DE68903782T2 - Kupplungen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Kupplungen und insbesondere Bedienungsvorrichtungen zur Betätigung von Kupplungen.
• Die US-Patentschrift A 2 725 963 beschreibt eine Kupplungsbetätigung, bei der eine Anzahl Kugeln zwischen an Reaktionskörpern vorgesehenen Keilflächen durch eine axial verschiebbare Buchse radial nach innen gedrückt wird, wodurch die Reaktionskörper auseinanderbewegt werden und dadurch eine zugeordnete Kupplung eingerückt wird. Eine derartige Betätigungsvorrichtung kann jedoch die Kupplung nicht dauerhaft in eingerücktem Zustand halten.
• Seit langem besteht die Forderung nach einer einfachen, aber wirkungsvollen Kupplungsbetätigung, welche die zugeordnete Kupplung in eingerücktem Zustand sicher hält, so dass die Notwendigkeit ständig auszuübenden Anpressdrucks entfällt.
• Zweck der Erfindung ist es daher, eine Kupplungsbetätigung zu schaffen, welche die oben genannte, seit langem bestehende Forderung erfüllt.
• Gemäss der vorliegenden Erfindung ist eine Bedienungsvorrichtung zum Betätigen einer Kupplung vorgesehen, bestehend aus
• einem zwischen einer ersten Stellung, in der die Kupplungs ausgerückt ist, und einer zweiten Stellung, in der die Kupplung eingerückt ist, verschiebbaren Stellglied,
• einem Paar benachbarter Reaktionskörper mit abgeschrägten Keilflächen an sich gegenüberliegenden Seiten, wobei ein Reaktionskörper wirksam mit der Kupplung verbunden ist,
• sowie mindestens einem länglichen Kniehebel, welcher an einem Ende mit dem Stellglied wirksam verbunden ist und sich mit seinem anderen Ende zwischen die Keilflächen der Reaktionskörper erstreckt, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass die Verschiebung des Stellgliedes aus seiner ersten in seine zweite Stellung den Kniehebel zu einer Kippbewegung veranlasst und zur Trennung der Reaktionskörper und zum Einrücken der Kupplung tiefer zwischen die Keilflächen drückt und in eine stabile Lage überführt, in der das Stellglied durch Übertragung der Kraft entlang dem Kniehebel zwischen seinen Enden in seiner zweiter Stellung und damit die Kupplung in eingerücktem Zustand gehalten wird.
• Der Kniehebel kann so angeordnet sein, dass er über seinen Totpunkt hinaus in seine stabile Lage bewegt wird, wodurch eine höhere Kupplungsanpresskraft gewährleistet wird.
• Das Stellglied kann von den Reaktionskörpern umschlossen und so angeordnet sein, dass seine axiale Bewegung relativ zu den Reaktionskörpern die Kniehebel radial nach aussen zwischen die Keilflächen an den Reaktionskörpern drückt, wodurch einer der Reaktionskörper axial verschoben wird, um die Kupplung einzurücken.
• Eine Kupplungsbetätigung gemäss dieser Erfindung ist besonders geeignet für das Kuppeln eines Getrieberades mit einer Welle unter Verwendung einer Klauenkupplung, da bei einer gegebenen axialen Verschiebung des Stellgliedes die Kippbewegung eine grosse radiale Bewegung der Kniehebel und damit eine grosse axiale Bewegung eines der Reaktionskörper erzeugt, wie das bei Klauenkupplungen häufig erforderlich ist.
• Eine Anwendung, für welche die erfindungsgemässe Betätigungsvorrichtung sich besonders eignet, ist das Kuppeln eines Antriebsrades mit einer Vorderradantriebswelle bei einem vierradgetriebenen Schlepper.
• Die vorliegende Erfindung sieht ausserdem eine Klauenkupplung vor, bei der zwei Klauenkörper durch eine Kniehebelanordnung wie oben beschrieben relativ zueinander axial verschoben werden.
• In einer vorzugsweisen Ausführungsform (die wiederum besonders geeignet ist für die oben erwähnte Anwendung bei vierradgetriebenen Schleppern) sind die ineinandergreifenden Schaltklauen der Klauenkörper an zusammenwirkenden Flächen abgewinkelt, um eine Trennkraft zu erzeugen, welche die Klauenkörper zu trennen versucht. Dadurch wird sichergestellt, dass sobald das Stellglied genügend weit zu seiner ersten Stellung hin verschoben wird, um die Kniehebel aus ihrer stabilen Lage herauszubewegen, die Klauenkörper durch die Trennkraft ausgerückt werden. Ein solches Merkmal ist besonders wichtig bei der oben beschriebenen Anwendung im Vorderradantrieb, wo es häufig notwendig ist, den Antrieb zur Vorderradantriebswelle auszurücken, während die Schaltklauen der Klauenkupplung noch unter Last stehen.
• Eine erfindungsgemässe Ausführungsform ist nachstehend beschrieben und in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt. Es zeigen
• Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Vorderradantriebsstrang eines vierradgetriebenen Schleppers mit einer Kupplung und einer erfindungsgemässen Kupplungsbetätigung,
• Fig. 2 eine vergrösserte Ansicht von Kupplung und Kupplungsbetätigung gemäss Fig. 1,
• Fig. 3 bis 5 Einzelheiten der in der Kupplung gemäss Fig. 2 verwendeten Kupplungsteile,
• Fig. 6 eine vergrösserte Ansicht einer anderen Ausführungsform der Kupplungsbetätigung,
• Fig. 7 eine vergrösserte Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Kupplungsbetätigung und
• Fig. 8 eine abgeänderte Ausführung der in Fig. 7 dargestellten Welle.
• In Fig. 1 ist ein Vorderradantriebsstrang für Schlepper dargestellt, welcher in einem zwischen einem Schleppergetriebegehäuse 11 und einem Hinterachsgehäuse 12 befestigten Zwischengehäuse 10 angeordnet ist. Das Zwischengehäuse 10 nimmt eine von der nicht dargestellten Getriebeabtriebswelle angetriebene Welle 13 auf, die mit einem Zahnrad 14 versehen ist, das mit einem Zwischenrad 15 in Eingriff steht. Das Zwischenrad 15 weist einen Wellenstummel 16 auf, auf dem ein weiteres Zahnrad 17 angeordnet ist. Dieses steht mit einem weiteren Zwischenrad 18 in Eingriff, und dieses wiederum mit einem Abtriebsrad 19, das über ein Gleitlager 20 auf einer Vorderradantriebswelle 21 gelagert ist, welche über Lager 22 und 23 im Gehäuse 10 abgestützt wird.
• Das Abtriebsrad 19 ist unter Verwendung einer erfindungsgemässen Kupplungsvorrichtung 24 an die Antriebswelle 21 gekuppelt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist das Abtriebsrad 19 mit einem Satz Schaltklauen 25 versehen, welche in einen weiteren Satz Schaltklauen 26 an einem ersten Reaktionskörper 27 einrückbar sind. Der Reaktionskörper 27 ist bei 28 auf der Welle 21 verkeilt. Ein zweiter Reaktionskörper 29 umfasst ebenfalls die Welle 21. Beide Reaktionskörper 27 und 29 sind mit Keilflächen 30 bzw. 31 auf ihren sich gegenüberliegenden Seiten versehen. Die Keilfläche 30 weist einen ebenen (oder evtl. leicht konkaven) Querschnitt auf, die Fläche 31 einen solchen mit konvexer Krümmung. Eine Schaltwelle 32 ist in der Antriebswelle 21 untergebracht und nimmt drei längliche Keile oder Kniehebel 33 in einer Umfangsnut 34 auf. Jeder Keil 33 erstreckt sich jeweils durch einen Schlitz 35 in der Antriebswelle 32 radial nach aussen und ragt mit seinem äusseren Ende zwischen die Keilflächen 30 und 31 der Reaktionskörper.
• Die Schaltwelle 32 wird bei 36 in einem Schlitz 21a in der Antriebswelle 21 gehalten, um eine Relativdrehung zwischen den Wellen 32 und 21 zu verhindern, eine axiale Bewegung in Bezug auf die Antriebswelle 21 auf Grund der Wirkung der von Armen 38 auf einer drehbaren Schaltwelle 39 getragenen Zapfen 37 aber zuzulassen. Die Zapfen 37 fassen in eine Nut 40, welche im Flanschende 41 der Schaltwelle 32 vorgesehen ist.
• Weitere Einzelheiten der Schaltklauen 25 und 26 am Abtriebsrad 19 und dem Reaktionskörper 27 können aus den Fig. 3 bis 5 ersehen werden. Die Schaltklauen haben in einem Winkel α (vorzugsweise 20 Grad) abgeschrägte Flanken, so dass automatisch eine Trennkjraft erzeugt wird, welche die Schaltklauen auszurücken versucht, wenn keine Axialkraft angewendet wird, welche die Schaltklauen in Eingriff hält. Ausserdem sorgen Federn 42 für zusätzliche Trennkraft.
• Im oberen Teil der Fig. 2 sind die Schaltwelle 32, die Kniehebel 33, die Reaktionskörper 27 und 29, sowie die Schaltklauen 25 und 26 in ihrer ausgerückten Stellung gezeigt. Um die Schaltklauen 25 und 26 in Eingriff zu bringen und damit das Rad 19 mit der Antriebswelle 21 zu kuppeln, wird die Schaltwelle 39 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, wie der Pfeil x in Fig. 2 zeigt. Dadurch werden die Kniehebel radial nach aussen weiter zwischen die gegenüberliegenden Keilfläche 30 und 31 gedrängt und der Reaktionskörper 27 in Bezug auf den Reaktionskörper 29 nach rechts verschoben, um die Schaltklauen 25 und 26 in Eingriff zu bringen. Die Krümmung der Keilfläche 30 gewährleistet, dass die Kniehebel 33 radial nach aussen bewegt werden dadurch, dass sie ohne plötzlichen Richtungswechsel um die Fläche 30 abrollen.
• In der unteren Hälfte der Fig. 2 ist die Schaltwelle 32 in der die Kupplung einrückenden Stellung gezeigt, in welcher die Kniehebel 33 im rechten Winkel zur Schaltwelle 32 und daher in stabiler Lage stehen. Eine Analyse der durch die Reaktionskörper 27 und 29 auf die Kniehebel 33 ausgeübten Reaktionskräfte weist eine Reaktionskraft Z (Fig. 2) aus, welche in generell rechtem Winkel zur Tangente im Berührungspunkt mit der Keilfläche 30 verläuft, sowie eine Reaktionskraft Y, welche im rechten Winkel zur Tangente im Berührungspunkt mit der Keilfläche 31 verläuft. Diese beiden Reaktionskräfte vereinen sich und ergeben eine resultierende Kraft R, welche generell in Richtung des Pfeils R (Fig. 2) verläuft. Es ist zu erkennen, dass diese Kraft, welche über die inneren Enden der Kniehebel 33 auf die Schaltwelle 32 ausgeübt wird, derart ausgerichtet ist, dass sie die Schaltwelle 32 nach rechts zu verschieben versucht (Fig. 2), wodurch diese in der in der unteren Hälfte der Fig. 2 gezeigten Stellung gehalten wird und damit die Schaltklauen 25 und 26 im Eingriff verbleiben.
• Durch geeignete Auslegung der Geometrie der erfindungsgemässen Betätigungsvorrichtung ist es möglich, die resultierende Kraft R so festzulegen, dass sie ausreicht, die von den abgewinkelten Flanken der Schaltklauen 25 und 26 und den Federn 42 erzeugte Trennkraft zu überwinden, um die Schaltklauen 25 und 26 im Eingriff zu halten, ohne dass es erforderlich wird, eine Kraft auf die Schaltwelle 32 auszuüben, nachdem die Kniehebel ihre in der unteren Hälfte der Fig. 2 dargestellte stabile Lage eingenommen haben.
• Falls gewünscht, können die Kniehebel 33 derart angeordnet werden, dass sie in ihrer Stellung bei eingerückter Kupplung über ihren Totpunkt hinaus gekippt sind, um die in der unteren Hälfte der Fig. 2 gezeichnete Schräglage 33" einzunehmen. Diese Anordnung ergibt eine noch grössere resultierende Kraft R, welche die Schaltwelle nach rechts zu schieben versucht, wie in der unteren Hälfte der Fig. 2 dargestellt.
• Eine sich über den Umfang erstreckende Lippe 27a am Reaktionskörper 27 hindert die Kniehebel, über ihre normale stabile Lage hinaus (auf Grund hoher, durch übermässig hohe Drehzahlen verursachte Zentrifugalkraft) radial nach aussen in eine Stellung verschoben zu werden, in der sie durch Verschiebung der Welle 32 nicht ausgelöst werden können , wie nachstehend beschrieben.
• Um die Schaltklauen 25 und 26 auszurücken, wird die Kupplungswelle 39 im Uhrzeigersinn gedreht, um die Schaltwelle nach links zu verschieben (siehe untere Hälfte der Fig. 2). Befinden sich die Kniehebel 33 nicht mehr in ihrer stabilen Stellung im rechten Winkel zur Schaltwelle 32, so versucht die resultierende Kraft R nicht länger, die Schaltwelle 32 in ihrer Stellung mit eingerückter Kupplung zu halten, und die durch die abgewinkelten Flanken der Schaltklauen 25 und 26 und die Federn 42 erzeugte Trennkraft vereinen sich zur Unterstützung der Verschiebung der Schaltwelle nach links, wodurch die Grösse der auf die Schaltwelle 32 zur Trennung der Schaltklauen 25 und 26 anzuwendende Kraft beträchtlich verringert werden kann.
• Sicherungsringe 49 und 50 und Druckscheiben 51 nehmen die Trennkraft auf und verhindern ihre Übertragung auf die Lager 22 und 23.
• Fig. 6 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, bei der die mechanische Betätigung der Welle 32 durch Flüssigkeitsdruck (beispielsweise hydraulisch) ersetzt wird. In der in Fig. 6 dargestellten Anordnung arbeitet das linke Ende der Schaltwelle 32 als in einer Bohrung 45 gleitender hydraulischer Kolben. Um die Schaltwelle zum Einrücken der Kupplung nach rechts zu verschieben, wird Hydraulikdruck, gesteuert durch ein nicht dargestelltes magnetbetätigtes Ventil über einen Einlass 47 in eine Kammer 46 geleitet. Im rechten Ende der Schaltwelle 32 ist eine Rückstellfeder 48 vorgesehen, welche zusammen mit Federn 42 die Welle 32 zum Ausrücken der Kupplung nach links verschiebt, wenn die Kammer 46 druckentlastet wird.
• In einer weiteren abgeänderten Ausführungsform gemäss Fig. 7 ist die Schaltwelle 32 durch eine starke Tellerfeder 52 nach rechts vorgespannt, um die Schaltklauen 25 und 26 in Eingriff zu bringen, und zum Ausrücken der Schaltklauen 25 und 26 ist die Schaltwelle nach links durch Hydraulikdruck verschiebbar, der, durch ein nicht dargestelltes magnetbetätigtes Ventil gesteuert, über eine durch die Mitte der Welle 32 verlaufende Bohrung 71 in die Kammer 70 geleitet wird. Eine derartige Anordnung stellt bei hydraulischem Druckverlust das automatische Einrücken der Kupplung durch die Tellerfeder 52 sicher, was insbesondere bei der beschriebenen Anwendung in Schlepper-Vorderradantrieben wünschenswert ist.
• Die hydraulisch betätigten Ausführungsformen gemäss Fig. 6 und Fig. 7 können mit dem Bremssystem eines Schleppers verknüpft werden, beispielsweise durch Verwendung eines dem Bremspedal zugeordneten elektrischen Schalters, der das Magnetventil betätigt, welches den Zu- und Abfluss von Flüssigkeit zu und aus den Kammern 46 und 70 steuert, um sicherzustellen, dass die Kupplung zur Herstellung der Antriebsverbindung an die Vorderräder des Schleppers automatisch eingerückt wird, wenn das Bremspedal betätigt wird, wodurch das Abbremsen des Schleppers wirkungsvoll verbessert wird.
• Fig. 8 zeigt eine abgeänderte Aussführungsform der Welle 32 aus Fig.7, welche mit einem Ventil 53 versehen ist, um das schnellere Entlasten des Drucks in der Kammer 70 zu unterstützen und damit ein wirkungsvolles und rasches Einrücken der Kupplung zu bewirken.
• Gelangt Druck in die Bohrung 71, wird das Ventil 53 nach rechts in die in Fig. 8 gezeichnete Stellung verschoben, wobei die Fläche 53a am Ventilsitz 60 anliegt und der Kammer 70 Druckflüssigkeit über ein federbelastetes Rückschlagventil 54 zugeführt wird, dessen Feder 57 sich gegen eine von einem Querzapfen 59 gehaltene Kappe 58 abstützt.
• Wird die Bohrung 71 zum Einrücken der Kupplung druckentlastet, so verschiebt der höhere Druck in der Kammer 70 das Ventilteil 53 in der Bohrung nach links (Fig. 7), um den Ventilsitz freizugeben und der Flüssigkeit in der Kammer 70 den Abfluss über Bohrungen 56 in den durch die Gehäuse 10, 11 und 12 gegebenen Sumpf zu ermöglichen.
• Es ist ferner möglich, die Ausführungsform gemäss Fig. 8 selbst in abgeänderter Form zu verwenden, bei der das Rückschlagventil 54, die Feder 57 und der Querzapfen 59 weggelassen werden.
• Wie in Fig. 2 gezeigt, können die Kniehebel 33 auch so angeordnet sein, dass sie bei den Konstruktionsbeispielen nach Fig. 6 und Fig. 7 in eine Lage 33" über ihren Totpunkt hinaus übergehen.

Claims (12)

1) Bedienungsvorrichtung zur Betätigung einer Kupplung (24), mit einem zwischen einer ersten Stellung, in der die Kupplung (24) ausgerückt ist und einer zweiten Stellung, in der die Kupplung eingerückt ist, verschiebbaren Stellglied (32),

einem Paar benachbarter Reaktionskörper (27, 29) mit abgeschrägten Keilflächen (30, 31) auf sich gegenüberliegenden Seiten, wobei ein Reaktionskörper (27) wirksam mit der Kupplung (24) verbunden ist,

und mindestens einem zwischen den Reaktionskörpern (27, 29) angeordneten Keil (33), der bei Verschieben des Stellgliedes (32) aus seiner ersten in die zweite Stellung tiefer zwischen die Keilflächen (30, 31) gedrückt wird, wodurch die Reaktionskörper (27, 29) voneinander getrennt werden und die Kupplung eingerückt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Keil (33) die Form eines länglichen Kniehebels (33) aufweist, welcher an einem Ende (34) wirksam mit dem Stellglied (32) verbunden ist und sich mit seinem anderen Ende zwischen die Keilflächen (30, 31) der Reaktionskörper (27, 29) erstreckt, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass die Verschiebung des Stellgliedes (32) aus seiner ersten in seine zweite Stellung den Kniehebel (33) zu einer Kippbewegung veranlasst und zum Einrücken der Kupplung tiefer zwischen die Keilflächen (30, 31) drückt und in eine stabile Lage überführt, in der das Stellglied (32) durch die Kraftübertragung entlang dem Kniehebel (33) zwischen seinen Enden in seiner zweiten Stellung und dadurch die Kupplung (24) in eingerücktem Zustand gehalten wird.

2) Bedienungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder jeder Kniehebel (33) so angeordnet ist, dass er über den Totpunkt hinaus (33") in seine stabile Lage bewegbar ist.

3) Bedienungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (32) von den Reaktionskörpern (27, 29) umschlossen wird und derart angeordnet ist, dass die axiale Bewegung des Stellgliedes relativ zu den Reaktionskörpern den oder jeden Kniehebel (33) radial nach aussen zwischen die Keilflächen (30, 31) an den Reaktionskörpern drückt, wodurch ein Reaktionskörper (27) zum Einrücken der Kupplung verschoben wird.

4) Bedienungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Verbindung (37, 38, 39, 40) vorgesehen ist, welche das Stellglied (32) zum Einrücken der Kupplung (24) aus seiner ersten in seine zweite Stellung verschiebt und ausserdem zum Lösen der Kupplung den oder jeden Kniehebel (33) aus seiner stabilen Lage (33") heraus bewegt.

5) Bedienungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch Flüssigkeitsdruck betätigter Stellantrieb (45, 46, 47) vorgesehen ist, welcher das Stellglied (32) zum Einrücken der Kupplung (24) aus seiner ersten in seine zweite Stellung verschiebt, und dass Federn (48) vorgesehen sind, welche das Stellglied verschieben, um den oder jeden Kniehebel (33) zum Lösen der Kupplung aus seiner stabilen Lage heraus zu bewegen, wenn der Stellantrieb drucklos ist.

6) Bedienungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Federn (52) vorgesehen sind, welche das Stellglied (32) zum Einrücken der Kupplung (24) aus seiner ersten in seine zweite Stellung verschieben, und dass ein durch Flüssigkeitsdruck betätigter Stellantrieb (70, 71) vorgesehen ist, welcher das Stellglied verschiebt, so dass dieses zum Lösen der Kupplung den oder die Kniehebel (33) aus der stabilen Lage heraus bewegt und die Federkraft überwindet.

7) Bedienungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (32) von den Reaktionskörpern (27, 29) wie nach Anspruch 3 umschlossen wird und ein Teil des Stellgliedes (32) als Kolben des flüssigkeitsbetätigten Stellantriebes (45, 46, 47) arbeitet.

8) Bedienungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verschiebung des Kolbens Druckflüssigkeit über eine Leitung (71) im Stellglied (32) in eine Kammer (70) des Stellantriebes geführt wird, wobei das Stellglied Entlüftungen (53, 56) aufweist, um eine schnelle Druckentlastung in der Kammer des druckflüssigkeitsbetätigten Stellantriebes und damit eine rasche Verschiebung des Stellgliedes durch die Feder (52) sicherzustellen.

9) Mit Klauen versehene Kupplung, dadurch gekennzeichnet, dass Klauenkörper (25, 26) vorgesehen sind, welche zum Ineinandergreifen ihrer Klauen relativ zueinander axial verschiebbar sind, wodurch die Kupplung durch die Bedienungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 eingerückt wird.

10) Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ineinandergreifenden Klauen (25, 26) der Klauenkörper an zusammenwirkenden Flächen abgewinkelt (α) sind, wodurch sich eine Trennkraft ergibt, welche die Klauenkörper zu entkuppeln versucht, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass sobald das Stellglied genügend weit zu seiner ersten Stellung hin verschoben wird, um den oder die Kniehebel (33) aus der stabilen Lage (33") heraus zu bewegen, die Trennkraft das Entkuppeln der Klauenkörper unterstützt.

11) Kupplung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klauenkörper (25) mit einem Antriebsrad (19) und der andere Klauenkörper (26) mit einer Vorderrad-Antriebswelle (21) eines vierradgetriebenen Schleppers derart wirksam verbunden ist, dass das Einrücken der Kupplung (24) die Antriebsverbindung zu den Vorderrädern des Schleppers herstellt.

12) Vierradgetriebener Schlepper mit antreibbaren Vorder- und Hinterrädern, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung nach Anspruch 11 vorgesehen ist, die einen abschaltbaren Antrieb auf die Vorderräder herstellt.