SE514868C2 - Kopplingsanordning för snabb frikoppling av två element i en transmission - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 514 868 god placering, vilket i detta fall betyder att kopplingen bör monteras mellan motorns utaxel och den närliggande kardanen.

Problemet är i de flesta fallen att axeln får en längd som är mindre än axelns diameter.

Ytterligare andra problem är att kopplingens hydraultryck måste vara av storleksordningen 1000 bar. Kopplingen innefattar på konventionellt vis en ringformig kropp som innehåller en ko- axiell cylindrisk hydraulkammare, så att kroppens innervägg ut- vidgas radiellt inåt och sålunda får en reducerad diameter när kammaren trycksättes, varigenom innerväggen bringas till in- grepp med en hylsa som har en konisk inneryta och är uppdriven pà motorns koniska axeltapp.

När hydraulkammaren inte är trycksatt kan kroppen rotera rela- tivt hylsan på kullager mellan kroppen och hylsan, eftersom ett radiellt spel då föreligger mellan kroppen och hylsan. Kroppen har en ventil, via vilken hydraulkammaren trycksättes. Hylsan är en medbringare som kan bryta av ett brytrör, vilket kommuni- cerar med kammaren, vid en relativ rotation av kroppen och hyl- san så att hydraulkammaren tryckavlastas, varigenom kraftöver- föringen mellan kroppen och hylsan snabbt kommer att brytas, vilket medför minimala skador i kopplingen och i de kopplade transmissionselementen.

Eftersom det axiella inbyggnadsutrymmet är litet måste hydraul- trycket vara högt, exempelvis llO0 bar, för att erbjuda erfor- derlig vridmomentöverföring. Sådana höga tryck utgör av natur- liga skäl en haveririsk. Vidare är det problematiskt att erbju- da ett bekvämt montage resp. demontage av kroppen och lagren från hylsan. Ändamålet med uppfinningen är därför att anvisa en kopplingsan- ordning som erbjuder överföring av höga vridmoment trots en ringa axiell längd och vidare kan monteras och demonteras på enkelt vis, och dessutom kan arbeta med ett relativt lågt hyd- raultryck. 10 15 20 25 30 35 514 868 Detta ändamål uppnås genom uppfinningen såsom den är definierad i det bilagda patentkravet 1.

Utföringsformer av den uppfunna kopplingsanordningen anges i de bilagda osjälvständiga patentkraven.

Uppfinningen innebär att kullagren är placerade under kroppens axialändar och att en ring är operativt förbunden med hylsan, varvid ringen sträcker sig upp till kroppens inneryta. Ringen kan operativt förbindas med hylsan genom att ringens och hyl- sans samverkande ytor ges en relativt hög friktionskoefficient, exempelvis genom att utformas råa eller genom att ett hårt pul- ver av exempelvis volframkarbid appliceras på någon av dessa ytor, exempelvis på ringens inneryta. Härigenom uppnås effekten att, vid tryckavlastning av hydraulkammaren, och då hylsan är avdragen från axeltappen, går ringen väsentligen fri från hylsan så att kroppen, kullagren och ringen enkelt kan dras av axiellt från hylsan. Efter det att kopplingen har löst ut ett antal gånger till följd av att ett inställt vridmoment har överskridits, kan skador uppträda i rutschytorna, dvs kroppens och ringens mot varandra ytor, och vidare kan även de mycket högt belastade kullagren av obalanskrafter få skador. Det är därför lämpligt att byta ut dessa detaljer för att återställa kopplingen till operabelt skick.

Ringen kan vara fast förbunden med hylsan, men då bör konstruk- tioen vara vidareutvecklad så att lagren kan demonteras mot respektive axiellt närliggande ände av kroppen, varvid med- bringaren som lämpligen är belägen axiellt utanför ett av kul- lagren, bör vara demonterbar.

En annan variant kan bestå i att ringen är lösbart förbunden med hylsan via ett axelkilförband eller ett splines-förband el- ler någon annan känd typ av förband, för att efter lösande av bandet medge enkel axiell avdragning av kroppen med kullagren och ringen från den från axeln demonterade hylsan. lO 15 30 35 514 868 En ytterligare annan variant kan bestå i att medbringaren har ett nav som är monterat på ett ändparti av hylsan för att låsa till hylsan då hylsan vidgas i samband med drivning på den ko- niska axeltappen, varigenom medbringaren enkelt kan demonteras då hylsan avdragits, varvid kullagren lätt kan avlägsnas axi- ellt mot respektive närliggande hylsände, varigenom ringen kan vara fast förbunden med hylsan och varigenom hylsan med ringen utgör en utbytesdetalj för återställande av kopplingen.

I föredragna utföringsformer är hydraulkammarens respektive ax- ialändar belägna ungefär vid normalplan till kopplingens axel, innehållande centrum för kulorna i respektive kullager. Härige- nom uppnås att den ringformiga kroppens ändparti svänges ut så att kullagrens ytterringar också vränges, då hydraulkam-maren trycksättes, varigenom kullagerkulorna blir kontrollerat och glappfritt insvängda mellan sina kullagerbanor. Härigenom und- vikes s.k. ”brinelling” till följd av att glappt mellan löp- banorna liggande kulor till följd av yttre vibrationer studsar mellan lagerringarna och förorsakar mikroskopiska skador i des- sa. Eftersom en koppling enligt uppfinningen kan användas lång tid (flera år) innan kopplingen utlöser, kan sådana vibratione- skador utvecklas under lång tid och kraftigt begränsa kullag- rens livslängd, så att de inte är operabla under den korta tid som kroppen och hylsan roterar relativt varandra vid en kopp- lingsutlösning. Genom den nämnda glappfria inspänningen av kul- lagerkulorna uppnås en stegrad livslängd för kullagren utan be- hov av att utnyttja ringformiga fjäderelement som skulle in- kräkta på det axiella utrymmet för ringens längd, i det utrymme som står till förfogande för kopplingen.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrives i exempelform med hänvisning till den bilagda ritningen.

Fig l ett axialsnitt genom en monterad rutschkoppling en- ligt uppfinningen.

Fig 2 visar ett axialsnitt genom kopplingen i samband med montering/demontering. 10 15 20 25 30 35 514 868 Fig 3 visar en schematisk avbildning av kopplingens place- ring vid en transmission i en järnvägsvagn för ett snabbtåg.

Fig 1 visar en hylsa 1 med en konisk inneryta som är uppdriven på en motsvarande konisk ytteryta på en axeltapp 2. Hylsan 1 är säkrad med en ändplatta 3 som är förbunden med tappens 2 fria ände med bultar 4. Hylsan har en cylindrisk ytteryta vilken vid ändarna bär två axiellt åtskilda kullager 5 som roterbar bär en ringformig kropp 7 vilken innehåller en koaxiell cylindrisk hyd- raulkammare 8 j.rfirheten av sin inneryta som är cylindrisk i kam- marens tryckavlastade tillstånd. En ventil 9 på kroppen 7 med- ger införing av trycksatt hydraulvätska till kammaren 8. Kroppen 7 har vidare ett radiellt utskjutande brytrör 10 som står i kom- munikation med kammaren 8.

En medbringare 14 är fäst pà hylsan 1 och har en arm 5 vilken kan slå av brytröret 10 vid en relativ rotation mellan kroppen 7 och hylsan 1.

En cylindrisk ring 20 utbreder sig mellan lagren 5, och mellan hylsan 1 och kroppen 7. Friktionen mellan ringen 20 och hylsan 1 har ett relativt högt värde i förhållande till friktionen mellan ringen 20 och kroppen 7 då dessa har kontakt med var- andra. Kroppens 7 innervägg 17, som definieras av kammaren 8, böjs radiellt inåt då kammaren 8 trycksättes med ett tryck av exempelvis 1000 bar, så att friktionsingrepp uppnås såväl mel- lan väggen 17 och ringen 20 som mellan ringen 20 och hylsan 1.

Ringen 20 är dimensionerad för att i kammarens 8 trycklösa till- stånd ha ett radiellt spel av ca 0,1 - 0,5 mm till väggens 17 yta, så att kroppen 7 fritt kan rotera relativt hylsan då armen 15 har slagit av brytröret 10, varigenom hydraulkammaren har tryckavlastats.

Kroppen 7 är förbunden exempelvis med bultar till en förhands- fläns pà en icke visad transmissionsaxel som ligger i koaxiell inriktning till axeltappen 2. 10 15 20 30 35 5014 868 Friktionskoefficienterna för ringens 20 inneryta och ytteryta gentemot de närgränsande ytorna bör ha relationen u > my/dnz x u, där dy/di är ringens ytterdiameter resp. innerdiameter.

Därvid kan kopplingen enkelt monteras resp. demonteras genom att kroppen enkelt kan dras av från hylsan och kullagren efter det att hylsan med därav burna detaljer tagits av från axel- tappen. Vidare kan kullagren och ringen enkelt dras från hyl- san i den ena axialriktningen, varigenom medbringaren alltså kan vara fast ansluten till ena änden av hylsan 1. Alternativt kan medbringaren vara lösbart ansluten till hylsan, varvid ringen kan vara ansluten till hylsan, antingen godsfast eller med ett axelkilförband eller dylikt.

Genom att anordna rutschytan vid en radie motsvarande kullag- rens ytterdiameter, i stället för vid en yta motsvarande kul- lagrens innerdiameter, kan man arbeta med ett betydligt lägre hydraultryck i kammaren (900 bar i stället för 1100 bar, i en praktisk applikation). Härigenom uppnås en högre säkerhet och/ eller ett högre överförbart vridmoment.

I fig 1 visas medbringaren ha ett nav som är fastklämt på en cylinderyta vid hylsans ena ände. Denna fixering upphäves när hylsan avlastas för avdragning från tappen, så att medbringaren då enkelt kan avlägsnas, och det närliggande lagret också kan avlägsnas axiellt från hylsan, även om ringen är förbunden med navet.

Fig 2 visar schematiskt att ett hydraulkammarelock är fastskru- vat vid tappens ände och att en med locket samverkande cylinder är buren av hylsan 1. Mellan locket och cylinderväggen finns en ringformig kammare som står i kommunikation med en anslutnings- nippel, vilken kan tillföras trycksatt hydraulvätska för axial- förskjutning av cylinderringen relativt locket, varigenom hyl- san l kan drives upp på axeltappen såsom visas på ritningen.

Via en annan anslutningskanal kan hydraultryck ansättas till en närliggande ringkammare för avdragning av hylsan l från tappen. 10 15 20 514 7868 Vidare visas att en nippel är monterad via locket och tappänden och ansluter till en matningskanal som utmynnar i ett runtomgå- ende periferispår på tappen. Genom indrivning av olja till riv - spåret och sålunda gränsytan mellan tappen och hylsan, under- lättas en axialförskjutning av hylsan.

Pig 3 visar schematiskt en vy underifrån av en järnvägsvagn med dess drivningstransmission, varvid en eldrivmotor (3600 rpm) vid vagnens ena ände har en kort utgående axel som ansluter till en första kardan, vilken med en lång längsriktad stång är kopplad till en andra kardan som i sin tur är kopplad till en fördel- ningsväxel, som är belägen vid vagnens andra ände och som har utgående axlar till det drivna hjulparet.

En koppling enligt uppfinningen kan inbyggas vid elmotorns ut- gående axel, under förutsättning att kopplingens axiell längd är högst ca 100 mm. En utföringsform av uppfinningen, som är användbar för applikationen enligt fig 3, har en vikt av 26 kg och erbjuder en momentöverföring i området 10-20 kNm med en inställningsnoggranhet av +15/-10% och med ett hydraultryck av max 1000 bar.

Claims (5)

lO 15 20 25 30 35 3514 868 P a t e n t k r a v

1. Kopplingsanordning för snabb frikoppling av två ele- ment i en transmission vid överskridande av ett valt vridmoment, varvid det ena elementet är en konisk axeltapp som bär en mot- svarande hylsa (l), vilken utvändigt vid axialändarna bär två åtskilda kullager (5), och en mellan dem anordnad kraftöver- föringsring (20), varvid en ringformig kraftöverföringskropp (7) omger och är buren av kullagren, och har en trycksättbar hydraulkammare, vilken vid trycksättning via en ventil på krop- pen framkallar en diameterreduktion för innerytan av kroppen (7) så att denna kommer till kraftöverföringsingrepp med ringens ytteryta, och varvid hylsan (1) bär en medbringare (14) som är anordnad att påverka medel (10) som är burna av kroppen (7), för tryckavlastning av hydraulkammaren (8) vid en relativ rota- tion mellan kroppen (7) och hylsan (1), kännetecknad av att ringen (20) och kroppen (7) är utformade för att gå fria från varandra i hydraulkammarens (8) tryckavlastade tillstånd, och att ringen (20) är operativt förbunden med hylsan så att en re- lativ rotation mellan kopplingens delar uppträder mellan ringen och kroppen då kopplingen utlöses.

2. Koppling enligt krav 1, kännetecknad av att ringen (20) är fast förbunden med hylsan (l) och att medbringaren (14) är anordnad demonterbart ansluten till hylsan.

3. Koppling enligt krav l, kännetecknad av att ringen (20) är lösbart förbunden med hylsan (1).

4. Koppling enligt krav 3, kännetecknad av att ringen (20) är lösbart förbunden med hylsan (l) via ett friktionsför- band som etableras vid trycksättning av hydraulkammaren och att friktionskoefficienten (ul) för ingreppet mellan ringen (20) och hylsan är relaterad till friktionskoefficienten (uy) för ingreppet mellan ringen (20) och kroppen (7) enligt relationen ul > (dy/di)2 x uy, där dy är ringens (20) ytterdiameter och di är ringens (20) innerdiameter. 514 §68

5. Koppling enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att hydraulkammarens axialändar är belägna i området för nor- malplanet till kopplingens axel, innehållande centrum för kul- lagrens kulor, varigenom hydraulkammarens (8) mot ringen (20) vända vägg vränger de yttre kullagerringarna till glappfri kon- takt med kullagerkulorna i hydraulkammarens trycksatta till- stånd.