-
Selbsttätig ausschaltbare Kupplung zur Drehmomentübertragung Die Erfindung
betrifft eine ausschaltbare Kupplungsvorrichtung zwischen zwei gleichachsig zueinander
angeordneten, ineinander axial verschiebbaren, umlaufenden inneren und äußeren Kupplungsteilen
mit in der Achsrichtung keilartig, steil schraubenförmig verlaufenden Profilen zum
Zwecke der Drehmomentübertragung, insbesondere bei Triebwerkanlagen, bei denen zwei
oder mehrere Motoren auf eine gemeinsame Abtriebswelle arbeiten.
-
Besondere Bedeutung kommt solchen Vorrichtungen z. B. in Luftfahrzeixgen
zu, bei denen mehrere Motoren eine gemeinsame Luftschraube treiben. Bei Anlagen
dieser Art erfordert die Betriebssicherheit, daß ausfallende Motoren sich selbsttätig
abhängen, sobald die in ihnen auftretenden, durch irgendwelche Schäden verursachten
Bewegungswiderstände ein negativ wirkendes . Drehmoment bestimmter Größe.erzeugen.
Darüber hinaus muß die Kupplungsvorrichtung auch das willkürliche Zu- und Abschalten
einzelner Motoren bei laufender Luftschraube ermöglichen, o Es ist bei Getriebekupplungen
schon vorgeschlagen `worden, Steilgewinde zur Betätigong von Reibungskupplungen
zu verwenden oder eine Wellenverbindung mittels Keilkupplungsgliedern herzustellen,
wobei wenigstens eine Flanke jedes Keiles schraubenartig ist. Mit der vorliegenden
Erfindung steht dies aber nicht im Zusammenhang.
-
Man hat früher erwogen, bei einem Zahnräder - Wechsel- und -wendegetriebe
zum Zwecke des Kuppelns und Entkuppelns des einen Zahnrädersatzes mit der zugehörigen
Welle Schraubenkupplungen vorzusehen, bei denen sich eine von der Welle mitgenommene
Muffe mit Gewinde in das zugehörige Zahnrad einschrauben soll. Das ergibt aber eine
verhältnismäßig große Baulänge für das Getriebe. ° Es wurde auch schon vorgeschlagen,
das Drehmoment durch Klauen zu übertragen, deren jeweils unter Last stehenden Mitnahmelächen
so zur Richtung des Umfangsdruckes geneigt sind, daß die Klauen beider Kupplungsteile
-bei positivem Drehmoment ihre Lage zueinander beibehalten, bei negativem Drehmoment
jedoch aneinander abgleiten und so außer Eingriff kommen, wobei sich der eine Kupplungsteil
gegenüber dem ändern axial verschiebt, was bis zur Erreichung des zulässigen
negativen
Drehmomentes durch Federn oder federbelastete Riegel verhindert «-erden kann. o
Die Forderung, einzelne Motoren bei laufender Luftschraube zuschalten zu können,
kann dabei dadurch erfüllt «erden, daß die in Ausriickstellung einander zugekehrten
Stirnflächen der Klauen in bekannter Weise als Abweisflächen ausgebildet werden,
die ein Einrücken der Kupplung durch L'berholen ermöglichen. Dabei ist es von großer
Wichtigkeit, in der Weise zu kuppeln, daß die Lastspitzen der 1>ei jeder Kurbelwellenurndrehung
periodisch auftretenden Drehmomentschwankungen der einzelnen Motoren nie gleichzeitig,
sondern nur um einen bestimmten Teil des Zündintervalls zeitlich verschoben auf
die Luftschraube übertragen werden können. Dies «wurde in bisher bekannter `''eise
durch eine der Anzahl der Zündungen je Kurbelwellenumdrehunl# entsprechende Klauenzahl
erreicht. Durch diese ' aßnahme wird jedoch die Zahl der Klauen stark beschränkt.
So konnten beispielsweise bei zwei zusammenarbeitenden i2-Zylinder-Viertaktma-en
nur sechs Klauen vorgesehen werden, wobei die Klauen der einen Kurbelwelle gegenüber
denen der anderen um 30° versetzt wurden. Soll aber die spezifische Pressung, die
bei positivem Drehmoment an den Klauenflächen auftritt, das zulässige -Maß nicht
übersteigen, so sind hei geringer Klauenzahl große Durchniesser der Klauenkränze
erforderlich oder bei gegebenein kleinem Durchmesser große Klauenbreiten in axialer
Richtung. Bei großen Kräften ergibt sich hieraus eine verhältnismäßig schwere und
sperrige Ausführung der Kupplungsvorrichtung. -;ach der Erfindung werden die erwähnten
Nachteile bei der zu Eingang gekennzeichneten Kupplungsvorrichtung zwischen zwei
Illleichachsig zueinander angeordneten, ineinander axial verschiebbaren, umlaufenden
inneren und äußeren Kupplungsteilen mit in der Achsrichtung keilartig, steil schraubenförmig
verlaufenden Profilen dadurch verinieden, datl die Profile in beiden Kupplungsteilen
in der axialen Richtung, durch Ringnuten in mehrere Abschnitte, d.li. Mitnehmerkränze,
unterteilt sind, wobei die Brete der Ringnuten etwas größer als die der Mitnehmer
ist, so daß bei gelöster Kupplung die Mitnehmerkränze der Kupplungsglieder zwischen
denen des Gegenstückes Platz finden. Dabei wird gemäß der Erfindung bevorzugt, die
Vorrichtung so zu gestalten, daß die durch die steil schraubenförmig verlaufenden
Mitnehmer unter dein Einfluß der Umfangskraft auftretende Axialverschiebung des
Kupplungsgliedes bei positivem Drehmoment durch Anschlag der Kupplungsteile aneinander,
bei negativem Drehmoment durch eine Schlauchf.-der verhindert wird, die, von einem
der zu kuppelnden Teile in axialer Richtung gehalten, beim Verschieben eines Kupplungsgliedes
eine Änderung ihres Umfangs erfährt.
-
Da die Schlauchfedern, und zwar sowohl die Zug- als auch die Druckfeder,
durch die Fliehkraft beeinflußt werden, kann die Charakteristik des Federwiderstandes
in Abhängigkeit von der Drehzahl und der ge-,viinschten Ausrückkraft durch Verwendung
einer Zug- oder Druckfeder oder insbesondere durch Kombination beider Arten weitgehend
beeinflußt werden. Demgemäß können nach der Erfindung auch mehrere Schlauchfedern
paarweise derart angeordnet werden, daß abwechslungsweise eine derselben auf Zug,
die andere auf Druck beansprucht wird.
-
Es ist weiterhin Vorsorge getroffen, dall die Kupplung unabhängig
von der Klauenzahl nur in einer bestimmten Stellung der Kupplungsteile zueinander
eingerückt werden kann. Zu diesem Zweck ragt bei einem Kupplungsteil eine Klaue
in radialer Richtung über die übrigen hinaus und kann nur in eins entsprechende
vertiefte Ausnehmung des andern Kupplungsteiles eingreifen.
-
Um das Zuschalten eines Motor: z. 13. bei laufender Luftschraube zu
ermöglichen. wird nach der Erfindung die Vorriclifung so gestaltet, daß die in ausgerückter
Stellung einander zugekehrt zusammengehörigen Stirnflächen eines Mitnehmerkranzes
des inneren und des# äußeren Kupplungsteiles Flanken eines Ganges eines eingängigen
Ge-,vindes kleiner Steigung bilden und ein über den Umfangskreis der übrigen Mitnehmer
hinausragender Mitnehmer einer dieser Kränze nur in eine dafür vertiefte Ausnehmung
des anderen entsprechenden Kranzes eingreifen kaii!n. An Stelle der, wie vorerwähnt,
ausgclfildete#i und daher besonders vorteilhaften Klauenkränze können auch die sonst
üblichen Abweiseklauen angewendet werden.
-
Die Zeichnung stellt in Abb. i bis 6 eine beispielsweise Ausführung
der erfindungsgeniäßen Kupplungsvorrichtung zur @@erbii@-dting eines lose drehbaren
Ritzels mit einer durchgehenden Triebwelle dar.
-
Abb. i zeigt die Kupplungsvorrichtung in eingerücktem Zustand im Längsschnitt.
-
Abb. 2 ist zugehörig zu Abb. i und zeigt eine teilweise l#,bwiclzlung
der zusammen in Eingriff befindlichen Klauen der beiden Kopplungsteile.
-
Abb. 3 ist ein Querschnitt nach Linie 111-11I der Abb. i.
-
Abb. 4. ist ein Querschnitt nach Linie IV-IV der Abb. i.
-
Abb. 3 zeigt die Kupplungsvorrichtung in ausgerücktem Zustand im Längsschnitt.
Abb.
6 ist zugehörig zu Abb. 5 und zeigt eine teilweise Abwicklung der außer Eingriff
befindlichen Klauen.
-
Abb. 7 und B zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes,
und zwar in Abb.7 zur Verbindung zweier Wellen und in Abb. 8 zur Verbindung zweier
Räder, die lose drehbar gelagert sind.
-
Die Triebwelle i trägt umdrehbar, jedoch axial verschiebbar die Kupplungsmuffe
2, die am einen Ende die Ringnut 3 besitzt, in die der Schalthebel 4 eingreift.
Die Kupplungsmuffe 2 trägt an ihrem Umfang ein mehrgängiges Flachgewinde, z. B.
im Steigungswinkel a, wodurch die Klauen 5 entstehen. In gleicher Weise sind Klauen
6 im Getriebeteil 8, der z. B. als 'Zahnrad 9 ausgebildet ist. Bei beiden zu kuppelnden
Teilen 2 und 8 wird das Steilgewinde durch Ringnuten i i unterbrochen, soi daß drei
Klauenkränze- entstehen, deren einzelne Klauen gleichgerichtete Schrägflächen io,
12 aufweisen, die derDrehmomentübertragung dienen. Eine Klaue 13 der Kupplungsmuffe
2 ist, in radialer Richtung gemessen, etwas länger als dieübrigen Klauen der Muffe.
Für diese verlängerte Klaue 13 ist im Getriebeteil 8 eine Lücke zwischen zwei Klauen
in radialer Richtung entsprechend vertieft, so daß die verlängerte Klaue 13 nur
in diese Lücke eingreifen kann.
-
Die in ausgerücktem Zustand einander zugekehrten Stirnflächen 20,
22 eines Klauenkranzes des Getriebeteiles 8 und eines Klauenkranzes der Kupplungsmuffe
2 bilden Flanken eines sich auf 36o° erstreckenden Gewindeganges von kleiner Steigung.
Dieser Gewindegang beginnt und endet mit der bei positivem Drehmoment belasteten
Fläche 12 der vertieften Lücke des Getriebeteiles 8 und der verlängerten Klaue 13
der Kupplungsmuffe :2 und dient als Abweisefläche.
-
Der Getriebeteil 8 ist axial unverschiebbar, Jedoch lose drehbar auf
der Triebwelle i und mittels eines Stützringes 16 auf der Kuppiungsmuffe 2 gelagert,
und am offenen Ende des Getriebeteiles 8 ist eine Schlauchfeder 15 angeordnet, die
bei eingerückter Kupplung in einer Rille der Kupplungsmuffe ? ruht.
-
Die Wirkungsweise der- Kupplung ist wie folgt: Bei - normalem Betriebszustand,
wie in Abb. i und 2 dargestellt, überträgt die Klauenmuffe 2 eine positive, in Pfeilrichtung
P wirkende Umfangskraft, der ein am Getriebeteil 8 in Pfeilrichtung W wirkender
Widerstand gleichkommt. Der dabei infolge der .Schrägflächen io, 12 auftretende
Axialschub wird durch Anschlag beider Kupplungsteile aneinander aufgenommen.
-
Tritt nun an der Kupplungsmuffe 2 an Stelle der positiven Umfangskraft
P ein in Pfeilrichtung X wirkender, den zulässigen Wert überschreitender Widerstand,
wie in Abb. 5 und 6 angedeutet, wobei der Getriebeteil 8 vom Abtrieb her in Pfeilrichtung
R getrieben wird, so wird die Kupplungsmuffe infolge der Schrägflächen io, 12 nach
rechts verschoben und dabei die Schlauchfeder 15 erst aus ihrer Rille-gedrückt und
anschließend daran auf dem zylindrischen Fortsatz der Kupplungsmuffe 2 weitergerollt,
bis die beiden Kupplungsteile außer Eingriff kommen.
-
Soll die Kupplung bei sich drehendem Getriebeteil 5 eingerückt werden,
so, ist zuerst der mit der Kupplungsmuffe.2 gekuppelte Motor anzulassen. Die Drehzahl
desselben liegt zunächst noch unterhalb der Drehzahl des als Zahnrad 9 ausgebildeten
Getriebeteiles B. Die Klauen 5 der Kupplungsmuffe 2 verschieben sich also relativ
zu den Klauen 6 des Getriebeteiles 8 in Pfeilrichtung X. Wird nun die Kupplungsmuffe
2 mittels des Schalthebels nach links bewegt, so gleiten ihre Klauen 5 infolge der
Schrägflächen 20, 22 an den Klarten 6 ab. Mit zunehmender Drehzahl
des #zuzuschaltenden Motors verringert sich die Relativverschiebung der Klauen 5
in Pfeilrichtung k und wird gleich Null, wenn die Drehzahlen gleich sind. Bei weiter
zunehmender Drehzahl des Motors gleiten die Klauen 5 nun in Pfeilrichtung P an den
Klauen 6 entlang, bis die verlängerte Klaue 13 sich gegen die Klarte 14 setzt und
weiter längs der Schrägflächen 12 bis zum Anschlag der Kupplungsteile aneinander.
Gleichzeitig wird die Schlauchfeder 15 verrollt und springt wieder in ihre Rille
in der Kupplungsmuffe 2. Die Kupplung ist dann eingerückt.
-
Bei der in Abb. 7 dargestellten Ausführungsform werden zwei gleichachsig
gelagerte Wellen gekuppelt. Das Ende der Welle 31 ist e mit aus mehrgängigem Flachgewinde
gebildeten drei Klauenkränzen 32 versehen, von denen jede Klaue gleichgerichtete
Schrägflächen aufweist. Die Welle 33 besitzt dagegen an ihrem Endegerade verlaufende
Klauen 34.. Die `'Fellen 31 und 33 tragen die Kupplungsmuffe 35, die an ihrer inneren
Zylinderfläche entsprechend den Wellen ebenfalls auf der einen Seite drei Klauenkränze
36 und auf der anderen Seite gerade verlaufende Klauen 37 besitzt. Die Schlauchfeder
38 ruht bei eingerückter Kupplung in einer Rille der Welle 31 und kann durch die
Kupplungsmuffe 35 verschoben werden. Die Kupplungsmuffe ist mit einer Nute 39 versehen,
in die der Schalthebel do eing rei f t.
-
In Abb; 8 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei .der zwei lose
drehbare Zahnräder 4.1 und 42 miteinander gekuppelt werden, die auf der Kupplungsmuffe
.I3 lagern. Das Zahnrad .Iz greift mit den aus mehrgängigem Steilgewinde
gebildeten
drei Klauenkränzen .4.4 in auf der äußeren Zylindermantelfläche der Kupplungsmuffe
43 angeordnete Klauenkränze .45, und in die gerade verlaufenden Klauen 47 greift
mit entsprechenden Klauen das Zahnrad 42, Auf der einen Seite ist in der Kupplungsmuffe
d.3 eine Rille eingearbeitet, in die bei eingerückter Kupplung die Schlauchfeder
47 eintritt. Auf der anderen Seite der Kupplungsmuffe greift in eine Ringnute .18
der Schalthebel .49 ein. .
-
Die Wirkungsweise der Ausführungsformen nach Abb. 7 und 8 ist dieselbe
wie bei Ausführung nach Abb. i bis C.
-
Statt der beschriebenen Ausführung der Kupplung kann auch die Anordnung
getroffen sein, daß die Kupplungsmuffe 2 im Getriebeteil 8 undrehbar, jedoch axial
verschiebbar und die erfindungsgemäß ausgebildeten Klauen zwischen der Triebwelle
i und der Kupplungsmuffe 2 vorgesehen sind. Es ist ferner möglich, zwischen der
Triebwelle i und der Kupplungsmuffe 2 einerseits und den Getriebeteilen 2 und 8
anderseits die gewindeförmigeri Klauen vorzusehen, wobei die Steigungswinkel verschieden
sind. Auch kann die Unterteilung in Klauenkränze bei Teil i und 2 erfolgen anstatt
bei Teil 2 und B.