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Nur in einer Richtung Leistung übertragende Uberhol-Zahnkupplung Die
Erfindung -bezieht sich auf eine nur in einer Richtung Leistung übertragende Überhol-Zahnkupplung
mit einer auf einem Steilgewinde od. dgl. verschiebbaren, durch Reibungsschluß mit
der anderen Kupplungsseite mitgenommenen innenverzahnten Kupplungshülse.
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Es sind überhol-Zahnkupplungen mit Synchronisiereinrichtung bekannt,
die länbs einer steilen Schrägfläche ein Zwischenglied bewegt, das in zwei Verzahnungen
der zu kuppelnden Teile mit seinen Gegenverzahnungen einzugreifen vermag. Bei der
bekannten Ausführung wird die Synchronisiereinrichtungdurch zwei Reibungsflächen
gebildet. Die zu kuppelnden. Teile, nämlich eine überholende und eine überholte
Welle, tragen je eine Verzahnung, in die Gegenverzahnungen des durch die Schrägfläche
bewegten Zwischengliedes fassen. Die eine Verzahnung, die ständig im Einsgriff ist,
ist als. Feder und Nut ausgebildet. Die andere Verzahnung ist eine Innenverzahnung,
in die die entsprechende Außenverzahnungdes Zwischengliedes eingeschoben wird, sobald
@die Schrägfläche den Kuppelvargang freigibt. -Bei dieser Ausführung kann es vorkom-men,
d aßdann, wenn vorzeitig"d. h. bevor das Kuppeln beendet ist, schon das volle
Drehmoment übertragen wird, die Außenverzahnung des Zwischengliedes erst mit einem
Teil der Flanken der Innenverzahnung der überholten Welle in Eingriff getreten ist.
Ein beträchtlicher Verschleiß der Kupplungszähne ist die Folge. Darüber hinaus besteht
die Gefahr, daß die Zähne unter (dem vollen Drehmoment nicht mehr vollständig in
Eingriff gebracht
werden können, was :den Verschleiß der Zähne
weiter erhöht oder sogar :ihren Bruch verursachen kann.
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Die Erfindung hat sich die Aufgäbe gestellt, eine von diesen Nachteilen
freie, insbesondere für große Leistungen 'geeignete, nur in einer Richtung Leistung
übertragende Überhol-Zahnkupplunig - zu schaffen,. die geeignet ist, selbsttätig
einen rasch laufenden Teil einen zweiten sich noch nichtdrehenden oder mit geringerer
Drehzahl umlaufenden Teil stoßfrei ztizurschalten, wobei der Schaltvorgang nicht
eher beginnt, als biss die Drehzahl des zwzuschaltenden Teiles mit der Drehzahl
,des anderen Teiles übereinstimmt. Diese Aufgabe wird in erster Linie dadurch gelöst,
- daß die Verzahnung eine Geradverzahnung ist und; die Kupplungshülse und der sie
ständig tragende Zahnkranz Zahnlücken von mindestens eineinhalb Zahnteilungen, je
nach Einrückhub und Gewindesteilheit, haben, so daß die Kraftübertragung erst nach
beendetem Einrücken beginnt. Beispielsweise ist an die Anwendung der Überhol-Zahnkupplung
gemäß der Erfindung gedacht, wenn bei der Bergfahrt eine zusätzliche Kraftmaschine
zum Hauptantrieb einer Lokomotive, etwa eine Anfahrturbine zur Streckenturbine,
geschaltet werden soll.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt, und zwar zeigt -Fig. i eine überhol-Zahnkupplung gemäß
der Erfindung vor dem Kuppeln im mittleren Langsschnitt, Fig: 2 einen Schnitt nach
Linie II-II der Fing. i in Pfeilrichtung gesehen, FinG. 3 eine Abwicklung -der Verzahnung
der Kupplung, Fig. 4 und 5 die Fig. i und 3 entsprechenden Darstellungen nach dem
Kuppeln, Fig. 6 eine weitere Ausführungsform einer Überhol-Zahnkupplung gemäß der
Erfindung im mittleren Längsschnitt.
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Beim ersten Beispiel sind die einander zugewandten Stirnenden einer
überholenden Welle i und einer überholten Welle 2 auf ihrem Außenmantel mit je einer
Kupplungsverzahnung 3, 4 versehen, deren Zähne gleiche Gestalt haben. Auf der überholten
Welle 2 sitzt ein Stück 5 mit Gewinde, dessen Winduügssinn dein Drehsinn der Wellen,i
und 2 entgegengesetzt ist, wenn man den Drehsinn in Richtung des Kraftflusses von
der überholenden Welle i zur überholten Welle a betrachtet. Bei der beim Beispiel
angenommenen Drehung,der Wellen i und 2 im Uhrzeigersinn (vgl. Fig. 2) muß also
das Gewindestück 5 Linksgewinde haben.
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Die überholende Welle i trägt eine Scheibe 6 mit einer zu ihrer Drehachse
7 ,senkrechten Reibfläche B. Diese vermag mit einer Gegenreibfläche g in Berührung
zu kommen, die an einer Ringmuffe ro sitzt; in die ein Schaltring i.i eingreift.
Zwischen die Muffe rö, und das Gewindestück 5 ist ein ringförmiges Zwischenglied-i2
beschaltet, das mit Innengewinde 13 auf das Gewindestück 5 geschraubt ist und außen
eine Paßfeder 14 trägt, die in eine zur Wellenachse 7 parallele Längsnut 15 greift.
Das Zwischenglied @i2 ist außerdem mit einer Innenverzahnung 16 versehen, die in
die Kupplungsverzahnung 3, 4 zu greifen vermag und so breit ist wie die Verzahnungen
3 und 4 zusammen einschließlich eines zwischen ihnen gelassenen . Zwischenraumes
117. Sämtliche Verzahnungen 3, 16 und 4,'z6 sind Geradverzahnungen.
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Bei der Lage,der Teile von Fig. -i bis 3, bei der :die Verbindung
zwischen -den Wellen i und 2 unterbrochen ist (Lösestellung), greift die Innenverzahnung
16 nur in die Außenverzahnung 4. Sowohl bei den Außenverzahnungen 3, 4 als auch
bei der Innenverzahnung 16 ist jeder .zweite Zahn entfernt, so daß zwischen zwei
aufeinanderfoigenden Zähnen jeweils eine Lücke von eineinhalb Zahnteilung vorhanden
ist. In der Abwicklung der Verzahnungen 3, 16 und' 4,-16, die durch Fig. 3 wiederbegeben
ist, sind-die stehengebliebenen Zähne der Verzahnung 3 durch eine geneigte Kreuzschraffur,
der Verzahnung 4 durch eine stehende Kreuvschraffur und der Verzahnung r6 durch
eine von links unten nach rechts oben geneigte einfache Schraffur angedeutet. Ein
fortgelassener Zahn 30, 4o und 160 aller drei Verzahnungen3, 4 und 16 ist :durch
ein entsprechendes Feld mit Punkten versinnbildlicht. Die freigelassenen Felder
31,41 und 16, zwischen den geschrafften bzw. gepunkteten Feldern ,stellen die normalen
Zahnlücken dar.
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Die Überholkupplung wirkt wie folgt: Die überholende Welle i drehe
sich zunächst mit geringerer Drehzahl als die überholte Welle 2. Die Reibungskupplung
8, g sei gelöst. Das Zwischenglied i2 und. die Muffe zo wenden: über das Gewinde
i@3 und die Paßfeder'i4 von der Wellet mitgenommen. Die Reibfläche 8,der Scheibe
6 dreht sich tdaher ebenfalls langsamer als die an der Muffe io, sitzende Gegenreibfläche
g.
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In den Fig. i und 3 bis 5 sind die Drehzahlen durch auf der Wellenachse
7 senkrecht stehende Pfeile veranschaulicht. Die verschiedene Größe der Pfeile soll
die verschiedene Größe der j Drehzahlen wiedergeben.
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Wird jetzt die Fläche g (der Muffe io durch -den Schaltring ii an
die Fläche 8 der Scheibe 6 gedrückt, so wird sie abgebremst. Dem Zwischenglied 12
wird damit die niedrige Drehzahl der Welle i aufgezwungen. Da hierbei das Zwischengliedl,i2
hinter der Welle 2 zurückbleibt, wird während ,dieses. Vorganges -das -Zwisohenglied
r2 -auf dem Gewindestück 5 in die linke Endstellung geschraubt, die in Fig. i dargestellt
ist. Zwischen einem Zahn 16 und .dem in der Drehrichtung folgenden Zahn 4.
bleibt eine ganze Zahnteilung freier Raum (Fig. 3), nämlich der Raum eines weggelassenen
Zahnes 40 und eines weggelassenen Zahnes 16o. Sobald diese Stellung der Teile erreicht
ist, schleift die Fläche g auf der Fläche B.
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Erhöht sich die Drehzahl der überholenden Welle i, so wird (der Augenblick
eintreten, wo ihre Drehzahl ebenso groß geworden ist wie ldie Drehzahl der überholten
Welle. 2 und ihre Fläche g nicht mehr auf der Fläche 8 reibt. In :diesem Zustand
laufen
also sämtliche Teile,der Kupplung mit dieser Drehzahl um.
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Steigt die Drehzahl der überholenden Welle i weiter, so diaß sie höher
ist als die Drehzahl der Welle 2 (vgl. Fig. 4 und 5), so wird auch die Ringmuffe
i o, die mit ihrer Flüche 9 an der Fläche 8 anliegt, und das mit ihr undrehbar,
aber längs verschiebbar verbundene Zwischenglied r2 auf diese höhere Drehzahl gebracht.
Das Zwischenglied 12 eilt jetzt der Welle :2 voraus, so @daß es auf dem Gewindestück
5 nach rechts geschraubt wird. Wenn der Schalthub: 18 beendet ist, sind die Zähne,
r6 (vgl. Tig. 5) an die rückseitige Flanke des voranlaufenden Zahnes,der Verzahnung
4 getroffen. Die Zähne 16 haben dabei den in Fig. 5 mit gestrichelten Pfeilen i9
dargestellten Weg zurückgelegt. Der Schalthub 18 und die Steigung ödes Steilgewindes
5 sind also hier so aufeinander abgestimmt, -daß nach Zurücklegen des vollen Hubes
18 die Zähne 16 sich um eine Teilung gedreht haben. Ein Zahn 3, der in der Lösestellung
(Fig. 3) einem Zahn 4 gegenüberstand, hat sich dabei ebenso wie die Zähne 16 um
eine Teilung in der Drehrichtung vorwärts gedreht (Fig.5), und zwar unter Berührung
der rückwärtigen Flanken des Zahnes li6. Nach dem vollen Schalthub 18 nimmt die
Verzahnung 3 der überholenden Welle i über die Verzahnung 16 die Verzahnung 4 .der
überholten Welle 2 mit der Drehzahl der überholenden Welle i mit. Das Gewinde 5
ist dabei von: den von der Welle i auf die Welle 2 übertragenen Kräften frei.
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An Stelle der Verzahnungen 4 und @16 könnte auch eine Verbindung der
Teile 2 und 1:2, durch Feder und Nut vorgesehen werden, wenn das Gewinde zwischen
Muffe io und Zwischenglied 12 angeordnet werden. würde. Es ist auch möglich, statt
der Verzahnungen 3 und 16 eine Verzahnung auf der Stirnseite durch Klauen vorzusehen.
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Es ist nicht notwendig, dieLücke,der Verzahnungen eineinhalb Zahnteilung
groß zu machen. Die Lücken in der Verzahnung 3 müssen mindestens die Größe der Dicke
der Zähne der Verzahnung r6 haben. Bei den Verzahnungen 4 und i16 hängt die Größe
der Lücke von dem Drehwinkel ab, der benötigt wird, um den vollen Schalthub 18 @durchzuführen.
Es ist hier darauf zu achten, daß die Lücken in den beiden Verzahnungen4 und 16
gleich groß sind. Nach oben ist für .die Größe der Lücken bei beiden Verzahnungen
3, 16 und, 4, 16 lediglich durch die konstruktiven Verhältnisse eine Grenze gesetzt.
Es brauchen ferner in den Verzahnungen 3, 4 und 16 keine Zähne fortgelassen zu werden,
um die Lücken zu erzeugen. Wenn die Verzahnungen 3 und 4 stark überbemessen werden,
könnte z. B. die Gegenverzahnung r6 bei gleicher Teilung nur ein Drittel so dicke
Zähne haben. Es würden dann in der Gegenverzahnung sechzehn Lücken vom fünffachen
der Dicke des geschwächten Zahnes entstehen, während in den Verzahnungen 3 und 4
die üblichen Lücken vom dreifachen des geschwächten Zahnes vorhanden sind. Zur Drehung
bleibt also eine Lücke vom Doppelten des geschwächten Zahnes. Wenn ferner in den
Verzahnungen 3 und 4 die Zahndicke verringert wird, könnten sämtliche Zähne beispielsweise
auf die Hälfte der überbemessenen Dicke geschwächt werden.
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Das zweite Beispiel von Fig. 6 unterscheidet sich von dem ersten grundsätzlich
lediglich dadurch, daß statt der als Reibungskupplung mit den Flächen 8, 9 ausgebildeten
Synchronis:iereinrichbung ein üblicher Freikauf mit Mitnahmekörpern 2ö vorgesehen
ist. Dann fOlt der Schaltring i i fort, weil die überholende Welle i rdie überholte
Welle 2 selbsttätig mitnimmt, sobald ihre Drehzahl größer als diejenige der Welle
2 ist. Der Innenring der Mitnahmekörper 2o sitzt mit Reibungsschluß in der Scheibe
6, damit bei Sperren des Freilaufs Bruch vermieden wird.
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In denAus@führungsbeispielen kann das Gewindestück 5 durch Teile mit
kurzen Schrägflächen ersetzt werden, die mit entsprechendgeneigten Schrägflächen
an Nuten von Gegenstücken zusammenarbeiten.