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Klauenfreilaufkupplung, deren eine Kupplungshälfte axial-schraubend
verschiebbar ist Die Erfindung betrifft eine bei Synchronismus der zu kuppelnden
Wellen selbsteinrückende Klauenfreilaufkupplung, deren eine Kupplungshälfte axialschraubend
verschiebbar ist und die Einrückklinken aufweist, welche bei gegenseitiger Verdrehung
der beiden Kupplungshälften im einen Relativdrehsinn das Einrücken der Kupplung
veranlassen, wobei mit der axial-schraubend verschiebbaren Kupplungshälfte ein Kolbenelement
eines im letzten Abschnitt des Einrückweges wirksam werdenden hydraulischen Dämpfers
verbunden ist.
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Der Ausdruck »Klauenkupplung« umfaßt in den nachstehenden Ausführungen
auch alle hierzu äquivalenten Kupplungsarten, insbesondere also auch Zahnkupplungen.
Ebenso sind mit der Bezeichnung »Einrückklinken« in den nachstehenden Darlegungen
alle dem Fachmann bekannten Mittel von äquivalenter Wirkung gemeint.
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Es ist bereits bekannt, derartige Kupplungen mit Einrückdämpfern zu
versehen, bei welchen beispielsweise Schmieröl als Dämpfungsflüssigkeit Anwendung
findet und welche eine Verzögerung bzw. eine Verlangsamung der Einrückbewegung der
axial-schraubend verschiebbaren Kupplungshälfte beim Einlauf in die voll eingerückte
Stellung bewirken. Unter bestimmten Betriebsbedingungen, beispielsweise dann, wenn
die axial-schraubend verschiebbare Kupplungshälfte mit einem Wellensystem zusammenwirkt,
welches Drehmomentschwankungen unterliegt, kann es vorkommen, daß die axial-schraubend
verschiebbare Kupplungshälfte, nachdem sie sich in die Einrückstellung bewegt hat,
nicht in dieser Stellung verbleibt. Da bei derartigen bekannten Anordnungen die
Dämpfungsflüssigkeit bereits während des Beginns der Einrückbewegung der axial-schraubend
verschiebbaren Kupplungshälfte durch verengte Kanäle aus dem Dämpfer verdrängt wird,
ist es wünschenswert, daß, sobald die axial-schraubend verschiebbare Kupplungshälfte
sich wieder nach der ausgerückten Stellung hin bewegt, die Dämpfungsflüssigkeit
möglichst rasch wieder in den Dämpfungsraum zurückfließt, damit sie für die jeweils
nächste Einrückbewegung der axial-schraubend verschiebbaren Kupplungshälfte bereits
wieder zur Verfügung steht. Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Kupplung
der soeben kurz dargelegten Bauart, deren Flüssigkeitsdämpfer diese wünschenswerte
Eigenschaft hat.
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Die Erfindung geht demgemäß von einer Klauenfreilaufkupplung aus,
deren eine Kupplungshälfte axial-schraubend verschiebbar ist und die Einrückklinken
aufweist, welche bei gegenseitiger Verdrehung der beiden Kupplungshälften im einen
Relativdrehsinn das Einrücken der Kupplung veranlassen, wobei mit der axial-schraubend
verschiebbaren Kupplungshälfte ein Kolbenelement eines im letzten Abschnitt des
Einrückweges wirksam werdenden hydraulischen Dämpfers verbunden ist, und ist dadurch
gekennzeichnet, daß beide Kupplungshälften bei ausgerückter Kupplung voneinander
entfernte Ringflächen aufweisen, und zwar je zwei, von denen jeweils die eine Ringfläche
axial, die andere Ringfläche radial angeordnet ist, so daß diese vier Ringflächen
beim Verschieben der einen Kupplungshälfte auf die Einrückstellung zu als Verdrängungsdämpfer
zusammenwirken und die Einrückbewegung weicher verlaufen lassen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die axial unverschiebliche
Kupplungshälfte als eine mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllte Ringkammer ausgebildet
und die andere Kupplungshälfte in dieser Kammer angeordnet sein. Hierbei wird, wenn
die axial unverschiebliche Kupplungshälfte umläuft und die miteinander zusammenwirkenden
Ringflächen der beiden Kupplungshälften sich bei zumindestens teilweiser Ausrückung
der Kupplung voneinander entfernen, die Dämpferkammer infolge des herrschenden Zentrifugaldruckes
wieder mit Flüssigkeit gefüllt.
Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen beispielsweise beschrieben,
in welchen Fig. 1 einen Mittellängsschnitt durch eine Klauenfreilaufkupplung nach
der Erfindung zeigt, wobei die obere Hälfte des Schnittes die Kupplung in ausgerücktem
Zustand, die untere Hälfte die Kupplung in eingerücktem Zustand zeigt, und Fig.
2 einen Schnitt längs der Ebene II-II in Fig. 1 darstellt.
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Die in den Zeichnungen dargestellte Klauenfreilaufkupplung weist eine
im wesentlichen zylindrische Hülse 1 auf, welche innerhalb einer Muffe 3 angeordnet
und über ineinandergreifende Außen- und Innenzahnkränze 4 treibend mit dieser verbunden
ist. Die Muffe 3 ist ferner über ineinandergreifende Innen-und Außenzahnkränze 5
treibend mit einer Nabe 2 verbunden. Die Teile 3, 4, 5, 2 bilden zusammen eine an
sich bekannte bewegliche Kupplung, deren Aufgabe im wesentlichen darin besteht,
die mit der Nabe 7 mittels der Klauenfreilaufkupplung verbindbare Hülse 1 drehkraftübertragend
mit einer in die Nabe 2 einzusteckenden Welle so zu kuppeln, daß die an die Naben
7 und 2 angeschlossenen Wellen axial und radial in geringem Maße Bewegungen ausführen
können, ohne daß von der Kupplung auf die beiden Wellen wesentliche axiale oder
radiale Zwangskräfte ausgeübt werden. Im vorliegenden Fall dient diese bewegliche
Kupplung 3, 4, 5, 2 zugleich als Behälter für eine Schmierflüssigkeit der Klauenfreilaufkupplung,
zu welchem Zweck zwischen den Teilen 2, 3 und 3,1 an den dort angeordneten Abschlußdeckeln
der Muffe 3 Dichtungsringe eingelegt sind. An der Nabe 7 ist ein Wellenstück 6 angeflanscht,
welches durch die Öffnung im Deckel 20 der Hülse 1 in diese hineinragt und in derselben
mittels zweier in axialem Abstand voneinander angeordneter Lager 8 und 8' gelagert
ist. Das Lager 8' kann Axialschub aufnehmen und hält infolgedessen die Teile 1 und
6 axial in der gewünschten gegenseitigen Relativstellung. Die Hülse 1 weist einen
Innenklauenkranz 9 und einen Innensägezahnkranz 10 auf und stellt die eine Kupplungshälfte
der Klauenfreilaufkupplung dar. Die andere Kupplungshälfte der Klauenfreilaufkupplung
ist eine Muffe 11 mit einem rechtsgÄngigen Innensteilgewinde, das. in ein Außensteilgewinde
12 des Wellenstückes 6 eingreift- Die axial-schraubend verschiebbare Kupplungshälfte
11 weist einen Außenklauenkranz 13 auf, welcher in der in der oberen Hälfte der
Fig. 1 dargestellten ausgerückten Stellung der Kupplung axial neben dem Innenklauenkranz
9 der Kupplungshälfte 1 liegt. Die Kupplungshälfte 11 weist außerdem vier Einrückklinken
14 auf, welche sich in bekannter Weise paarweise diametral gegenüberliegen, wie
dies insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, und auf Klinkenzapfen 15 gelagert
sind. In der in der oberen Hälfte der Fig. 1 dargestellten ausgerückten Kupplungsstellung
liegen die Einräckklinken 14 mit Bezug auf den Innensägezahnkranz 10 in Ratschstellung.
Die Einrückklinken 14 sind kopflastig, so daß die Klinkennasen bei umlaufender Kupplungshälfte
11 durch die Fliehkraft radial nach außen gedrückt werden.
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An der einen Stirnseite weist die Kupplungshälfte 11 einen Ringbund
auf, dessen zylindrische Außenfläche 16 koaxial zur Kupplungsachse verläuft und
an welchen eine ebene Stirnfläche 17 angrenzt, die normal zur Kupplungsachse verläuft.
Die Kupplungshälfte 1 weist einen Innenbund auf, dessen zylindrische Innenfläche
18 koaxial zur Kupplungsachse verläuft und an welche sich eine stirnseitige Fläche
19 anschließt, die normal zur Kupplungsachse verläuft. Wenn die Kupplungshälfte
11, wie dies in der oberen Hälfte der Fig. 1 gezeigt ist, sich in ihrer ausgerückten
Stellung befindet, dann sind die Bunde der Kupplungshälften 11 und 1 axial voneinander
entfernt, so daß zwischen ihnen ein verhältnismäßig weiter Spalt offenbleibt. Die
Kupplungshälfte 1 ist auf einer Seite durch einen nicht näher bezeichneten geschlossenen
Deckel, auf der anderen Seite durch den obengenannten Deckel 20, der am Durchtritt
des Wellenstückes 6 eine Dichtung enthält, abgeschlossen. Die Innenflächen der Kupplungshälfte
1 bilden so eine Ringkammer, in welcher Schmieröl enthalten ist, das, sobald die
Kupplungshälfte 1 umläuft, einen Flüssigkeitsring bildet, dessen radial innere Oberfläche
sich in der Nähe der Zylinderfläche 16 der Kupplungshälfte 11 befindet.
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Nachstehend wird die Wirkungsweise der Kupplung nach der Erfindung
erläutert: Es sei angenommen, daß die Nabe 2 und die Kupplungshälfte 1 nach der
Darstellung in Fig. 2 im Uhrzeigersinn umlaufen, wie dies durch die Pfeile angedeutet
ist, und daß die Welle 6 stillstehe. In diesem Zustand befindet sich die Kupplungshälfte
11 in ihrer voll ausgerückten Stellung, in welcher sie an dem als Axialanschlag
wirkenden inneren Laufring 21 des Wälzlagers 8' anliegt und in welcher die Einrückklinken
14 unwirksam sind, da sie durch den umlaufenden Ölring außer Eingriff mit dem Innensägezahnkranz
10 gehalten werden. Der Spalt zwischen den Bunden 16, 17 und 18, 19 wird
mit Öl gefüllt, dessen Druck durch die auftretenden Zentrifugalkräfte bestimmt ist,
und der Ölring erstreckt sich bis zu den ihn begrenzenden stirnseitigen Wänden der
oben im einzelnen beschriebenen CSlringkammer.
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Wird nun die Nabe 7 und mit ihr das Wellenstück 6 in gleicher Drehrichtung
beschleunigt, in welcher die Kupplungshälfte 1 umläuft, so läuft die Kupplungshälfte
11 mit den Teilen 7, 6 um, und die Zentrifugalkraft bewirkt, daß die Nasen der Einrückklinken
14 radial nach außen gedrückt werden, so daß, solange die Drehzahl des Wellenstückes
6 niedriger als diejenige der Kupplungshälfte 1 ist, die Innensägeverzahnung 10
über die Einrückklinken 14 hinwegratscht. Sobald das Wellenstück 6 in Synchronismus
mit der Kupplungshälfte 1 kommt und versucht, diese zu überholen, greifen die Einrückklinken
14 jeweils zwei diametral einander gegenüberliegende Sägezähne 10 auf, und die Kupplungshälfte
11 wird axialschraubend längs des Steilgewindes 12 des Wellenstückes 6 nach links
(Fig. 1) verschoben, wobei ihr Außenklauenkranz 13 in den Innenklauenkranz 9 der
Kupplungshälfte 1 eingerückt wird. Eine weitere Beschleunigung der Welle 7 hat zur
Folge, daß die Nabe 2 über die eingerückte Kupplung 1, 9,13,11 angetrieben wird.
Während der Einrückbewegung nähert sich der stirnseitige Bund 16, 17 der Kupplungshälfte
11 dem Innenbund 18,19 der Kupplungshälfte 1, und die Verminderung des Ringspaltes
zwischen diesen beiden Bunden hat zur Folge, daß das in diesem Spalt befindliche
Öl allmählich aus dem Spalt herausgedrückt wird, so daß die Einrückbewegung der
Kupplungshälfte 11 weich verläuft. Da der Weg, über welchen das Öl aus dem Spalt
ausströmen kann, in
zunehmendem Maße verengt wird, steigert sich
auch die Dämpfung der Einrückbewegung der Kupplungshälfte 11 dementsprechend. Gegen
Ende der Einrückbewegung der Kupplungsmuffe 11 bilden die Bundflächen 16 und 18
und die Bundflächen 17 und 19 eine fast geschlossene Dämpferkammer, aus welcher
das noch in der Kammer befindliche Öl nur noch durch einen sehr engen Spalt austreten
kann, so daß der letzte Teil der Einrückbewegung noch weicher verläuft.
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Wenn die Kupplungshälfte 11 an einem als Axialanschlag wirkenden Wellenbund
22 angelaufen ist, befinden sich die Klauenkränze 9 und 13 in eingerücktem Zustand,
und die Kupplungshälfte 1 wird nun von dem Wellenteil 6 angetrieben. Wird die Nabe
7 und mit ihr das Wellenstück 6 nunmehr verzögert, so bewirkt der Zahndruck an den
Klauenkränzen 9 und 13 ein Ausrücken der Kupplungshälfte 11 aus dem Eingriff mit
der Kupplungshälfte 1, und die infolgedessen eintretende Erweiterung des Spaltes
zwischen den Bunden der Kupplungshälfte 1 und dem Wellenstück 6 bewirkt, daß das
Öl wieder in diesen Raum einströmt, wobei die auftretende Saugwirkung durch die
Wirkung der Zentrifugalkräfte unterstützt wird. Die durch die beiden Bunde 16,17
und 18,19 sowie den dazwischen befindlichen Ölring gebildete Dämpferkammer ist infolgedessen
auch dann voll wirksam, wenn auf die Kupplungsausrükkung sehr schnell eine weitere
Kupplungseinrückung folgt.