AT391529B - Elektromagnetisch betaetigbare zahnkupplung - Google Patents

Description

Nr. 391 529

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigbare Zahnkupplung mit einem zur festen Verbindung mit einer Welle und zu dieser konzentrisch angeordnetem Kupplungskörper mit seitlich ausgebildeten Polflächen und einer im Bereich der äußeren Polfläche angebrachten Stimverzahnung, einer im Kupplungskörper gelagert oder direkt eingesetzten Magnetspule sowie einer schaltbeweglichen Ankerscheibe mit einer dem Kupplungskörper zugekehrten, zu diesem passenden Stimverzahnung und mit einer zur Drehmomentübertragung dienenden axial verschiebbaren Verbindung zwischen Ankerscheibe und angrenzendem Getriebeteil.

Zahnkupplungen dieser Ausführung sind infolge Formschluß ihrer Stimverzahnungen zur Übertragung hoher Drehmomente geeignet, benötigen jedoch zur Schaltung einen großen Schaltweg entsprechend der Eingriffshöhe ihrer Stimverzahnungen sowie deren Zahnkopfabstand.

Zum Anschluß der Ankerscheibe an den an die Kupplung angrenzenden Getriebeteil sind dazu Verbindungsteile zur Übertragung des Drehmomentes, welche auch die Schaltbewegung der Ankerscheibe in axialer Richtung ermöglichen, mit Verzahnungen, Bolzen oder Klauen bekannt.

Nachteil dieser Verbindungsteile ist es, daß sie unter Drehmomentlast reibungsbehaftet sind, wodurch die Zuverlässigkeit der Schaltfunktion dieser Kupplungen, insbesondere bei Ausführungen zur Übertragung hoher Drehmomente, deutlich herabgesetzt wird. Außerdem müssen sie ein für die Schaltbewegung der Ankerscheibe erforderliches Toleranzspiel aufweisen, sodaß sie keine spielfreie Drehmomentübertragung ermöglichen.

Weiters bekannt sind Kombinationen dieser Verbindungsteile mit elastischen Elementen, wie Federn, Membranen, zur Rückstellung der Ankerscheibe in Ausschaltposition, wobei diese elastischen Elemente zur Aufnahme der Drehmomentkräfte ungeeignet sind.

Außer Zahnkupplungen sind auch Reibungskupplungen weit verbreitet. Reibungskupplungen unterscheiden sich von Zahnkupplungen insofern, als der Schaltweg wesentlich geringer ist (einige Zehntel mm im Vergleich zu einigen mm) und daß das maximal übertragbare Drehmoment wesentlich geringer ist. Die Anforderungen an die axial verschiebbare Verbindung sind daher stark unterschiedlich.

Die Erfindung zielt darauf ab, die angeführten Nachteile von Zahnkupplungen zu vermeiden und anstelle spiel-und reibungsbehafteter Verbindungsteile Verbindungselemente zur spielfreien und reibungsfreien Übertragung des Drehmomentes der Zahnkupplungen heizustellen.

Dies wird dadurch erreicht, daß an der unverzahnten Planfläche der Ankerscheibe, wie bei Reibungskupplungen an sich bekannt, Federarme mit einem Ende fest befestigt sind, deren andere Enden im gleichen Umfangssinn versetzt am Getriebeteil reibungsschlüssig fest befestigbar sind, wobei die Federarme tangential oder kreisringsegmentförmig, einzeln oder in Form peripher verlaufender Arme einer Federscheibe symmetrisch und zur Drehachse zentrisch angeordnet sind, und daß die Federarme drehstarre und spielfreie Übertragungselemente mit einer über die Eingriffshöhe der Stimverzahnungen gegebenen, axial elastischen Auslenkbarkeit bilden.

Um neben der starren Übertragung der Umfangskräfte eine für den Schaltweg der Zahnkupplungen ausreichende axiale Auslenkbarkeit der Federarme quer zu ihrer Längsrichtung zu erhalten, verlaufen diese von ihren Befestigungsstellen aus gesehen im gleichen Umfangssinn. Die feste Einspannung an den Enden der Federarme - vorzugsweise durch Reibungsschluß mittels Verschraubung - bewirkt dabei eine Verstärkung der gewünschten Stabilität Ähnliche Federarme sind bei Reibungskupplungen bereits bekannt. So sind z. B. in der DE-OS 2 329 284 Verbindungselemente in Form von Kreisringsegmenten beschrieben, deren Befestigungspunkte mit der Nabe und der Ankerscheibe auf einem Teilkreis liegen. Gegenüber als bekannt angeführten Verbindungselementen (wie Membranen, Ringscheiben, Blattfedern und elastischen Plättchen) deren Befestigungsenden ebenfalls auf einem zur Drehachse zentrischen Kreis liegen, werden für die Kreisringsegmente der vereinfachte, zweckmäßige und formschöne Aufbau, deren Herstellung und einfache, betriebssicher funktionierende Ausführung als Vorteil angegeben.

Diese Kreissegmente sowie alle in der DE-OS 23 29 284 als bekannt angeführten Verbindungselemente sind betreffend ihrer Ausführung und Anordnung auf Einflächen-Reibungskupplungen bezogen, wobei diese Reibungskupplungen gegenüber Zahnkupplungen wesentlich kleinere Drehmomente zu übertragen und wesentlich kleinere Schaltwege zu schalten haben.

Bei einem Verschleiß der Reibflächen und somit Vergrößerung des Luftspalts (= Schaltweg der Reibungskupplung) soll die Funktion dieser Übertragungselemente gewährleistet bleiben. Dieser Aufgabenstellung entsprechend ist in dieser DE-OS eine Befestigung der Verbindungselemente vorgesehen, wie sie bei Zahnkupplungen nicht angewendet werden kann, es sind nämlich die Befestigungsenden in Umfangsrichtung gleichsinnig zunächst mit der Nabe bzw. Ankerscheibe und dann mit der Ankerscheibe bzw. Nabe verbunden.

Weiters sind die mehrfach gegebenen Hinweise betreffend Befestigung der Verbindungselemente durch Vernietung und die auf Seite 8 beschriebene vorteilhafte Ausgestaltung der Kreisringsegmente aus einem relativ dünnen Federstahlblech keine Merkmale, welche bei einer Zahnkupplung wegen der dort erfolgenden hohen Drehmomentübertragung in Betracht gezogen werden können.

Die DE-OS 2 329 284 beschreibt somit Verbindungselemente für Einflächen-Reibungskupplungen, welche aufgrund ihrer kreisringsegmentförmigen Ausführung Vorteile in ihrer Anbringung - insbesondere zum Erhalt einer Ruhevorspannung - gegenüber anderen, für Einflächen-Reibungskupplungen bekannten, axial elastischen Übertragungselementen besitzen. -2-

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Die DE-OS 2 329 284 zeigt also, daß die Übertragung von Verbindungselementen, die bei Reibungskupplungen bekannt sind, auf Zahnkupplungen im allgemeinen nicht möglich ist.

Gemäß der DE-AS 1675 159 ist bei einer Reibungskupplung die Ankerscheibe mit dem Kupplungsteil durch eine Federplatte verbunden. Diese Fedeiplatte besteht aus peripher verlaufenden Federarmen, die mit einem geschlossenen Innenring über radialgerichtete Speichen verbunden sind, wobei die Federarme - an die Ankerscheibe und den Kupplungsteil angeschlossen - unter Ausbildung einer schraubenförmigen Mittellinie verformbar sind. Die Verformbarkeit entspricht der Aufgabenstellung dieser DE-AS, eine Magnetkupplung so auszubilden, daß sie stoßlos arbeitet. Die Federplatten sind somit für Einflächen-Reibungskupplungen konzipiert, deren Einschaltung weich - ohne Drehmomentstoß - erfolgen soll.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung genügt es, die Federarme an deren Enden zu befestigen. Die Verbindung der Federarme über Speichen mit dem Innenring zu einer Fedeiplatte ist kein funktionelles Merkmal, sondern dient allein dazu, die genauen Positionen dieser Federarme zur Befestigung über den zentrierbaren Innenring zu erhalten.

Die Federarme selbst sind als periphere TeUe der Federplatte in allen Symmetrielagen, verschiedenen Längen und vor allem unterschiedlichen Umfangsrichtungen ausgeführt und können somit bezüglich ihrer Elastizität an das durch die Reibungskupplung gegebene Drehmoment und deren Drehmomentrichtung(en) angepaßt werden.

Die DE-AS 1675 159 beschreibt somit Verbindungselemente in Form von Federplatten mit Federarmen, die zur weichen Drehmomentschaltung bei Einflächen-Reibungskupplungen ausgebildet sind.

Von der Vielzahl der beschriebenen Ausführungsvarianten erfolgt nur bei einer einzigen die Befestigung der Federarme im selben Umfangssinn. Nur diese Ausführungsform ermöglicht eine ausreichend große axiale Auslenkung, was in der DE-AS jedoch nicht erwähnt wird. Es wird also durch die DE-AS nicht nahegelegt, dieses Verbindungselement bei Zahnkupplungen einzusetzen.

Um den Durchmesser der Kupplung gering zu halten, ist es zweckmäßig, wenn die Federarme innerhalb des durch die Stimverzahnungen der Kupplung beschriebenen Durchmessers angeordnet sind.

Damit die Kupplung möglichst große Drehmomente übertragen kann ist es zweckmäßig, wenn die Federarme außerhalb des durch die Stimverzahnungen der Kupplung beschriebenen Durchmessers angeordnet sind.

Damit die Kupplung in der gesamten Übertragung spielfrei ist, ist nach einem weiteren Erfindungsmerkmal vorgesehen, daß die Stimverzahnungen der Kupplung spielfreie Flankenauflage besitzen und der Kupplungskörper über Spannmittel mit der Welle spielfrei verbunden ist.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplung; Fig. 2 eine Ansicht gemäß der Linie (II-II) von Fig. 1; Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch eine andere Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Kupplung; Fig. 4 eine Ansicht gemäß Linie (IV-IV) von Fig. 3; und Fig. 5 eine andere Ausführungsform eines Verbindungselementes (19).

In Fig. 1 ist eine Welle (1) gezeigt, an der ein Kupplungskörper (2) mit einem Spannmittei (21) spielfrei verbunden ist. Der Kupplungskörper (2) weist eine äußere Polfläche (3) und eine innere Polfläche (4) auf; von diesen kann durch die Wirkung einer Magnetspule (6) eine Ankerscheibe (7) angezogen werden. Die Magnetspule (6) ist mittels eines Lagers (22) gelagert eingesetzt. Wird die Ankerscheibe (7) angezogen, kommt die Stimverzahnung (5) der Ankerscheibe (7) und des Kupplungskörpers (2) in Eingriff. Diese Stimverzahnung (5) hat eine spielfreie Flankenauflage, wie im Detail (20) angedeutet.

Die Übertragung auf den Getriebeteil (14) erfolgt über vier Federarme (15), deren Form in Fig. 2 dargestellt ist. Die Federarme (15) sind dabei Teile eines Verbindungselementes (19), das mittels einer zentralen Bohrung (23) genau konzentrisch zur Ankerscheibe (7) bzw. dem Getriebeteil (14) angebracht werden kann.

In Fig. 3 ist der Bereich, wo die Federarme (15) liegen, im Schnitt dargestellt. Es handelt sich dabei um eine andere Ausführungsform wie bei Fig. 1. Im oberen Teil der Fig. 2 ist die Kupplung im ausgekuppelten Zustand, im unteren Teil im eingekuppelten Zustand gezeigt In Fig. 4 sind verschiedene Formen von Federarmen (15) dargestellt. (In der Praxis wird natürlich bei einer Kupplung nur eine Form verwendet.) Die Federarme (15) sind mit einem Ende (16) an der Ankerscheibe (7) angeschraubt und mit ihrem anderen Ende (17) haben sie eine Verbindungsmöglichkeit mit dem Getriebeteil (14). Sie sind axialsymmetrisch angeordnet und erstrecken sich von den Enden (16) aus im gleichen Umfangssinn, mit gleichem Abstand zur Kupplungsachse in tangential bis bogenförmigem Verlauf. Die Federarme sind hiebei innerhalb des durch die beiden Stimverzahnungen beschriebenen Durchmessers angeordnet und liegen mit den Befestigungsstellen ihrer Enden (16) und (17) auf gleichem Befestigungskreis (18).

Bei eingeschalteten Stimverzahnungen (5) erfolgt die Biegung der Federarme (15) ausschließlich in axialer Richtung.

Aus der Fig. 3 ist die Funktion der Kupplung ersichtlich. Bei ausgekuppelter Kupplung, d. h., wenn die Magnetspule nicht erregt ist, wird die Ankerscheibe (7) durch die Elastizität der Federarme (15) nach links (wie in Fig. 3 gesehen) gedrückt, dadurch kommt die Stimverzahnung (5) außer Eingriff. Wird die Magnetspule erregt, wird die Ankerscheibe nach rechts (wie in Fig. 3 gesehen) gedrückt und die Stimverzahnung (5) kommt in Eingriff. Bei der Bewegung der Ankerscheibe (7) treten keinerlei Reibungswiderstände durch die Federarme (15) auf, trotzdem ist die Verbindung von Ankerscheibe (7) und Getriebeteil (14) in Umfangsrichtung gesehen spielfrei. -3-

Claims (4)

1. Nr. 391 529 In Fig. 5 ist schließlich ein Verbindungselement (19) gezeigt, bei dem vier Federarme (15) miteinander verbunden sind. Auch hier sind unterschiedliche Formen dargestellt. PATENTANSPRÜCHE 1. Elektromagnetisch betätigbare Zahnkupplung mit einem zur festen Verbindung mit einer Welle und zu dieser konzentrisch angeordneten Kupplungskörper mit seitlich ausgebildeten Polflächen und einer im Bereich der äußeren Polflächen angebrachten Stimverzahnung, einer im Kupplungskörper gelagert oder direkt eingesetzten Magnetspule sowie einer schaltbeweglichen Ankerscheibe mit einer dem Kupplungskörper zugekehrten, zu diesem passenden Stimverzahnung und mit einer zur Drehmomentübertragung dienenden, axial verschiebbaren Verbindung zwischen Ankerscheibe und angrenzendem Getriebeteil, dadurch gekennzeichnet, daß an der unverzahnten Planfläche der Ankerscheibe (7), wie bei Reibungskupplungen an sich bekannt, Federarme (15) mit einem Ende (16) fest befestigt sind, deren andere Enden (17) im gleichen Umfangssinn versetzt am Getriebeteil (14) reibungsschlüssig fest befestigbar sind, wobei die Federarme (15) tangential oder kreisringsegmentförmig, einzeln oder in Form peripher verlaufender Arme einer Federscheibe symmetrisch und zur Drehachse zentrisch angeordnet sind, und daß die Federarme (15) drehstarre und spielfreie Übertragungselemente mit einer über die Eingriffshöhe der Stimverzahnungen (5) gegebenen, axial elastischen Auslenkbarkeit bilden.
2. 2. Zahnkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federarme (15) innerhalb des durch die Stimverzahnungen (5) der Kupplung beschriebenen Durchmessers angeordnet sind.
3. 3. Zahnkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federarme (15) außerhalb des durch die Stimverzahnungen (5) der Kupplung beschriebenen Durchmessers angeordnet sind.
4. 4. Zahnkupplung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stimverzahnungen (5) der Kupplung spielfreie Flankenauflage (20) besitzen und der Kupplungskörper (2) über Spannmittel (21) mit der Welle (1) spielfrei verbunden ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-