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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
automatische Kupplung zur Ausführung einer mechanischen
Kraftübertragung, insbesondere für eine
Ventil-/Schiebersteuervorrichtung, welche Kupplung einkuppeln soll,
wenn der Triebwerksteil eine vorbestimmte
Drehgeschwindigkeit in der einen wie in der anderen Richtung
erreicht, die sich aber erst lösen soll, wenn die
Drehgeschwindigkeit und die Last in der Kraftübertragung
aufgehoben wurden. Im Prinzip ermöglicht eine derartige
Kupplung, einen Triebwerksteil wie einen Verbrennungs-,
Hydro- oder Elektromotor an eine Kraftübertragung zu
kuppeln, um einen Schieber bzw. ein Ventil gegen die
Wirkung einer Feder zu öffnen und während des Eingriffs
mit einer Rast gegen einen Anschlag zu halten. Sobald
die Spannung in der Kraftübertragung gelöst ist, kann
sich diese Kupplung lösen, so daß die Feder jederzeit
danach den Schieber bzw. das Ventil rasch schließen
kann, ohne deswegen gleichfalls den Triebwerksteil
antreiben zu mussen.
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Die vollständig mechanischen Kupplungen enthalten
häufig Fliehgewichte, wie Rollen oder Kugeln, die,
indem sie sich radial auf einer konischen Ebene unter der
Wirkung der Zentrifugalkraft bewegen, ein Teil der
üblicherweise eine Reibungskupplung darstellenden
Kupplung unter Berücksichtigung des kurzen ausführbaren
Hubes axial verschieben. Als Beispiel können die
Reibungskupplungen zum Antreiben einer Kraftübertragung
oder Anziehen einer Bremse genannt werden, die in den
Patenten GB 2 111 641, FR 2 614 377, DE 2 943 685 und
DD 148 086 beschrieben sind. Diese Art des Reibantriebs
ist jedoch kaum in einer
Ventil-/Schiebersteuervorrichtung
verwendbar, da die Gefahr eines Durchdrehens
besteht, wenn die Last in der Kraftübertragung nach und
nach steigt, während die Bewegung zwingend fortgesetzt
werden muß.
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Die Patente U.S. 3 851 532, GB 1 378 258,
entsprechend GB 2 195 146, US 4748 862 und US 4 322 985,
offenbaren Auskupplungsvorrichtungen für Anlasser, wenn
der gestartete Motor eine bestimmte Geschwindigkeit
erreicht. Diese Vorrichtungen umfassen zwei Innenplatten,
die an ihren gegenüberliegenden Flächen mit
entsprechenden Zähnen versehen sind. Kugeln, die zu Beginn in
der Mitte zwischen den Platten angeordnet sind,
schieben diese unter der Wirkung der Zentrifugalkraft
auseinander, wodurch die Zähne aus dem Eingriff gelöst
werden. In der Auskupplungsvorrichtung für Anlasser,
die in dem U.S. Patent 2 720 299 beschrieben ist,
welches den jüngsten Stand der Technik darstellt, weist
die bewegliche Platte einen Innenkranz auf, dessen
vorderer Zahnrand die feststehende Platte quert, um in die
gegenüberliegenden Zähne einzugreifen, die am Ende der
Abtriebswelle des Anlassers ausgebildet sind. Diese
Zahnanordnung erleichtert die Arbeit der Kugeln für das
Auskuppeln bei hoher Drehgeschwindigkeit, aber
keineswegs das Kuppeln eines Zahnkranzes und eines äußeren
Zahnrades bei geringer Startgeschwindigkeit, wie bei
der Ventil-/Schiebersteuervorrichtung vorgesehen ist.
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Die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist
eine Kupplungsvorrichtung, die sehr rasch einrastet und
eingerastet bleibt, selbst wenn die Drehgeschwindigkeit
auf einen geringen Wert zu fallen beginnt, während die
Last in der Kraftübertragung noch immer vorhanden ist.
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Diese Zielsetzungen werden mit einer
automatischen Kupplung erreicht, die einerseits ein Gehäuse mit
einem konischen konkaven Boden umfaßt, das an einer
Antriebswelle befestigt ist und durch radiale Innenwände
in eine Reihe von Aufnahmen unterteilt ist, wobei in
jeder dieser Aufnahmen eine Kugel radial verschoben
werden kann, bis sie gegen die Seitenwand des Gehäuses
anliegt. Diese Kupplung umfaßt andererseits eine
Platte, die entlang der Welle verschiebbar ist und
durch die Welle und/oder das Gehäuse ständig in Drehung
versetzt wird und durch Rückstellmittel in die Richtung
der Kugeln des Gehäuses gepreßt wird. Diese Platte ist
an einem ihrer äußeren Kreisumfänge mit einem Zahnkranz
versehen, dessen Zähne parallel zur Antriebswelle sind
und in der eingerückten Position mit einem ersten
Zahnrad der mechanischen Kraftübertragung in Eingriff
stehen.
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Vorzugsweise wird die Platte durch mindestens
einen Finger des Gehäuses in Drehung versetzt, der
durch eine entsprechende öffnung der Platte geht.
Dieser Finger kann auf seiner seitlichen Oberfläche einen
abgeschrägten Teil aufweisen, welcher derart angeordnet
ist, daß er unter der Platte liegt, wenn sich diese in
der eingerückten Position befindet.
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Vorzugsweise ist die Innenfläche der Platte
gegenüber den Kugeln des Gehäuses ebenfalls
konisch-konkav.
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Die Erfindung wird durch die Beschreibung einer
beispielhaften aber nicht einschränkenden
Ausführungsform besser verständlich, die in den beiliegenden
Figuren dargestellt ist, von welchen:
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- Figur 1 die Kupplung im Vertikalschnitt zeigt,
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- Figur 2a und 2b Teilansichten im Schnitt ent
lang der Schnittlinie II von Figur 1 sind.
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Die erfindungsgemäße automatische Kupplung umfaßt
zunächst ein Gehäuse 20, das an einer Antriebswelle 10
befestigt ist. Diese Antriebswelle kann die Achse einer
manuellen Steuerung oder die Abtriebswelle eines
Verbrennungs-, Hydro- oder Elektromotors sein. Das Gehäuse
20 weist die Form einer Wanne auf, deren konisch
konkaver Boden 22 durch eine zylindrische Seitenwand 29
begrenzt ist. Das Innere des Gehäuses 20 wird durch eine
Reihe von radialen Innenwänden 24 in einzelne Aufnahmen
28 unterteilt, die jeweils eine Kugel 60 enthalten. Der
Durchmesser des Gehäuses 20 und der Kugeln 60 ist
derart bemessen, daß die letztgenannten um ungefähr einmal
ihren Durchmesser entlang der schiefen Ebene 22 unter
Wirkung der Zentrifugalkraft radial verschoben werden
können, wenn das Gehäuse 20 durch die Antriebswelle 10
in Drehung versetzt wird. Diese radiale Verschiebung
der Kugeln 60 wird durch die Seitenwand 29 begrenzt.
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Die automatische Kupplung umfaßt andererseits
eine bewegliche Platte 30, die auf der Antriebswelle 10
gegenüber dem Gehäuse 20 angeordnet ist, welches sie in
der Art eines Deckels verschließt. Diese Platte 30 kann
entlang der Antriebswelle 10 verschoben werden, wird
aber durch einen oder mehrere Antriebsfinger 26 in
Drehung versetzt, die an dem Gehäuse 20 befestigt sind und
durch eine entsprechende Öffnung der Platte 30 gehen.
Als Variante kann diese bewegliche Platte 30 auch durch
einen länglichen Zapfen der Antriebswelle 10 in Drehung
versetzt werden, der in eine entsprechende Rille
entlang der zentralen Öffnung der beweglichen Platte
eingreift, oder durch eine Reihe von länglichen Zähnen der
Antriebswelle 10, welche mit korrespondierenden Zähnen
in Eingriff stehen, die am Umfang der zentralen Öffnung
der Platte ausgebildet sind.
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Wie besser in Figur 2 dargestellt, kann der
Finger 26 einen schrägen Absatz 27 auf dem im wesentlichen
mittleren Teil der Seitenfläche aufweisen, die in die
direkte Drehrichtung weist, um die Platte 30
vorübergehend zu halten, wenn diese sich in der hohen und somit
eingerückten Position befindet.
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Vorzugsweise weist die Innenfläche der Platte 30,
das heißt, die Fläche gegenüber dem Gehäuse 20,
ebenfalls einen konisch konkaven Umfang gegenüber den
Kugeln 60 auf.
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In dieser Erfindung weist die Platte 30 auf
besondere Weise in ihrem oberen Teil einen Zahnkranz 34
auf, dessen Zähne parallel zur Welle 10 liegen. Dieser
Zahnkranz 34 dient für den Eingriff mit einem Zahnrad
40, welches das erste Element einer anzutreibenden
mechanischen Kraftübertragung darstellt. Außerdem neigt
eine Blattfeder 50 dazu, diese Platte 30 gegen das
Gehäuse 20 zu schieben, wobei offensichtlich ist, daß
ebenso eine zylindrische Schraubenfeder verwendet
werden kann, die auf einer nicht dargestellten, vertikalen
Verlängerung der Antriebswelle 10 angeordnet ist, wobei
diese Feder zwischen der oberen Fläche der beweglichen
Platte 30 und einer Schulter der Verlängerung wirkt.
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Wie zuvor beschrieben, funktioniert die
automatische Kupplung wie folgt. Zunächst befinden sich alle
Kugeln 60 am Boden des Gehäuses 20, wie durch die Kugel
dargestellt ist, die gestrichelt in den beiliegenden
Zeichnungen gezeichnet ist. Die Feder 50 hält nun die
bewegliche Platte 30 gegen die Kugeln 60 in der unteren
Position, wodurch das Gehäuse in der Art eines Deckels
verschlossen wird. In dieser Position befindet sich der
Zahnkranz 34 außer Eingriff mit dem Zahnrad 40.
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Wenn sich die Antriebswelle 10 zu drehen beginnt,
treibt sie das Gehäuse 20 und mit diesem die bewegliche
Platte 30 an. Die Zentrifugalkraft neigt dazu, die
Kugeln 60 sofort in die Richtung der Seitenwand 29 zu
verschieben, wodurch, unter Berücksichtigung der
geneigten Ebenen 22 und 32, diese bewegliche Platte 30
nach oben gegen die Wirkung der Feder 50 verschoben
wird. Diese vertikale Verschiebung der beweglichen
Platte 30 bewirkt den Eingriff des Zahnkranzes 34 mit
den Zähnen des Rades 40. Dieser Eingriff ist
vollständig, wenn die Kugeln 60 an die Seitenwand 29
anschlagen, was einer vertikalen Verschiebung der Platte 30 um
3 bis 5 mm entspricht. Diese vertikale Verschiebung
wird im Prinzip durch den Winkel der konischen Flächen
22 und 32 bestimmt. Es ist zu beachten- daß beim
Anheben
der Platte 30 diese vor den schrägen Teil 27 des
Fingers 26 bewegt wird.
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Wenn die Drehgeschwindigkeit der Welle 10 und des
Gehäuses 20 geringer wird, ja sogar aufgehoben wird,
während die Spannung in der Kraftübertragung noch immer
vorhanden ist, kehren die Kugeln 60 in die untere
Position zurück, aber die bewegliche Platte 30 bleibt mit
dem Zahnrad 40 in Eingriff. Im Prinzip bleibt die
Wirkung der Feder 50 nach unten gegenüber den
Reibungskräften vernachlässigbar, die einerseits zwischen dem
Zahnkranz 34 und dem Zahnrad 40 und andererseits
zwischen der beweglichen Platte 30 und der Antriebswelle
10 durch die nach wie vor vorhandene mechanische
Spannung der Kraftübertragung erzeugt werden. Dieses
Phanomen beruht im wesentlichen auf der Ausrichtung des
Zahnkranzes 34 in bezug auf die Antriebswelle 10,
welche bewirkt, daß das von dem Zahnrad 40 auf die
bewegliche Platte 30 ausgeübte Moment senkrecht zur Achse
der Antriebswelle 10 und somit senkrecht zur abwärtigen
Verschiebungsrichtung der beweglichen Platte 30 liegt.
Mit anderen Worten, die Feder 50 führt die bewegliche
Platte 30 nur gegen das Gehäuse 20 zurück, wenn dieses
nicht mehr dreht und die Spannung in der
Kraftübertragung aufgehoben ist. Ferner unterstützt der schräge
Teil 27 des Fingers 26 diese Halterung der Platte 30,
solange die Spannung in der Kraftübertragung nicht
aufgehoben ist.
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Wie man nach Lesen dieser Beschreibung
feststellen kann, schlägt die Erfindung eine automatische
Kupplung vor, welche die gewünschten Funktionen erfüllt und
dies mit mechanischen Teilen einfacher Konstruktion. Es
können zahlreiche Verbesserungen bei dieser
automatischen Kupplung im Rahmen der Ansprüche durchgeführt
werden.