe bilden, die als Ganzes an
der sie aufnehmenden Welle durch Aufschieben und Setzen des Sicherungsringes
20 anbringbar ist. Aus diesem Grund eignet sich die erfindungsgemäße Kupp
lungseinrichtung auch hervorragend zum Umbau bzw. zur Nachrüstung vorhan
dener Ausgleichsgetriebe, z. B. solchen gemäß der DE 37 33 153 A1, bei denen bis
her auf den Keilverzahnungen der Wellen 1, 2 nur im Stillstand des Fahrzeuges
schaltbare Kupplungsorgane saßen. Soweit überhaupt noch erforderlich, muß
dann lediglich die Stellvorrichtung 12 angepaßt werden.
Claims (17)
1. Kupplungseinrichtung zum Verbinden zweier mit unterschiedlicher Dreh
zahl rotierender Wellen (1, 2), mit
- - einer Klauenkupplung (4, 5), deren eines Teil (4) von einer Druckfeder (3) beaufschlagt über eine Mitnahmeeinrichtung und ein Organ (6) auf das Lamellenpaket (7) einer Lamellenkupplung (8) einwirkend sowie über das Gehäuse (9, 10, 11) letzterer an der einen Welle (1 bzw. 2) und deren anderes Teil (5) an der anderen Welle (2 bzw. 1) angeschlos sen ist, und mit
- - einer Stellvorrichtung (12), durch die die beiden Klauenkupplungs- Teile (4, 5) in bzw. außer Kupplungseingriff bringbar sind,
wobei die Mitnahmeeinrichtung Vorkehrungen aufweist, die bei und wäh
rend der Verbindung beider Wellen (1, 2) über die Klauenkupplungs-Teile
(4, 5) eine begrenzte Verdrehung zwischen den Teilen (4, 6) zulas
sen und dabei eine axiale Aufspreizung derselben gegen die Kraft der
Druckfeder (3) und in Folge davon über die so einstellbare Lamellen
kupplungs-Friktionskraft eine exakt definierte Begrenzung des übertragba
ren Drehmomentes herbeiführen.
2. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse der Lamellen
kupplung (8) aus zwei gegeneinander verdrehbaren Buchsen, nämlich einer
zumindest drehfest an der sie tragenden Welle fixierten Innenbuchse (9)
und einer dieser gegenüber kürzeren Außenbuchse (10), sowie einer ring
förmigen Endplatte (11) besteht, die am Ende des zu verschließenden Ge
häuseinnenraumes durch in Nuten der beiden Buchsen (9, 10) eingesetzte
Sicherungsringe (13, 14) nach außen gekontert abgestützt ist und ihrerseits
unter Zulassung eines gewissen Axialspiels die koaxiale Zuordnung der bei
den Buchsen in Axialrichtung sicherstellt sowie gegenüber der Innenbuchse
(9) verdrehungsgesichert ist, und wobei das im Gehäuseinnenraum innen
seitig an der Endplatte (11) abgestützte Lamellenpaket (7) aus ebenen, an
einander anliegenden, sich senkrecht zur Rotationsachse erstreckenden so
wie abwechselnd an der Innen- bzw. Außenbuchse (9, 10) verdrehungsgesi
chert aufgenommenen Ringscheiben (15, 16) besteht, und wobei das das La
mellenpaket (7) in Richtung Endplatte (11) kraftbeaufschlagende Organ (6)
durch einen in den Gehäuseinnenraum eintauchenden, axial verschiebba
ren, auf der Innenbuchse (9) geführten und gegenüber der Außenbuchse
(10) verdrehungsgesicherten Druckring gebildet ist.
3. Kupplungseinrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, wobei die In
nenbuchse (9) der Lamellenkupplung (8) verdrehungsgesichert sowie axial
gesichert auf der sie tragenden Welle fixiert ist, wobei ferner auf dem axial
überstehenden Abschnitt der Innenbuchse (9) das erste über die Mitnahme
einrichtung am Druckring (6) angeschlossene Klauenkupplungs-Teil (4)
drehbar und axial verschiebbar gelagert sowie die auf letzteres in Richtung
Druckbeaufschlagung des Lamellenpaketes (7) einwirkende und andernen
des gekonterte Druckfeder (3) angeordnet ist, und wobei das zweite
Klauenkupplungs-Teil (5) verdrehungsgesichert, aber axial verschiebbar auf
der anderen Welle angeordnet sowie unter der Einwirkung der Stellvorrich
tung (12) mit dem ersten Klauenkupplungs-Teil (4) in bzw. außer Kupp
lungseingriff bringbar ist.
4. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei sowohl die Innenbuchse (9)
der Lamellenkupplung (8) als auch das zweite Klauenkupplungs-Teil (5) je
weils über eine Keil-/Nuten-Verbindung (17, 18 bzw. 27, 28) mit der zugehö
rigen Welle (1 bzw. 2) verbunden ist.
5. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei das erste Klauenkupplungs-
Teil (4) topfförmig ausgebildet ist, im einzelnen eine zur Rotationsachse
koaxiale Außenwand (35) mit stirnseitig gegebener Klauenverzahnung (36)
sowie einen zur Rotationsachse senkrechten Boden (37) mit koaxialer, an
den Außendrehmesser der Innenbuchse (9) für Lagerung und Axialver
schiebbarkeit angepaßter Durchgangsbohrung (38) aufweist und in seinem
Innenraum die an der Bodeninnenfläche (39) anliegende Druckfeder (3) auf
nimmt.
6. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Druckfeder (3) durch ein
Tellerfederpaket gebildet ist.
7. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Druckfeder (3) durch
einen Radialbund oder einen in eine Nut eingesetzten Sicherungsring (21)
an der Innenbuchse (9) gekontert ist.
8. Kupplungseinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, wobei das zweite
Klauenkupplungs-Teil (5) eine Buchse (26) mit Längsnuten (27) aufweisen
der zentraler Durchgangsbohrung sowie eine einstückig mit der Buchse aus
gebildete Kupplungsscheibe (29) mit stirnseitig angeordneter Klauenver
zahnung (30) und radial äußerem Mitnehmerring (31) aufweist.
9. Kupplungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, wobei die Stellvorrich
tung (12) über einen Stellhebel (34) am zweiten Klauenkupplungs-Teil (5)
angreift, und wobei der Stellhebel an einem Stellkolben (67) angeschlossen
ist, der elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch in Richtung Ent
kupplungsstellung beaufschlagt ist und dabei eine Druckfeder (68) vor
spannt, die nach entsprechender Entlastung des Stellkolbens (67) diesen zu
sammen mit dem Stellhebel (34) in entgegengesetzter Richtung bewegt
und den Einkupplungsvorgang zwischen mitgenommenen Klauenkupp
lungs-Teil (5) und dem auf der anderen Welle sitzenden Klauenkupplungs-
Teil (4) bewirkt.
10. Kupplungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei beide Klauenkupplungs-
Teile (4, 5) an den einander zugewandten Stirnseiten (69, 70) ihrer Klauen
verzahnungen (30, 36) planparallel ausgebildet sind und die Lücken in einer
der beiden Klauenverzahnungen (30, 36) eine größere Breite als die beim
Kupplungsvorgang in diese eintauchenden Zähne der anderen Klauenver
zahnung haben.
11. Kupplungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei die Mitnahme
einrichtung durch Kugeln (41 bzw. 48) gebildet ist, die in einer senkrecht zur
Rotationsachse stehende Ebene längs eines koaxialen Teilkreises in teils im
Klauenkupplungs-Teil (4), teils im Druckring (6) ausgebildeten Spreiznuten
(42, 43 bzw. 49, 50) aufgenommen sind, welche Schrägrampen (44, 45; 75,
76 bzw. 51, 52; 53, 54) aufweisen, derart, daß bei sich in Grundstellung be
findlichen Kugeln (41 bzw. 48) durch die Kraft der leicht vorgespannten
Druckfeder (3) ein synchrones Mitrotieren der Lamellen-Kupplung (8) samt
angeschlossener Teile (4, 3) mit der sie tragenden Welle möglich ist, jedoch
bei rotatorischen Relativbewegungen zwischen Druckring (6) und
Klauenkupplungs-Teil (4) - hervorgerufen durch eine Ankupplung der ande
ren Welle über das auf dieser sitzende Klauenkupplungs-Teil (5) - diese bei
den Teile (4, 6) über die in den Spreiznuten aus Mittelstellung längs der
Schrägrampen auswandernden Kugeln (41 bzw. 48) um ein bestimmtes,
durch eine Verdrehwinkelbegrenzung vorgegebenes Maß aus ihrer Normal
lage axial auseinanderspreizbar sind, wobei über die zunehmende Druck
kraft der Druckfeder (3) die Friktionskraft der Lamellenkupplung (8) bis zu
einem exakt definierten Grenzwert zunimmt, der das maximal übertragba
re Drehmoment bestimmt.
12. Kupplungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei die Mitnahme
einrichtung zwischen Druckring (6) und Klauenkupplungs-Teil (4) durch
Klauen (59) gebildet ist, die an einem der beiden Teile (4, 6) mit gleicher
Länge und Form axial vorspringend längs eines koaxialen Teilkreises verteilt
angeordnet sind, in Drehrichtung gesehen vorn und hinten jeweils gleich
ausgebildete Schrägflanken (60, 61) aufweisen und in im anderen Teil gege
bene Spreiznuten (62) eintauchen und sich dort an winkelmäßig angepaß
ten Schrägrampen (63, 64) abstützen, wobei bei sich mittig in Grundstellung
befindlichen Klauen (59) durch die Kraft der leicht vorgespannten Druckfe
der (3) ein synchrones Mitrotieren der Lamellenkupplung (8) samt ange
schlossener Teile (4, 3) mit der sie tragenden Welle möglich ist, jedoch bei
rotatorischen Relativbewegungen zwischen Druckring (6) und Klauenkupp
lungs-Teil (4) - hervorgerufen durch eine Ankupplung der anderen Welle
über das auf dieser sitzende Klauenkupplungs-Teil (5) - diese beiden Teile (4,
6) über die in den Spreiznuten (62) aus Mittelstellung längs der Schrägram
pen (63 bzw. 64) auswandernden Klauen (59) um ein bestimmtes, durch eine
Verdrehwinkelbegrenzung vorgegebenes Maß aus ihrer Normallage axial
auseinanderspreizbar sind, wobei über die zunehmende Druckkraft der
Druckfeder (3) die Friktionskraft der Lamellenkupplung (8) bis zu einem ex
akt definierten Grenzwert zunimmt, der das maximal übertragbare Dreh
moment bestimmt.
13. Kupplungseinrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, wobei die Verdreh
winkelbegrenzung bei rotatorischer Relativbewegung zwischen
Klauenkupplungs-Teil (4) und Druckring (6) durch endseitig der Spreiznuten
(42, 43 bzw. 62) gegebene Anschlagflächen (46, 47; 77, 78 bzw. 65, 66) er
folgt.
14. Kupplungseinrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12, wobei die Verdreh
winkelbegrenzung bei rotatorischer Relativbewegung zwischen Druck
ring (6) und Klauenkupplungs-Teil (4) durch an letzterem vorspringende
Klauen (55) erfolgt, die in stirnseitig an der Außenbuchse (10) der Lamellen
kupplung (8) gegebenen Nuten (56) größerer Breite eintauchen, wobei sich
die Klauen (55) bei in Grundstellung befindlichen Kugeln (48) bzw. Klauen
(59) in Mittelstellung in den Nuten (56) befinden und durch den Abstand zu
vorderen bzw. hinteren Nutflanken (57, 58) der Verdrehweg begrenzt ist.
15. Kupplungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
die Lamellenkupplung (8) zusammen mit den Organen der Mitnahmeein
richtung und Verdrehbegrenzung, dem Klauenkupplungs-Teil (4) und der
Druckfeder (3) eine vormontierbare Baugruppe bildet, die so auf der sie auf
nehmenden Welle anbringbar ist.
16. Kupplungseinrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, gekenn
zeichnet durch ihre Verwendung zur Kupplung der Gehäusewelle (Welle 1)
eines Ausgleichsgetriebes eines Kraftfahrzeuges mit einer mit einem Rad
bzw. Radantrieb verbundenen Achsantriebswelle (Welle 2).
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