DE2146683C3 - Positive locking mechanical shaft coupling that can be switched under load - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine formschlüssige, unter Last schaltbare mechanische Wellenkupplung mit einem auf der einen Welle axial verschiebbar, jedoch drehfest angeordneten ersten Kupplungsteil und mit auf der anderen Welle drehfest gehaltenen, jedoch radial verschiebbar gelagerten zweiten Kupplungsteilen, die mit dem ersten Kupplungsteil gesteuert in Eingriff gebracht werden können.The invention relates to a form-fitting mechanical shaft coupling which can be switched under load and has a one shaft axially displaceable, but non-rotatably arranged first coupling part and with on the other Shaft held non-rotatably, but radially displaceably mounted second coupling parts with the first coupling part can be brought into engagement in a controlled manner.

Bekannte Kupplungen dieser Art weisen einen komplizierten Aufbau auf und unterliegen einem beträchtlichen Verschleiß. So ist durch die DT-PS 2 41 403 eine Kupplung bekanntgeworden, die an der angetriebenen Kupplungsseite Stifte aufweist, die sich um ihre Achse verdrehen und radial gegen Federdruck verschieben lassen. Der treibende Kupplungsteil ist mit starren Zähnen versehen, deren klauenartigen Anschlagflächen auswärts und geneigt zur Wellenachse verlaufende Mantelflächen vorgeordnet sind. Ein stoßfreies Einkuppeln soll dadurch erreicht werden, daß die frei vorstehenden Enden der Stifte beim Einrücken der Kupplung zunächst rollend über die auswärts und geneigt zur Wellenachse verlaufenden Mantelflächen der Zähne gleiten, wobei sie gegen den Druck der zugeordneter. Feder angehoben werden. Dann verschieben sich die Stifte so lange weiter, bis sie sich gegen die Zähne des treibenden Kupplungsteiles legen, wodurch die Drehbewegung des letzteren auf den anzutreibenden Kupplungsteil formschlüssig übertragen wird.Known couplings of this type have a complicated structure and are subject to considerable Wear and tear. For example, DT-PS 2 41 403 has made known a clutch that is attached to the driven Coupling side has pins that rotate around their axis and move radially against spring pressure leave. The driving coupling part is provided with rigid teeth, their claw-like stop surfaces outwardly and inclined to the shaft axis extending outer surfaces are arranged upstream. A smooth coupling is to be achieved in that the free protruding ends of the pins when the clutch is engaged initially rolling over the outer surfaces of the teeth that run outwards and inclined to the shaft axis slide, taking them against the pressure of the associated. Spring to be raised. Then they shift Pins continue until they come to rest against the teeth of the driving coupling part, causing the rotary movement of the latter is positively transferred to the coupling part to be driven.

Die geschilderte Arbeitsweise dieser Kupplung, bei der durch Anheben der Stifte gegen Federkraft ein weiches Anlaufen gegeben sein soll, ist nur dann sichergestellt, wenn zum einen eine von der Differenzgeschwindigkeit zwischen den zu kuppelnden Teilen abhängige Einrückgeschwindigkeit und zum anderen eine bestimmte Verdrehlage der zu kuppelnden Teile zueinander bei Einleitung des Kupplungsvorganges gegeben ist. Diese besonderen Bedingungen lassen sich ohne aufwendige Synchronisiereinrichtungen, über die in der Patentschrift nichts offenbart ist, nicht sicherstellen, insbesondere erscheint der geschilderte Einkupplungsvorgang bei hohen Differenzgeschwindigkeiten kaum realisierbar. .The described mode of operation of this coupling, in which a by lifting the pins against spring force soft start-up is only ensured if, on the one hand, one of the differential speeds between the parts to be coupled dependent engagement speed and on the other hand one given rotational position of the parts to be coupled to each other when initiating the coupling process is. These special conditions can be met without the need for complex synchronizing devices, via which in the Patent specification is not disclosed, do not ensure, in particular appears the coupling process described hardly feasible at high differential speeds. .

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, die trotz einfachen Aufbaues bei jeder im Betrieb auftretenden Drehzahl stoßarm kuppelt und trennt.It is the object of the invention to provide a coupling of the above to create the type mentioned, despite the simple structure at any speed occurring during operation Couples and separates with little shock.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das erste Kupplungsteil als in Ausrückrichtung federbelastete Gewindemuffe ausgebildet ist und die zweiten Kupplungsteile entsprechend ausgebildete Gewindebacken sind und daß die axiale Verschiebbarkeit der Gewindemuffe mittels eines Anschlages begrenzt ist. Diese Kupplung ermöglicht es, aus jeder Anfangsverarehstellung zwischen den beiden Kupplungsteilen heraus und ohne besondere Anforderungen an die Geschwindigkeit der Steuerbewegung zu kuppeln.The object is achieved according to the invention in that the first coupling part is in the disengaging direction spring-loaded threaded sleeve is formed and the second coupling parts correspondingly formed threaded jaws are and that the axial displaceability of the threaded sleeve is limited by means of a stop is. This coupling makes it possible from every initial adjustment between the two coupling parts and without any special speed requirements to couple the steering movement.

Die Unabhängigkeit von der Anfangsverdrehlage und der Geschwindigkeit der Steuerbewegung wird dadurch erreicht, daß bei der erfindungsgemäßen Kupplung der eigentliche Einkupplungsvorgang durch eine Steuerbewegung lediglich vorbereitend eingeleitet wird und dann von äußeren Einflüssen unabhängig über eine Zwischenphase abläuft, bis der formschlüssige Kupplungszustand hergestellt ist. Zu Beginn des Kupplungsvorganges werden die Gewindebacken, ohne daß zu diesem Zeitpunkt Kräfte übertragen werden müssen, in das Gewinde der Gewindemuffe eingeschoben. Auf Grund der Differenzgeschwindigkeit zwischen den Gewindebacken und der Gewindemuffe verschiebt sich diese axial, bis sie durch einen Anschlag an der axialen Bewegung gehindert wird, so daß eine schlupffreie Mitnahme des angetriebenen Kupplungsteiles erfolgt.The independence of the initial rotational position and the speed of the control movement is thereby achieved that in the clutch according to the invention, the actual coupling process by a Tax movement is only initiated in preparation and then independent of external influences via a Intermediate phase takes place until the positive coupling state is established. At the beginning of the coupling process, the threaded jaws are without At this point forces must be transmitted, pushed into the thread of the threaded socket. on The reason for the difference in speed between the threaded jaws and the threaded socket is shifting this axially until it is prevented from axial movement by a stop, so that a slip-free entrainment of the driven coupling part takes place.

Die Kupplung kann bei sehr hohen Differenzdrehzahlen zwischen der angetriebenen und der treibenden Welle sicher schalten, ohne daß — im Hinblick auf Klauenkupplungen gesehen — eine Überbeanspruchung durch zunächst nur über einen geringen Teil der vorgesehenen Anschlagfläche aneinander angreifende Kupplungsteile stattfindet und — im Hinblick auf Reibungskupplungen gesehen - erhebliche Reibungsverluste und damit Erwärmungen oder die Gefahr eines Durchrutschens auftreten. Der Anschlag läßt sich derart ausbilden, daß die Muffe nach Maßgabe der Gewindesteigung keilförmig gegen diesen in einer Radialebene liegenden Anschlag anläuft und insoweit weich einkuppelt. Darüber hinaus ist die Gewindemuffe federbelastet und läuft gegen die Kraft dieser Feder beim Einkupplungsvorgang an, wodurch der axialen Bewegung der Gewindemuffe bereits ein gewisser, in Richtung des Anschlages zunehmender Widerstand entgegengesetzt wird, der das weiche Einikuppeln unterstützt.The clutch can operate at very high differential speeds safely switch between the driven and the driving shaft without - with regard to Claw clutches seen - an overstressing by initially only over a small part of the provided stop surface engaging clutch parts takes place and - with regard to friction clutches seen - considerable friction losses and thus warming or the risk of a Slipping occur. The stop can be designed in such a way that the sleeve according to the thread pitch runs in a wedge shape against this stop lying in a radial plane and, in this respect, engages softly. In addition, the threaded sleeve is spring-loaded and runs against the force of this spring during the coupling process on, whereby the axial movement of the threaded sleeve already a certain, in the direction of the Attack increasing resistance is opposed, which supports the soft coupling.

Im Sinne eines einfachen Aufbaus kann die Antriebswelle als Führung für die Gewindebacken ausgebildet sein. Bei der Kupplung nach der DTPS 2 41 403 sind allerdings bereits die radial versetzbaren Stifte an einer Welle gehalten. Weiterhin wird die Antriebswelle bevorzugt als Führung für eine Muffe mit Konusfläche ausgebildet, während die Gewindebacken jeweils eine dieser Konusfläche entsprechende Fläche erhalten. Eine solche verschiebbare Anordnung auf der Antriebswelle ist hinsichtlich einer Ein- und AusrückhülseIn terms of a simple structure, the drive shaft be designed as a guide for the threaded jaws. With the coupling according to DTPS 2 41 403 are however, the radially displaceable pins are already held on a shaft. The drive shaft is also preferred designed as a guide for a sleeve with a conical surface, while the threaded jaws each have one Obtain this conical surface corresponding surface. Such a displaceable arrangement on the drive shaft is with regard to an engaging and disengaging sleeve

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aus der CH-PS 83 738 bekannt. In weiterhin bevorzugter Ausführung werden der Konusfläche der Muffe und den Konusflächen der Gewindebacken je eine Zylinderfläche zugeordnet, die einander entsprechen und durch die die auf die Gewindebacken im Einkupplungszustand ausgeübten Kräfte kein Verschieben der mit einer konischen Fläche versehenen Muffe verursachen können.from CH-PS 83 738 known. In still more preferred The conical surface of the socket and the conical surface of the threaded jaws each have a cylindrical surface assigned, which correspond to each other and through which the on the threaded jaws in the coupling state exerted forces do not cause displacement of the sleeve provided with a conical surface be able.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigtThe invention is illustrated using an exemplary embodiment shown schematically in the drawing explained in more detail. It shows

F i g. 1 einen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel undF i g. 1 shows a longitudinal section through the exemplary embodiment and

Fi g. 2 einen Schnitt nach der Linie A-B\n Fi g. 1.Fi g. 2 shows a section along the line AB \ n Fi g. 1.

Die Kupplung nach dem Ausführungsbeispiel ist in beiden Drehrichtungen betreibbar und im geschlossenen Zustand kurz vor Beginn der Kupplungsphase dargestellt. Die Antriebswelle 2 ist an ihrem einen Ende topfartig und als Lager für die Abtriebswelle 4 ausgebildet. Eine Gewindemuffe 5 ist auf der Abtriebswelle 4 axial verschiebbar und gegen Drehen gegenüber der Abtriebswelle 4 gesichert geführt. Druckbelastet ist die Gewindemuffe 5 durch zwei Federn 6 mit wählbarer Kennlinie, die sich einerseits an den Stirnflächen der Gewindemuffe 5 und andererseits in an den Stirnflächen des topfartigen Gehäuses der Antriebswelle 2 vorgesehenen Ausdrehungen abstützen. Mit dem Gewinde der Gewindemuffe 5 sind Gewindebacken 1 in Eingriff zu bringen, die je eine konische Fläche 7 und je eine zylindrische Fläche 8 aufweisen. Auf der Antriebswelle 2 ist eine Muffe 3 verschiebbar gelagert, die eine Konusfläche 9 und eine zylindrische Fläche 10 aufweist, die den konischen Flächen 7 bzw. den zylindrischen Flachen 8 der Gewindebacken 1 entsprechen. Die Muffe 3 ist in nicht näher dargestellter Weise durch äußeren Angriff axial verschiebbar und in den jeweiligen Endverschiebelagen festlegbar.The coupling according to the exemplary embodiment can be operated in both directions of rotation and is closed State shown shortly before the start of the coupling phase. The drive shaft 2 is at one end Cup-like and designed as a bearing for the output shaft 4. A threaded sleeve 5 is on the output shaft 4 guided axially displaceable and secured against rotation relative to the output shaft 4. The pressure is loaded Threaded sleeve 5 by two springs 6 with a selectable characteristic, which are located on the one hand on the end faces of the Threaded sleeve 5 and, on the other hand, in the end faces of the pot-like housing of the drive shaft 2 the provided notches. With the thread of the threaded socket 5, threaded jaws are 1 in To bring engagement, which each have a conical surface 7 and a cylindrical surface 8 each. On the drive shaft 2, a sleeve 3 is slidably mounted, which has a conical surface 9 and a cylindrical surface 10, which correspond to the conical surfaces 7 and the cylindrical surfaces 8 of the threaded jaws 1. The socket 3 is axially displaceable in a manner not shown by external attack and in the respective End shift positions can be defined.

Selbstverständlich können an Stelle der Federn 6 auch andere Druckkräfte erzeugende Mittel vorgesehen sein; es kann sogar an Stelle der Gewindemuffe 5 ein Vielkant vorgesehen sein, wenn an Stelle der Gewindebacken t radial geführte und gesteuert radial bewegbare Backen od. dgl. vorgesehen werden.Of course, other compressive forces generating means can also be provided instead of the springs 6 being; a polygon can even be provided in place of the threaded sleeve 5 if in place of the threaded jaws t radially guided and controlled radially movable jaws or the like. Are provided.

Stehen Antriebs- und Abtriebswelle still, dann ist die Muffe 3 aus der in der Zeichnung dargestellten Stellung nach rechts verschoben, mindestens eine Gewindebakke 1 greift nicht in das Gewinde der Gewindemuffe 5 ein. Läuft die Antriebswelle 2 um, dann wirken Zentrifugalkräfte auf die Gewindtbacken ein, so daß sich diese in radialen Richtungen von der Gewindemuffe 5 entfernen. Wird nun die Muffe 3 in die in der Zeichnung dargestellte Stellung verschoben — die Abtriebswelle 4 steht noch still —, so greifen die Gewindebacken 1 in das Gewinde der Gewindemuffe 5 ein, wodurch sich diese gegenüber der Antriebswelle 2 in der einen oder in der anderen Richtung verschiebt, je nachdem in welcher Richtung die Antriebswelle 2 umläuft. Die Kupplungsphase beginnt also in dem Augenblick, in dem sich die Gewindemuffe 5 aus der in der Zeichnung dargestellten Lage entfernt. Die Kupplungsphase ist beendet, wenn die Gewindemuffe 5 entweder mittelbar oder unmittelbar an der inneren Fläche 11 bzw. 12 des topfartigen Gehäuses der Antriebswelle 2 anliegt. Die Antriebswelle 2 ist dann mit der Abtriebswelle 4 starr gekuppelt. If the drive and output shafts are stationary, the sleeve 3 is shifted to the right from the position shown in the drawing, and at least one threaded jaw 1 does not engage in the thread of the threaded sleeve 5. When the drive shaft 2 rotates, centrifugal forces act on the threaded jaws so that they move away from the threaded sleeve 5 in radial directions. If the sleeve 3 is now moved into the position shown in the drawing - the output shaft 4 is still stationary - the threaded jaws 1 engage in the thread of the threaded sleeve 5, causing them to move in one direction or the other with respect to the drive shaft 2 moves, depending on the direction in which the drive shaft 2 rotates. The coupling phase therefore begins at the moment in which the threaded sleeve 5 is removed from the position shown in the drawing. The coupling phase is ended when the threaded sleeve 5 rests either directly or indirectly on the inner surface 11 or 12 of the pot-like housing of the drive shaft 2. The drive shaft 2 is then rigidly coupled to the output shaft 4.

Soll die Verbindung zwischen den Wellen 2 und 4 getrennt werden, dann ist die Muffe 3 aus der in der Zeichnung dargestellten Lage nach rechts zu verschieben. Dadurch löst sich die Gewindemuffe von der Fläche 11 bzw. 12, an der sie anlag, und kehrt in die Mittelstellung zurück, weil die Gewindebacken 1, unter der Wirkung von Fliehkräften stehend, radial nach außen gedrückt werden.If the connection between the shafts 2 and 4 is to be separated, the sleeve 3 is out of the To move the position shown in the drawing to the right. This detaches the threaded socket from the surface 11 or 12, on which it was applied, and returns to the middle position back because the threaded jaws 1, standing under the action of centrifugal forces, radially outwards be pressed.

Sind die hier vorgesehenen Federn 6 aus irgendeinem Grunde verhältnismäßig schwach, dann empfiehlt es sich, durch Ausdrehungen, zweckmäßigerweise hinter der Fläche 11 bzw. der Fläche 12, dafür zu sorgen, daß jede zusammengedrückte Feder ein Anliegen der Stirnfläche der Gewindemuffe 5 an der einen oder anderen Fläche 11 bzw. 12 ermöglicht. Dadurch wird ein unerwünschtes Verformen der vorgesehenen Federn 6 verhindert.If the springs 6 provided here are relatively weak for any reason, then we recommend it is necessary to make sure by turning, expediently behind the surface 11 or the surface 12, that each compressed spring has an abutment of the end face of the threaded sleeve 5 against one or the other Area 11 or 12 allows. This results in undesirable deformation of the springs 6 provided prevented.

Kupplungen dieser Art können beispielsweise zwischen der Antriebswelle eines Elektromotors und der Antriebswelle eines Kompressors angeordnet sein. Werden solche Kupplungen in Fahrzeugen, beispielsweise Lastkraftwagen, benutzt, dann empfiehlt es sich, diese Kupplungen vor hydraulischen Wandlern od. dgl. anzuordnen. Auch kann eine solche Kupplung als Synchronisierungsmittel für Lastschaltgetriebe Verwendung finden.Couplings of this type can, for example, between the drive shaft of an electric motor and the Be arranged drive shaft of a compressor. Are such clutches in vehicles, for example Trucks, used, then it is advisable to od these clutches in front of hydraulic converters. to arrange. Such a coupling can also be used as a synchronization means find use for powershift transmissions.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Formschlüssige, unter Last schaltbare mechanische Wellenkupplung, mit einem auf der einen WeI-Ie axial verschiebbar, jedoch drehfest angeordneten ersten Kupplungsteil und mit auf der anderen Welle drehfest gehaltenen, jedoch radial verschiebbar gelagerten zweiten Kupplungsteilen, die mit dem ersten Kupplungsteil gesteuert in Eingriff gebracht werden können, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kupplungsteil als in Ausrückrichtung federbelastete Gewindemuffe (5) ausgebildet ist und die zweiten Kupplungsteile entsprechend ausgebildete Gewindebacken (1) sind und daß die axiale Verschiebbarkeit der Gewindemuffe mittels eines Anschlages (II, 12) begrenzt ist.1. Form-fitting mechanical shaft coupling that can be switched under load, with one shaft on one side axially displaceable, but non-rotatably arranged first coupling part and with on the other shaft non-rotatably held, but radially displaceably mounted second coupling parts, which with the first Coupling part can be brought into engagement in a controlled manner, characterized in that that the first coupling part is designed as a threaded sleeve (5) spring-loaded in the disengaging direction and the second coupling parts are correspondingly designed threaded jaws (1) and that the axial Displaceability of the threaded sleeve is limited by means of a stop (II, 12). 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (2) als Führung für die Gewindebacken (I) ausgebildet ist.2. Coupling according to claim 1, characterized in that the drive shaft (2) as a guide for the threaded jaw (I) is formed. 3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (2) als Führung für eine Muffe (3) mit Konusfläche (9) ausgebildet ist und die Gewindebacken (1) mit einer der Konusfläche (9) der Muffe (3) entsprechenden Fläche (7) versehen sind.3. Coupling according to claim 1 or 2, characterized in that the drive shaft (2) as a guide is designed for a sleeve (3) with a conical surface (9) and the threaded jaw (1) with one of the conical surface (9) the sleeve (3) corresponding surface (7) are provided. 4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Konusfläche (9) der Muffe (3) und den Konusflächen (7) der Gewindebacken (1) je eine zylindrische Fläche (10, 8) zugeordnet ist, die einander entsprechen.4. Coupling according to claim 3, characterized in that the conical surface (9) of the sleeve (3) and each of the conical surfaces (7) of the threaded jaws (1) is assigned a cylindrical surface (10, 8) which correspond to each other.