DE541120C - Klauenkupplung fuer Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Klauenkupplung für Kraftfahrzeuge mit einem den Eingriff bei verschiedenen Drehzahlen der Kupplungsteile hindernden Synchronisierungsring, der mit dem einen (antreibenden) Kupplungsteil durch Reibung verbunden ist und mit dem anderen (angetriebenen) Kupplungsteil durch Vorsprünge verbunden werden kann, welche in Aussparungen des angetriebenen Kupplungsteils eingreifen. Bei derartigen Kupplungen hat die Verschiebung des Synchronisierungsringes in diejenige Lage, in der er das Wiedereinrücken gestattet, durch die Reibung zu erfolgen, mit der er mit dem Kupplungsteil verbunden ist. Andererseits ist diese Reibung während des sogenannten Freilaufs (bei dem die Kupplung ausgerückt ist) eine Ursache ständiger Erwärmung und Abnutzung, und es ist daher wesentlich, diese

ao Reibung so gering wie möglich zu machen, obgleich sie doch so stark sein muß, daß sie die Verschiebung des Synchronisierungsringes bei Erreichung des Gleichlaufs bewirken kann.

Erfmdungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Vorsprünge mit zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Stützflächen versehen sind, welche in der Kupplung vor dem Einrücken der Klauen an in den Aussparungen befindlichen Kugeln einen Stützwiderstand finden, der bei Erreichung des Synchronismus außer Wirksamkeit tritt, so daß zur Verschiebung des Synchronisierungsringes auf den Kugeln die Reibungsverbindung zwischen dem antreibenden Kupplungsteil und dem Ring ausreicht. Hierdurch ist erreicht, daß zur Abschiebung des Synchronisierungsringes auf den abstützenden Kugeln gegenüber dem angetriebenen Kupplungsteil bei Erreichung des Synchronismus nur ganz geringe Kräfte notwendig sind. Infolgedessen kann man die Reibungsverbindung zwischen dem Synchronisierungsring und dem antreibenden Kupplungsteil ganz schwach machen, so daß man z. B. zwei Werkstoffe mit geringer Reibungswertziffer an der Verbindungsstelle vorsehen kann. Auf diese Weise wird ein Freilauf des treibenden Kupplungsteils gegenüber dem Synchronisierungsring auch für längere Abschnitte ermöglicht.

Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Abb. ι zeigt eine Klauenkupplung mit Synchronisierungsring mit Sperrung durch Kugeln in teilweise geschnittenem Aufriß der ausgerückten,

Abb. 2 der eingerückten Kupplung.

Abb. 3 und 4 sind Schnitte nach der Linie a-a der Abb. 5, die ein Querschnitt nach der Linie A-A der Abb. 1 ist.

Abb. 6 bis 8a zeigen verschiedene Stufen des Eingriffs.

Abb. 9 zeigt eine andere Ausführungsform einer Klauenkupplung nach Abb. 1, deren Sperrung aber durch Kipphebel bewirkt wird, im Längsschnitt.

Abb. 10 stellt einen Querschnitt der Kupplung nach der Linie B-B der Abb. 9.

Abb. 11 und 12 sind Schnitte nach den Bogen b-b der Abb. 10 und zeigen die Kipphebel in und außer Sperrstellung. Abb. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Klauenkupplung, bei der die abstützenden Kugeln gleichzeitig als Sperrglieder wirken, in der oberen Hälfte im Längsschnitt, in der unteren in Ansicht der ausgerückten Kupplung.

Abb. 14 stellt einen Querschnitt nach der Linie C-C der Abb. 13 dar.

Abb. 15 ist eine Teilansicht der eingerückten Kupplung.

Abb. 16 und 17 sind Schnitte nach der Linie D^D der Abb. 14.

Abb. 18 zeigt eine Ausführungsform der Kupplung nach Abb. 13 bis 17 mit etwas abgeänderter Kugelsperrung oben im Längsschnitt, unten in Ansicht der ausgerückten Kupplung.

Abb. 19 ist ein Schnitt nach der Linie E-E der Abb. 18.

Abb. 20 ist ein Längsschnitt der eingerückten Kupplung.

Abb. 21 und 22 sind Schnitte nach der Linie F-F der Abb. 19.

Abb. 23 ist eine Stirnansicht der oberen Hälfte des getriebenen Kupplungsteils. Abb. 24 zeigt eine Klauenkupplung mit Synchronisierungsring mit Sperrung durch Kugeln, ähnlich der nach Abb. 1 in Verbindung mit einer Notkupplung in teilweise geschnittenem Aufriß.

Abb. 25 ist ein Querschnitt nach der Linie H-H der Abb. 24, ~

Abb. 26 ein Schnitt nach der Linie h-h der Abb. 25.

Abb. 27 bis 30 sind abgewickelte Schnitte, die einen Teil der Notkupplung veranschaulichen.

Abb. 31 bis 33 sind abgewickelte Schnitte einer Klauenkupplung mit schrägen Stirnflächen.

Abb. 34 zeigt die Anordnung einer Kupplung gemäß der Erfindung am Getriebegehäuse eines Kraftwagens.

Die Kupplung' nach Abb. 1 bis 8 ist in einem Gehäuse y angeordnet, das, wie δο Abb. 34 zeigt, mit dem Getriebegehäuse 3 zusammengegossen sein kann. Die Antriebswelle 5 und die angetriebene Welle 6 laufen in Kugellagern. Die Kugellager für die getriebene Welle 6, beispielsweise die Kardanwelle eines Kraftfahrzeuges, sind im Dekkel 3* des Gehäuses, die Kugellager für die Antriebswelle, beispielsweise die Hauptwelle 5 des Getriebes, sind in der Stirnwand des Getriebegehäuses 3 untergebracht. Der treibende Kupplungsteil 7 ist mit der Antriebswelle 5 aus einem Stück gebildet, während der getriebene Kupplungsteil 8 auf der getriebenen Welle 6 verschiebbar, aber nicht drehbar gelagert ist. Die getriebene Welle läuft mit einem Zapfen 7* in einer Lagerschale J^v der Antriebswelle 5. Die Kupplungsteile 7 und 8 sind mit Klauen 7^a und 8° ausgerüstet, die eine Feder 9 zwischen dem Kupplungsteil 8 und einem Anschlag 9° auf der Welle 6 in Eingriff zu bringen sucht. Ein Halsring 8⁶ ist in eine Nut 8^e des Kupplungsteils 8 eingesetzt und wird von einer Gabel 10 einseitig umfaßt. Die Gabel sitzt auf einer Welle 11, die durch einen Hebel 12 und Stange 13 gedreht wird. Der Halsring 8^b wird durch einen Stift 3^C an der Stirnwand 3* gegen Drehung gesichert. Der Halsring hat einen Ausschnitt 8^k, vgl. Abb. 5, der an einer Seite erweitert ist, um das Einsetzen des Rings in die Nut 8" des Kupplungsteils 8 zu ermöglichen. Er ist durch die Nut mit dem Kupplungsteil 8 in axialer Richtung verschiebbar, kann sich aber frei in dem Halsring drehen.

Der treibende Kupplungsteil 7 trägt einen Reibring 14, der gegenüber dem Kupplungsteil drehbar, aber gegen Axialverschiebung durch einen Sprengring J^c gesichert ist. Der Reibring und der Kupplungsteil 7 berühren sich mit den Reibflächen 7^d und 14°. Der Reibring 14 trägt eine Anzahl von Vorsprüngen 15, die am äußeren Ende zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Stützflächen 15⁶ und I5^C haben. Die Vorsprünge arbeiten mit Kugeln 17 zusammen, die in Aussparungen 16 des getriebenen Teils 8 liegen. Abb. 6 zeigt eine solche Aussparung im Schnitt. Die zugehörige Kugel wird durch eine axiale Bohrung eingeführt und dann gegen eine Fläche 16⁶ geschoben, die gemeinsam mit der Fläche 15* des zugehörigen Vorsprunges 15 die Kugel 17 in ihrer Aussparung hält, ihr aber eine Bewegung längs der Fläche i6^& erlaubt.

Wenn die Kupplung sich im Eingriff befindet (Abb. 2), nehmen die durch die Klauen J^a und 8^a gekuppelten Teile 7, 8 den Reibring 14 mit, vgl. Abb. 7. Die Kugeln sind zwischen der Stirnfläche i5^ß der Vorsprünge und der Stirnfläche i6^c der Aussparung 16 festgelegt, und der Reibring 14 läuft mit den beiden Teilen mit. Zum Aus-

kuppeln wird die Stange 13 nach links gezogen, der Kupplungsteil 8 geht nach rechts, die Feder 9 wird zusammengepreßt, die Klauen J^a, 8^S kommen außer Eingriff, und die Vorsprünge am Reibring 14 gelangen in die Stellung nach Abb. 8, in der ihre Flächen 15" die Kugeln 17 freilegen. Wenn nun die Hauptmotorkupplung ausgerückt ist und die Drehzahl der Welle 5 nachläßt, während die Kardanwelle 6 mit einer Drehzahl weiterläuft, die zunächst höher ist als die der Welle 5, weil sie mit den Fahrzeugrädern verbunden ist, kommen die Vorsprünge 15 in die Stellung nach Abb. 8a, in der sie die Kugeln 17 gegen,die Fläche i6^c andrücken. Wird nun zum Einrücken der Kupplung der Halsring 8* der Kupplung freigegeben, so kann die Feder 9 die Kupplung trotzdem nicht einrücken, weil die Flächen 15* sich gegen die

ao Kugeln abstützen (Abb. 6), und der Federdruck verbraucht Arbeit in Form von Reibungsarbeit an den Flächen 14° und y^b. Die Kugeln wirken also als Abstandstücke und verhindern das Einfallen der Klauen y" und 8^aj bis die Drehzahl der beiden Wellen gleich ist. Wird die Antriebswelle 5 wieder beschleunigt, bis ihre Drehzahl mindestens derjenigen der getriebenen Welle 6 gleichkommt, nimmt der Kupplungsteil 7 den Reibring 15 wieder mit und eilt nun gegenüber dem getriebenen Kupplungsteil 8 vor, bis die Vorsprünge 15 von den Kugeln 17 abrollen. Die Kugeln 17 wirken dann nicht länger als Abstandstück für die Vorsprünge, und die Feder 9 kann jetzt den Kupplungsteil 8 vorschieben, bis seine Klauen 8^a mit den Klauen J^a des treibenden Kupplungsteils 7 in Eingriff sind.

Die Ausführungsform nach Abb. 9 bis 12 ist der nach Abb. 1 bis 8 ähnlich, hat aber an Stelle der Vorsprünge 15 und der Kugeln 17 Kipphebel 17° zwischen dem Reibring 14 und dem getriebenen Kupplungsteil 8. Die Kipphebel wirken als Abstandstücke zwischen den Kupplungsteilen, solange der getriebene Kupplungsteil 8 schneller umläuft als der treibende Kupplungsteil 7. Sie sind in der Mitte zylindrisch und an den Enden mit kugelförmigen Köpfen iy^b versehen. Die Köpfe greifen in kugelförmige Vertiefungen 14? und 8^g im Reibring 14 und im Kupplungsteil 8, an die geneigte Aussparungen 14? und 8^ή anschließen. In diese Aussparungen legen sich die Kipphebel, sobald der treibende Kupplungsteil 7 schneller zu laufen beginnt als der getriebene 8. Dadurch wird der Reibring 14 gegenüber dem Kupplungsteil 8 im Drehsinn mitgenommen, bis die Hebel schließlich ganz in den Aussparungen 14^ und 8^ft liegen (Abb. 14) und der Kupplungsteil 8 mit seinen Klauen in den Kupplungsteil 7 eingefallen ist. Solange der Kupplungsteil 8 schneller umläuft als der Kupplungsteil 7, werden die Hebel iy^a durch ihr zylindrisches Mittelstück, dessen Stirnflächen sich gegen die Fläche 14* am Reibring und die Fläche 8' am Kupplungsteil 8 anlehnen, gesperrt, vgl. Abb. 13.

Die Ausführungsform nach Abb. 13 bis 17 ist ebenfalls der nach Abb. 1 bis 8 ähnlich, hat aber keinen Reibring und keine Mitnehmer, sondern nur Kugeln 20, die gleichzeitig als Sperrglieder dienen. Die Kugeln 20 liegen in Aussparungen 21 in der Stirnfläche des getriebenen Kupplungsteils 8 und befinden sich in ständigem Eingriff mit der Fläche J^d des treibenden Kupplungsteils 7. Die Aussparungen sind kreisringförmig ausgebildet (Abb. 14) und haben eine schräge Übergangsfläche zwischen einem flachen Kugelsitz 23 und einem tiefen Kugelsitz 22. Wenn die Kugeln dem flachen Sitz 23 anliegen, sind die Kupplungsteile außer Eingriff (Abb. 16), liegen sie dagegen in dem tiefen Sitz 22, sind sie in Eingriff (Abb. 17). Beim Ausrücken der Kupplung bleiben die Kugeln 20 hinter dem schneller laufenden' Kupplungsteil 8 zurück und rollen auf der schrägen Übergangsfläche bis zum flachen Sitz 23. Wird nun der Antrieb abgestellt, läuft der Kupplungsteil 7 langsamer, während der Kupplungsteil 8 noch ungefähr mit derselben Drehzahl weiterläuft. Dadurch werden die Kugeln in den flachen Sitzen 23 gehalten und verhindern das Einrücken der Kupplung. Erreicht aber der treibende Kupplungsteil die Drehzahl des getriebenen Teils und beginnt dem Kupplungsteil 8 vorzueilen, rollt jede Kugel 20 aus dem flachen Sitz 23 auf der schrägen Übergangsfläche nach dem tiefen Sitz 22, die Feder 9 kann den Kupplungsteil 8 vorschieben und die Kupplung einwerfen (Abb. 17).

Bei der Ausführungsform nach Abb. 18 bis 23 sind ebenfalls an Stelle der Mitnehmer und des Reibrings Kugeln 24 vorgesehen, in diesem Falle arbeiten aber die Kugeln nicht nur als rollende Übertragung und Sperrung, sondern sie dienen auch an Stelle der Klauen 7°, 8^a als Kupplungsglieder. Die Kugeln 24 liegen in Aussparungen 25 des getriebenen Teils, die ähnlich ausgebildet sind wie die Aussparungen nach Abb. 16 und 17. Jede Aussparung hat einen flachen Sitz 27 an einem Ende und einen tiefen Sitz 28 am anderen und dazwischen eine schräge Übergangsfläche 26. Der Sitz 28 liegt in radialer Richtung der Drehachse der Wellen näher als der Sitz 27 (Abb. 19). Der treibende Teil trägt eine Anzahl teilweise halbkugelförmiger Einschnitte 29 auf seiner Nabe 30, die in eine Ausdrehung 31 in der Mitte des getriebenen

Kupplungsteils 8 einspringt, wenn die Kupplung in Eingriff ist (Abb. 20). Jeder Einschnitt 29 bildet mit dem tiefen Sitz 28 eine Lagerfläche für die .Kugeln 24 (Abb. 20). Es liegen sich jeweils bei eingerückter Kupplung zwei solcher halbkugelförmiger Lagerflächen gegenüber, in denen eine der Kugeln 24 als kuppelndes Glied wirkt. Wird beim Auskuppeln der Kupplungsteil 8 zurückgezogen, suchen die unter dem Einfluß der Fliehkraft stehenden Kugeln 24 hinter dem schneller laufenden Kupplungsteil 7 zurückzubleiben und rollen auf der schrägen Fläche 26 in den flachen Sitz 27 (Abb. 21), in dem sie die Kupplungsteile auseinanderhalten. Wenn der treibende Kupplungsteil die Drehzahl des getriebenen erreicht oder eben überschritten hat, werden die Kugeln aus den Sitzen 27 in die tiefen Sitze 28 gerollt, indem sie auf der Fläche· J^b des getriebenen Kupplungsteils abrollen, so daß die Feder 9 den Kupplungsteil 8 nach dem Kupplungsteil 7 hindrängen kann, bis schließlich die beiden Kugeln ihre Sitze 28 mit einem der Einschnitte 29 in Eingriff bringen. Die Kugeln sind nun durch das von dem Sitz und dem Einschnitt gemeinsam gebildete Lager vollständig umschlossen und bilden eine zwangsläufige, unter Scherspannung stehende Verbindung zwischen den Kupplungsteilen 7 und 8.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 24 bis 33 ist wieder ein Reibring 14 mit Vorsprüngen 15 vorgesehen, hier haben aber die Klauen y^a und 8° im Sinne des Antriebs geneigte Flächen 7⁶ und 8^d, wie Abb. 31 bis 33 zeigen, um den Eingriff der Klauen zu erleichtern, wenn die Drehzahlen ungefähr gleich sind. Ist die Kupplung ausgerückt und durch die Kugeln 17 und die Flächen 15* der Vorsprünge gegen Wiedereinrücken gesperrt, wie Abb. 24 zeigt, befinden sich die Klauen in der gegenseitigen Lage der Abb. 33. Wenn die Drehzahlen ungefähr gleich sind, d. h. die Drehzahl des Kupplungsteils 7 diejenige des Kupplungsteils 8 gerade um ein weniges überschreitet, wird der Reibring 14 mitgenommen und läßt die axiale Verschiebung des Kupplungsteils 8 zu, wie beschrieben. Diese Bewegung dauert an, bis die geneigten Flächen der Klauen miteinander in Berührung stehen (Abb. 31). Die Klauen 7° gleiten nun auf den geneigten Flächen 8^d der Klauen 8^ß ab, da der Kupplungsteil 7 etwas schneller läuft als der Teil 8, bis die Klauen mit ihren Flächen J^f und 8' in Eingriff kommen (Abb. 32).

Hier ist auch eine Notkupplung vorgesehen, durch die die Klauenkupplung 7, 8 eingerückt werden kann, auch wenn die Drehzahlen nicht gleich sind. Der Reibring hat außer den drei Vorsprüngen 15 noch drei weitere Vorsprünge 40 zwischen je zwei Vorsprüngen 15 mit geneigten Flächen 4o^a. Diese weiteren Vorsprünge können in Ausschnitte 42 (Abb. 27 bis 30) des getriebenen Kupplungsteils 8 einfallen. Zwischen jede geneigte Fläche 40« und eine Kante des zugehörigen Ausschnitts 42 ist eine Kugel 41 eingesetzt. Ein Ring 43, der auf dem Kupplungsteil 8 axial verschiebbar ist, legt sich gegen diese Kugeln 41. Abb. 27 zeigt die Stellung, wenn die Kupplung gemäß Abb. 32 eingerückt ist, Abb. 29 zeigt die Stellung gemäß Abb. 33 bei ausgerückter Kupplung, in der die Kugeln 17 die Kupplung gegen das Wiedereinrücken sperren. Aus dieser Stellung kann jedoch die Kupplung trotzdem eingerückt werden, indem man den Ring 43 nach links vorschiebt (Abb. 24). Dadurch werden die Kugeln 41 zwischen die geneigten Flächen der weiteren Vorsprünge 40° und die Kanten der Ausschnitte 42 eingeschoben und drehen den Reibring 14 nach rechts (Abb. 29), bis die Vorsprünge 15 von den Kugeln 17 freikommen. Der getriebene Kupplungsteil 8 wird dann von der Feder 9 mit dem treibenden Teil eingerückt, obgleich die Drehzahlen beider Teile wesentlich verschieden sind.

Die geneigten Flächen y^b und 8^d erleichtern nicht nur das selbsttätige Einrücken der Kupplung, sondern verhindern auch eine Beschädigung der Klauen, wenn die Kupplung bei verschiedener Drehzahl der treibenden und getriebenen Welle eingerückt wird. In diesem Falle wirken die geneigten Flächen zum Ausgleich der Drehzahlen mit,- bis schließlich die Klauen sanft eingreifen.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Klauenkupplung für Kraftfahrzeuge mit einem den Eingriff bei verschiedenen Drehzahlen der Kupplungsteile" hindernden Synchronisierungsring, der mit dem einen (antreibenden) Kupplungsteil durch Reibung verbunden ist und mit dem anderen (angetriebenen) Kupplungsteil durch Vorsprünge verbunden werden kann, welche in Aussparungen des angetriebenen Kupplungsteils eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (15) mit zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Stützflächen (15*, i.5^c) versehen sind, welche in der Stellung der Kupplung vor dem Einrücken der Klauen (7^a, 8°) an in den Aussparungen (16) befindlichen Kugeln (17) einen Stützwiderstand finden, der bei Erreichung des Synchronismus außer Wirksamkeit tritt, so daß zur Verschiebung des Synchronisierungsringes die Reibungsverbindung zwi-

   sehen dem antreibenden Kupplungsteil und dem Ring ausreicht.
2. 2. Kupplung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronisierungsring (Ί4) mit dem angetriebenen Kupplungsteil durch Kipphebel (i/^a) mit kugelförmigen Köpfen (i7^b) verbunden ist, die in entsprechenden Vertiefungen (i4^c, 8^g) und Aussparungen (14^ 8^Ä) des Ringes (14) und des angetriebenen Kupplungsteiles (8) gelagert sind.
3. 3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützflächen in dem angetriebenen Kupplungsteil (8) als rinnenförmige Aussparungen (21) zur Aufnahme der Kugeln (20) mit je einem flachen und einem tiefen Kugelsitz (23, 22) derart ausgebildet sind, daß die synchronisierende Wirkung durch die Kugeln (20) und die Rinnen (21) erzielt wird.
4. 4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Synchronisierungsring (14) außer den Vorsprüngen (15) mit den Stützflächen noch weitere Vorsprünge (40) mit abgeschrägten Flächen (40^s) vorgesehen sind, um dem Ring durch einen in Richtung der Kupplungsachse wirkenden Druck eine Verdrehung zum willkürlichen Einkuppeln bei verschiedenen Drehzahlen erteilen zu können.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen