AT402093B - Formschlüssige schaltbare kupplung koaxialer elemente - Google Patents

Description

AT 402 093 B

Die Erfindung betrifft eine formschlüssige, schaltbare Kupplung koaxialer, im wesentlichen drehsymmetrischer Elemente zur Übertragung von Drehmomenten unter Verwendung einer Stirn-Verzahnung, beispielsweise einer Hirth-Verzahnung, bei der eines der beiden einander an der Verzahnungsteilebene der axial gegenüberstehenden gezahnten Elemente im Bereich der Verzahnungsteilebene entlang eines Teilkreises in eine Hülse und einen Kranz geteilt ist und wobei das andere gezahnte Element sich, in radialer Richtung gesehen, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Teilkreises erstreckt, und wobei zumindest eines dieser drei Elemente in axialer Richtung von der Verzahnungsteilebene weg verschiebbar ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 1 425 333 bekannt, die sich mit dem Problem einer Wellenkupplung beschäftigt, die auch bei Stillstand beider koaxial angeordneter, zu kuppelnden Wellen einkuppelbar sein soll, ohne daß auf den Drehwinkel zwischen den beiden Wellen geachtet werden muß.

Dieses Ziel wird gemäß der DE-OS 1 425 333 dadurch erreicht, daß auf einer Seite der Kupplung zumindest zwei, entlang eines Teilkreises geteilte, Zahnkränze vorgesehen sind, die gegeneinander drehtest, aber axial verschieblich an der Welle befestigt sind. Die zumindest zwei Zahnkränze sind um die halbe Zahnteilung zueinander verdreht angeordnet, sodaß praktisch immer einer der beiden Teilkreise beim Einrücken tatsächlich eingerückt wird, während der andere axial verschoben wird.

Diese Druckschrift berührt aber das der Erfindung zugrundeliegende Problem, nämlich eine schaltbare Kupplung zwischen einer Welle und einer auf ihr angeordneten Scheibe, einer Rolle, einem Zahnrad od.dgl. zu schaffen, überhaupt nicht, sondern behandelt eben nur eine Einrückhilfe für den Fall, in dem zwei koaxiale Wellen im Stillstand miteinander gekuppelt werden sollen.

Es werden allgemein Kupplungen nach verschiedenen Kriterien unterschieden: formschlüssige und kraftschlüssige, schaltbare und nicht schaltbare, etc.. Formschlüssige Kupplungen sind beispielsweise stirnverzahnte Kupplungen, die Verzahnungen verwenden, deren Zähne in einer Ebene lotrecht zur Drehmomentachse (und somit zur Drehachse) angeordnet sind und im wesentlichen radial verlaufen. Es verändert sich dabei das Profil der Zähne mit dem Radius.

Eine derartige Verbindung ist beispielsweise die sogenannte Hirth-Verzahnung, die laut Lueger Lexikon der Technik, rororo-Taschenbuchausgabe, Band 2, Seite 275; Band 14, Seite 652 als nicht schaltbare Kupplung anzusprechen ist. Das gleiche gilt für die Gleason-Verzahnung, die im Unterschied zur Hirth-Verzahnung gebogene radiale Zähne aufweist. Diese Kupplungen werden zum Verbinden gebauter Wellen o.dergl. verwendet. Ein wesentliches Merkmal dieser Kupplungen ist es, daß sie die Enden zweier koaxial verlaufender Wellen verbinden.

Es ist bei diesen Kupplungen zumindest eines der beiden einander in axialer Richtung gegenüberstehenden, mit der Verzahnung versehenen Elemente mit seiner Stummelachse verschieblich, um beim Zusammenbau bzw. dem Zerlegen der Vorrichtung mit dem ihm entgegenstehenden Element in Wirkverbindung zu treten oder um von ihm frei zu kommen.

Bei einer Vielzahl von Anwendungsgebieten ist es notwendig, eine Scheibe, eine Rolle, ein Zahnrad od.dgl. auf einer Welle, je nach dem Betriebszustand der Vorrichtung, in die dieses Element eingebaut ist, drehtest oder drehbar angeordnet zu haben (schaltbare Kupplung). Bei diesen Anwendungsgebieten gibt es im allgemeinen eine Welle und ein darauf sitzendes Element, das mit der Welle schaltbar zu kuppeln sein soll.

Um das oben genannte Problem zu lösen, sind verschiedene Wege vorgeschlagen worden, beispielsweise die aus der BE-A 530 097 für Werkzeugmaschinen bekanntgewordene Konstruktion, bei der Kugeln in axialen Nuten der Welle und des Zahnrades verschieblich angeordnet sind und je nach ihrer axialen Position entweder über den Umfang der Welle ragen und so eine drehfeste Verbindung schaffen, oder gänzlich in den Ausnehmungen der Welle oder des Rades sitzen und so ein Verdrehen erlauben. Diese Kupplung wurde gemäß der EP-B 0 217 228 auf Türantriebe übertragen.

Derartige Vorrichtungen leiden unter der extremen punktuellen Beanspruchung sowohl der Kugeln als auch der Kanten der Nuten und unter der Schwächung des Wellenquerschnittes. Darüberhinaus müssen sie extrem sorgfältig gefertigt werden und sind daher teuer. Zusätzliche Schwierigkeiten bereitet die komplizierte Zwangsbewegung der Kugeln, da diese zwischen dem Rad und der Welle erfolgen muß und daher eine zentrale Bohrung in der Welle erfordert, in der eine Betätigungsvorrichtung sitzt.

In den meisten Fällen verwendet man daher fest auf der Welle sitzende Elemente (Zahnräder), die ihrerseits mit dem An- bzw. Abtrieb lösbar, beispielsweise ausrückbar, verbunden sind. Es werden zwar dadurch die oben geschilderten Probleme vermieden, doch sind die so geschaffenen Vorrichtungen voluminös und benötigen eigene Kupplungen und deren Betätigungsvorrichtungen. Im Falle der Ausrück-barkeit müssen entsprechende Schwenklager und Betätigungsvorrichtungen geschaffen werden.

Es ist somit das Ziel der Erfindung, die Nachteile der vorbekannten Lösungen zu vermeiden und eine Vorrichtung zu schaffen, die wenig Platz beansprucht, zuverlässig und langlebig ist und die darüberhinaus leicht für verschiedene Anwendungszwecke und Gebiete adaptierbar ist. 2

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Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, daß bei einer Vorrichtung der eingangs definierten Art die Hülse und der Kranz bei ausgerückter Kupplung relativ zueinander rotierbar angeordnet sind.

Dies bedeutet, daß die beiden koaxial und im gleichen axialen Bereich angeordneten, einander entlang des Teilzylinders berührenden Teile über die frontal gegenüberstehende Hirth-Verzahnung miteinander 5 drehfest verbunden sind. Wird nun einer der drei Teile, beispielsweise der gegenüberstehende Teil, in axialer Richtung von der Teilebene weggeschoben, so sind die beiden anderen radial entlang des Teilzylinders voneinander getrennten Elemente nicht mehr an einer Relativverdrehung zueinander gehindert. In diesem Fall kann der Teilzylinder auch gestuft sein oder zu einem Kegelstumpf entarten.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung, insbesondere für höhere Lasten oder Drehzahlen, sind zwischen το den geteilten Elementen Wälzlager vorgesehen, wodurch die Bearbeitungskosten für die Elemente niedrig gehalten werden können.

In einer bevorzugten Variante ist zwischen dem ungeteilten Element und zumindest einem der geteilten Elemente ein Synchronring vorgesehen. Diese Version ist besonders für häufiges Schalten unter Last vorteilhaft. 15 Es ist bei verschiedenen Vervendungszwecken möglich, verschiedene Zustände der Vorrichtung, in denen eine derartige Verbindung eingebaut ist, dadurch zu berücksichtigen, daß zwei oder alle drei der Elemente axial verschieblich angeordnet sind, so daß eine rotative Kupplung der einzelnen Elemente untereinander nur bei genau festgelegten Zuständen erfolgt.

Die Erfindung wird an Hand eines Türantriebes näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Zeichnung einen 20 Schnitt durch ein Türbaumrohr, dessen Verdrehung über ein Schneckengetriebe erfolgt.

In der Figur ist eine Welle 1 dargestellt, auf der eine Hülse 2, beispielsweise mittels eines Keiles 3, drehtest aufgezogen ist. Im selben axialen Bereich wie die Hülse 2, aber außerhalb ihres Außenradius R, der einen Teilkreis und mit der Achse der Welle 1 einen Teilzylinder definiert, sitzt ein Radkranz 4, der eine Verzahnung 5 trägt. Der Radkranz 4 ist um die Hülse 2 an sich frei drehbar. 25 Die Hülse 2 und der Radkranz 4 weisen an dem in der Zeichnung unteren axialen Ende eine Hirth-Verzahnung 7' auf, die mit einer dazu kongruenten Hirth-Verzahnung 7" einer Gegenplatte 6 zusammenwirkt.

Die Verzahnung 5 des Radkranzes 4 wirkt mit einer Schnecke 8 zusammen, die von einem nicht dargestellten Motor in Drehung versetzt wird. Durch die Drehung der Schnecke 8 wird der Radkranz 4 und 30 über die Hirth-Verzahnung 7\ 7" und letzlich wieder 7' die Hülse 2 in Drehung versetzt, die wiederum durch den Keil 3 die Welle 1 mitnimmt. Die weitere Übertragung der Bewegung auf die nicht dargestellte Türe entspricht dem Stand der Technik und bedarf hier keiner näheren Erläuterung.

Es ist bei derartigen Türen notwendig, eine händische Öffnungsmöglichkeit beim Ausfall des Antriebes vorzusehen. Da der Schneckenantrieb selbsthemmend oder zumindest extrem schwergängig ist, ist es 35 notwendig, die Wirkverbindung zwischen der Schnecke 8 und der Welle 1 auf einfache und zuverlässige Weise unterbrechen zu können.

Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Gegenplatte 6 in axialer Richtung von der Teilebene der Verzahnung 7', 7" wegbewegt wird, was im vorliegenden Fall durch Verdrehen der Zughülse 9 um das Gewinde 10 mittels einer Handhabe 11 erfolgt, wobei durch ein Lager 12 zwischen der Zughülse 9 und der 40 Gegenplatte 6 eine Relativverdrehung zwischen diesen beiden Elementen erfolgt, die notwendig ist, da die Gegenplatte 6 bei ausgefallenem Antrieb und somit blockierter Schnecke 8 keine Drehung um die Welle 1 vollführen kann. Es kommt aber durch das Gewinde 10 auch zu einer axialen Bewegung der Gegenplatte 6 samt der Zughülse 9 entlang der Welle 1, durch die schließlich die Hirth-Verzahnung außer Eingriff kommt.

Von diesem Moment an ist der Radkranz 4 frei gegenüber der Hülse 2 beweglich und einem 45 händischen Verdrehen der Welle 1 steht nichts mehr im Wege.

Zu Einrücken ist nur der Hebel 11 in die umgekehrte Richtung zu bewegen, bis es zum Eingriff kommt. Durch die Verdrehbarkeit des Radkranzes 4 gegenüber der Hülse 2 wird bei etwa nicht fluchtender Hirth-Verzahnung einer der beiden Teile solange mitgenommen, bis beide im Eingriff mit der Verzahnung der Gegenplatte 6 stehen. so Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Anwendung und nicht auf die gezeigte Ausführung beschränkt. So ist es möglich, den Radkranz 4 mit jeder anderen Form eines Anoder Abtriebes in Verbindung zu bringen und statt oder auch zusätzlich zur Gegenplatte entweder den Radkranz oder die Hülse axial verschieblich auszuführen, um eine Drehverbindung in Abhängigkeit von mehr als einer Bedingung zu schaffen bzw. zu lösen. 55 Daß das Ein- und Ausrücken nicht händisch erfolgen muß, versteht sich von selbst, es kann insbesondere bei Anwendungsgebieten, bei denen höhere Drehzahlen auftreten, vorteilhaft sein, zusätzlich zur Hirth-Verzahnung zumindest einen Synchronring vorzusehen, was für den Fachmann auf dem Gebiet des Getriebebaues und der Verzahnungslehre keine Probleme mit sich bringt. Diese Maßnahme wird man 3

Claims (4)

1. AT 402 093 B insbesondere ergreifen, wenn ein Schalten nicht nur, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, bei einer Notbetätigung, somit händisch und mit geringer Kraft und geringer Geschwindigkeit erfolgt, sondern unter Last und bei merklichen Drehzahlen. Unter "Synchronring" wird hier jede Synchronisiereinrichtung verstanden, die das Schalten unter Last ermöglicht bzw. erleichtert. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Hirth-Verzahnung innerhalb und außerhalb des Teilkreises, der durch die immer kreisförmige Trennlinie zwischen dem Radkranz 4 und der Hülse 2 im Bereich der Verzahnung gegeben ist, unterschiedlich zu gestalten, wenn dies aus Überlegungen der Belastung und des Kraftflusses für notwendig erachtet wird. Aus fertigungstechnischen Gründen wird man davon aber meist Abstand nehmen. Es ist bei verschiedenen Anwendungsgebieten auch möglich, zwischen dem Radkranz 4 und der Hülse 2 Wälzlager vorzusehen, was ebenfalls vom Fachmann in Kenntnis der Erfindung und des Anwendungsgebietes unter Berücksichtigung der auftretenden Relativdrehzahlen und Belastungen leicht bestimm- und auswählbar ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung wird man eine axiale Bewegung zwischen der Hülse 2 und dem Radkranz 4 möglichst vermeiden oder entsprechende axial bewegliche Lager vorsehen. Schließlich ist es auch denkbar, den Radkranz 4 als Hülse auszubilden und radial außerhalb einen Radkranz vorzusehen, sodaß drei umeinander verdrehbare Elemente der Gegenplatte 6 gegenüberstehen und getrennt ein- bzw. auskuppelbar sind. Patentansprüche 1. Formschlüssige, schaltbare Kupplung koaxialer, im wesentlichen drehsymmetrischer Elemente zur Übertragung von Drehmomenten, unter Verwendung einer Stirn-Verzahnung (7’, 7"), beispielsweise einer Hirth-Verzahnung, bei der eines der beiden einander an der Verzahnungsteilebene der axial gegenüberstehenden gezahnten Elemente im Bereich der Verzahnungsteilebene entlang eines Teilkreises (R) in eine Hülse (2) und einen Kranz (4) geteilt ist und wobei das andere gezahnte Element (6) sich, in radialer Richtung gesehen, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Teilkreises (R) erstreckt, und wobei zumindest eines dieser drei Elemente (2, 4, 6) in axialer Richtung von der Verzahnungsteilebene weg verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) und der Kranz (4) bei ausgerückter Kupplung relativ zueinander rotierbar angeordnet sind.
2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei axialer Verschieblichkeit des ungeteilten Elementes (6) die Teilung der geteilten Elemente (2, 4) entlang eines Kegels oder eines gestuften Zylinders erfolgt.
3. 3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den geteilten Elementen (2, 4) Wälzlager vorgesehen sind.
4. 4. Kupplung nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ungeteilten Element (6) und zumindest einem der geteilten Elemente (2, 4) ein Synchronring vorgesehen ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4