DE2354332A1

DE2354332A1 - Synchrone selbst schaltende zahnkupplung

Info

Publication number: DE2354332A1
Application number: DE19732354332
Authority: DE
Inventors: Herbert Arthur Clements; Robert Howard Heybourne
Original assignee: SSS Patents Ltd
Current assignee: SSS Patents Ltd
Priority date: 1972-10-31
Filing date: 1973-10-30
Publication date: 1974-05-09
Also published as: BE806656A; FR2212885A5; NL7314918A; IT999107B; AU466815B2; US3868004A; GB1409810A; AU6204173A

Description

PATB NTASWALT

Dipl. ing. B. HOLZEE

AUGSBURG

·ριτττ.ττ»τ»ΐυΒ -WBISBB- SJBA88H IA

R. 866

Augsburg, den 29. Oktober 1973

S.S.S. Patents Limited, 51-55 Stirling Road, Acton Town, London W.3, England,

Synchrone, selbst schaltende Zahnkupplung

Die Erfindung betrifft eine synchrone selbst schaltende Zahnkupplung, mit einem bei Durchgang der umlaufenden Kupplungsteile durch den Synchronismus in einem Relativdrehsinn wirksamen, ein zwecks mindestens teilweiser Einrückung der beiden KupplungsZahnkränze zwangläufig relativ zu einem der umlaufenden Kupplungsteile verschiebbares Kupplungsteil aufweisenden

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Betätigungsmechanismus und mit einer Einrichtung zur Verhinderung der Ausrückung der ineinander eingerückten Kupplungsζahnkränze.

Kupplungen der soeben dargelegten allgemeinen Bauart sind normalerweise mit einem Klinkengesperre oder dazu äquivalenten Mitteln ausgestattet, die bewirken, daß bei Relativdrehung der Kupplungsteile in einem Drehsinn die Kupplung "überholt", während bei Durchgang der Kupplungsteile durch den Synchronismus in entgegengesetztem Relativdrehsinn derselben das Klinkengesperre bzw. die dazu äquivalenten Mittel eine Verschiebung des verschiebbaren Kupplungsteils im Sinne einer genauen beginnenden gegenseitigen Einrückung der Kupplungszahnkränze bewirken.

Sehr häufig wird gefordert, daß die Kupplung außerdem eine Einrichtung aufweist, aufgrund deren Betätigung eine Ausrückung der ineinander eingerückten Kupplungsζahnkränze verhindert wird, so daß dann die Kupplung Drehmoment in beiden Drehrichtungen zu übertragen vermag.

Die bisher zu diesem Zweck vorgesehenen Einrichtungen haben gewisse Nachteile. So ist beispielsweise durch bekannte Einrichtungen dieser Art die Gesamtbaulänge der Kupplung

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vergrößert worden und außerdem müssen die bekannten Einrichtungen mittels eines.Servomechanismus unter Zwischenschaltung einer Schaltgabel betätigt werden, wodurch sich die Kupplungskonstruktion zusätzlich kompliziert.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei Kupplungen der eingangs dargelegten allgemeinen Bauart die Einrichtung zur Verhinderung der Kupplungsausrückung bei gleichzeitiger Vereinfachung der Gesamtkonstruktion so zu verbessern, daß die axiale Baulänge der Kupplung nicht unnötig Vergrößert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß diese Einrichtung entweder von dem verschiebbaren Kupplungsteil oder von einem der umlaufenden Kupplungsteile gehaltene Verriegelungsmittel und entweder von diesem einen umlaufenden Kupplungsteil oder von dem verschiebbaren Kupplungsteil gehaltene Hemmittel aufweist, die bei wenigstens teilweis.e eingerückten Kupplungszahnkränzen eine relative Drehbewegung um. die Kupplungsachse herum zwischen einem Hemmzustand, in welchem wegen axialer Hemmbeziehung der Hemmittel zu den · Verriegelungsmitteln eine Ausrückung der KupplungsZahnkränze verhindert wird, und einem nichthemmenden Zustand auszuführen vermögen, in welch letzterem wegen des ümstandes, daß sich

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die Hemmittel außerhalb axialer Hemiribeziehung zu den Verriegelungsmitteln befinden, eine Ausrückung der Kupplungszahnkränze möglich ist.

Die relative Drehbewegung der Verriegelungsmittel und Hemmittel im Sinne der Herstellung des Hemmzustandes kann unter der Wirkung von Federkraft selbsttätig stattfinden, wenn die KupplungsZahnkränze wenigstens teilweise ineinander eingerückt sind.

Die relative Drehbewegung der Verriegelungsmittel und der Hemmittel im Sinne der Herstellung des nichthemmenden Zustandes kann unter der Wirkung eines Druckmitteldruckes zust andekommen.

Bei einer nachstehend unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschriebenen beispielsweisen Ausführungsform einer Zahnkupplung nach der Erfindung wird die Federkraft selbsttätig durch den genannten Druckmitteldruck überwunden, sobald die Kupplung eine bestimmte Drehzahl erreicht.

In den anliegenden Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 einen schematischen Mittellängs-

schnitt durch eine synchrone

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selbst schaltende Zahnkupplung nach der Erfindung, worin die obere Pigurenhälfte die Kupplung in ausgerücktem Zustand zeigt und die untere Pigurenhälfte die' • Kupplung in eingerücktem Zustand darstellt _s

Figo 2 einen schematischesi Teil-Mittel-

längsschnitt der in Figo 1 dargestellten Kupplung _s welcher die KupplungsZahnkränze teilweise ineinander eingerückt darstellt_s

FIg₀ 3 einen Teilschnitt längs der

Ebene IH-III- in Pig-.- I,

Pig. 4 einen Teilschnitt* Isings der

Ebsne IV=IV in Fig_o 1, und

Figo 5 " . ©inen Teilschnitt längs der

Ebene V-V"in Fig_o 2_O "

Bei der in den Zeichnungen dargestellten Kupplung weist

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ein umlaufendes Kupplungsteil einen zylindrischen Ansatz auf, der mittels eines Flansches 1^! an einem Plansch 2 einer Welle 3 befestigt ist. Der zylindrische Ansatz 1 weist einen Kupplungsinnenzahnkranz 4 und einen Klinkeninnenzahnkranz 5 auf. Ein weiteres umlaufendes Kupplungsteil weist eine Muffe 6 mit einem Flansch 6' auf, an dessen Außenumfang ein zylindrischer Ansatz 7 angeordnet ist. Die Muffe 6 weist ein rechtsgängiges Außensteilgewinde 8 auf. Der Flansch 6' der Muffe 6 ist an einem Flansch 10 einer Welle 11 befestigt, der als ölfangring 12 ausgebildet ist, in dessen Ringraum öl mittels einer Einspritzdüse 13 von einer äußeren Ölquelle her einspritzbar ist. Ein verschiebbares Kupplungsteil weist eine Muffe 14 auf, welche mittels eines Innensteilgewindes 15 in das Außensteilgewinde 8 der Muffe eingreift. Die Muffe Ik weist einen Kupplungsaußenzahnkranz und Drehzapfen 17 auf, auf welch letzteren Klinken 18 gelagert sind, die durch nicht dargestellte Belastungsfedern belastet sind. Die Nasen dieser Klinken 18 weisen, in Fig. 1 von links gesehen_s entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Muffe 14 weist außerdem einen radial nach außen ragenden Flansch 19 auf, an dessen Außenumfang eine Halterung 20 für einen Verriegelungsring angeordnet ist, wobei an dieser Halterung außerdem ein ringförmiger Steuerschieber befestigt ist, der mit der Außenfläche des zylindrischen Ansatzes 7

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zusammenwirkt. Die Halterung 20 für den Verriegelungsring weist radial nach innen ragende Vorsprünge 22 auf, die in bogenförmige Ausnehmungen 23 der Außenfläche eines Verriegelungsringes 26 hineinragen und in den Fig. 3 bis 5 sichtbar sind. Der Verriegelungsring 26 kann sich relativ zur Halterung 20 drehen, wobei diese Drehbewegung durch Anschläge 27 begrenzt ist, die an der Halterung 20 für den Verriegelungsring angeordnet sind. Die Anschläge -27 ragen radial in Ausnehmungen 28 des Verriegelungsringes 26 hinein und bilden mit diesen einen Gleitsitz. Am Verriegelungsring 26 ist ein Verriegelungsinnenzahnkranz 29 angeordnet.

Der zylindrische Ansatz 7 des umlaufenden Kupplungsteils 6 weist einen äußeren Hemmzahnkranz 30 auf. Außerdem sind in diesem Ansatz radiale ölzuführungsbohrungen 31 angeordnet, welche über Kanäle 32, 33 und 3^ in dem Kupplungsteil 6 Verbindung mit Kanälen 36 des Flansches 10 haben, welch letztere in die ringförmige ölkammer des ölfangringes 12 münden. Der ringförmige Steuerschieber 21 weist Kanäle 37 auf, die jeweils an ihren radial äußeren Enden Verbindung mit einer der Ausnehmungen 28 im Verriegelungsring 26 haben, während ihre radial inneren Enden Verbindung mit einer Ringkammer 38 haben, welch letztere in dem ringförmigen Steuerschieber 21 gebildet ist.

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Die bogenförmigen Ausnehmungen 23 des Verriegelungsringes 26 beherbergen jeweils Druckfedern 39, deren jeweils eine Enden an den jeweils zugehörigen Vorsprüngen 22 anliegen, während ihre jeweils anderen Enden jeweils an einer Endwandung der Ausnehmungen 23 anliegen. Die Vorsprünge 27 dienen als Kolben, während die Ausnehmungen 28 als Kolbenkammern wirken.

Bei gemäß der oberen Hälfte von Fig. 1 ausgerückter Kupplung liegen die Klinken 18 so, daß sie mit Bezug auf den Klinkenzahnkranz 5 schleifen. Der Verriegelungszahnkranz 29 ist in den Hemmzahnkranz 30 eingerückt, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die Kanäle 31 werden durch die Innenzylinderfläche 21^f des ringförmigen Steuerschiebers abgedeckt.

Für die nachstehende Beschreibung der Wirkungsweise der Kupplung sei nunmehr angenommen, daß es sich bei der Welle 3 um eine Generatorwelle handele, daß die Welle 11 die Welle einer Gasturbine sei und daß zum Zwecke des Startens der Gasturbine aus dem Stillstand ein Anlasser mit der Welle 3 kuppelbar sei.

Zunächst dreht sich die Generatorwelle 3 in der in Fig.

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durch einen Pfeil angedeuteten Drehrichtung_s so daß die Klinken 18 in den Klinkenzahnkranz 5 eingreifen und unter der Wirkung der ineinandergreifenden Steilgewinde 8 und 15 die verschiebbare Muffe"14 axial-sehraubend relativ zum __ 'Kupplungsteil 6 (in der oberen Hälfte von Pig» 1 nach rechts) verschoben wird und dadurch den Kupplungsaußenzahnkranz 16 der Muffe in einen genauen vorläufigen Eingriff mit dem Innenzahnkranz 4 bringt_s welcher am Kupplungsteil 1 angeordnet ist „ Während dieser axial-schrauberiden Verschiebung des verschiebbaren Kupplungsteils Ik verschiebt sich auch die Halterung 20 für den'Verriegelungsring axiäl<=3chraubend relativ zu dem zylindrischen Ansats J in Fig«, 3 im Uhrzeigersinn» Da der Verriegelungszahnkranz 29 und der Hemmzahnkranz 30 ineinander eingerückt sind-_B wird die Halterung 20 für den Verriegelungsring relativ zum Verriegelungsring 26 in Figo 3 im Uhrzeigersinn gedreht _s wodurch die Druckwirkung der Druckfedern 39 erhöht wird« Die Zähne des Verriegelimgszahnkranzes 29 gleiten sodann axial außer Eingriff mit den Zähnen des Hemmsahnkranzes 30 _a worauf die Federn 39 bewirken, daß sich der Verriegelungsring 26 relativ zu dem Ηθεϊιε-zahnkrans in Figo 3 ii Utesoigersina dreht_a so daß die Zähne des V@rri©g@lungssahnkransei 29 jeweils axial in Durohdeekung mit den Hemmsähnen 30 stehen_s wie dies ie Fig= k gezeigt ist«

Man kann nunmehr die Gasturbine mittels des Anlassers starten, welcher dazu dient, die Welle 3 in einer dem in Pig, I angegebenen Pfeil entgegengesetzten Drehrichtung zu drehen. Wenn nun die Zähne des VerriegelungsZahnkranzes und diejenigen des Hemiazahnkranzes nicht axial zueinander durchgedeckt wären und folglich kein Hemmzustand bestehen würde, dann würden die teilweise ineinander eingerückten KupplungsZahnkränze 4 und 16 auseinander ausrücken« Weil jedoch die Zähne des TerrlegelungsZahnkranzes 29 in axialer Richtung durch diejenigen des HeimasaimiD?anzes 50 gehemmt ifsrdsn«, wird sine soloh® Ausrttekung apr Kupp lungs Zahnkränze vermieden und die Kupplung kann nunmeta" in einem Zustand., in welchem-sie normalerweise "überholsn⁸¹ würde„ Drallmoment übertragen.

In dem Augenfolielc_s in welchem die Gasturbine beginnt, Leistung abzugeben^ bewirkt die dadurch Iierirorgerufene Drehung der Welle 11 relativ sur Welle 5 und die Zusammenwirkung der teilweise ineinander eingerückten Kupplungsaahnkränze 4 und 16 aufgrüne! üev Eusamaenwirkmig der Steilgewiiide 8 ux\a 15 ®ia® Verschiebung des verschiebbaren Kupplungsteils 14 relatix⁵⁷ zum Kupplungsteil β nach rechts^ so daß nunmehr der Kupplniagszahnkranz IS voll in- den Kupp lungs zahnkranz 4 eißrCiekt® Diese Verschiebung des ver-

schiebbaren Kupplungsteils Ik bewirkt, daß die Zähne des Hemmzahnkranzes 30 stirnseitig von der Last der Zähne des Verriegelungszahnkranzes 29 entlastet werden, wie dies die untere Hälfte der Fig. 1 zeigt. Während dieser Verschiebung des verschiebbaren Kupplungsteils Ik kommt die Ringkammer 38 des ringförmigen Steuerschiebers 21 in Verbindung mit den Radialkanälen 31 und das in der ölkammer des ölfangringes 12 befindliche öl kommt wegen der nunmehr zunetaienden Drehzahl der Anordnung infolge Zentrifugalkraft in die Kanäle 31 und gelangt von da über die Ringkammer 38 und die Kanäle 37 in die Kolbenkammern 28. Wenn die Drehzahl der Anordnung weiter steigt, steigt auch der Öldruck in den Kolbenkammern 28 infolge der zunehmenden Fliehkraft, bis bei einer bestimmten Drehzahl der Öldruck in den Kolbenkammern hoch genug ist, um die Kraft der Federn 39 zu überwinden und den Verriegelungsring 26 in Fig. k entgegen dem Uhrzeigersinn in eine Stellung zu drehen, in welcher die Vorsprünge 27 an den Endwandungen der Ausnehmungen 28 anliegen. Wird nunmehr die Drehzahl der Gasturbine wieder unter diejenige des Generators verringert, so kann die Kupplung ausrücken, da.die Zähne des Verriegelungszahnkranzes 29 nunmehr in die Zahnlücken zwischen den Zähnen des Hemmzahnkranzes 30 einrücken können, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Während der Kupplungsausrüekxrag werden die

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Kanäle 31 von der Zylinderinnenfläche 21· des ringförmigen Steuerschiebers 21 abgedeckt ₃ so daß nunmehr die ölzufuhr zu den Kolbenkammern 28 abgesperrt wird. Das in den Kolbenkamraern befindliche öl kann über gedrosselte Austrittsöffnungen 38 abfließen, wobei dieser ölabfluß durch die Wirkung der Federn 39, durch die Verschiebung des verschiebbaren Kupplungsteils 14 im Ausrücksinne und durch die auf das in den Kolbenkammern 28 befindliche öl wirkende Fliehkraft unterstützt wird.

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Claims

Patentansprüche

I₀) Synchrone selbst schaltende Zahnkupplung, mit einem bei Durchgang der umlaufenden Kupplungsteile durch den Synchronismus in einem Relativdrehsinn wirksamen, ein zwecks mindestens teilweiser Einrückung der beiden Kupplungszahnkränze awangläufig relativ zu einem der umlaufenden Kupplungsteile verschiebbares Kupplungsteil aufweisenden Betätigungsmechanismus und mit einer Einrichtung zur Verhinderung der Ausrückung der ineinander eingerückten Kupplungssahnkränse₉ dadurch gekennzeichnet_s daß diese Einrichtung entx-ieder von dem verschiebbaren Kupplungsteil (14) oder von einem (11) der umlaufenden Kupplungsteile (3_a 11) gehaltene Verriegelungsmittel (29) und

entweder von diesem einen umlaufenden Kupplungsteil (11) oder von dem verschiebbaren Kupplraigsteil (14) gehaltene Hemmittel (30) aufweist,, die bei wenigstens teilweise eingerückten Kupplungesahnkrängen (4_S 16) eine relative Drehbewegung um die Kupplungsaehse herum, zwischen einem Hemmzustand_s in welchem wegen axialer Hemmbesiehung der Hemmittel zu den Verriegalungsniitteln eine Ausrückung der Kupplungszahnkränse verhindert wird_s und einem nicht-

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Hemmenden Zustand auszuführen vermögen, in welch letzterem wegen des Umstandes, daß sich die Hemmittel außerhalb axialer Hemmbeziehung zu den Verriegelungsmitteln befinden, eine Ausrückung der Kupplüngszahnkränze möglich ist.
2. Zahnkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsmittel einen Ring mit einem Verriegelungszahnkranz (29) aufweisen, daß ferner die Hemmmittel einen Ring mit einem Hemmzahnkranz (30) aufweisen und daß im Heiransustand die Zähne des Verriegelungs Zahnkranzes und diejenigen des Hemmzahnkranzes in Axialrichtung sich zumindestens unvollständig durchdecken, während im nichthemmenden Zustand diese beiden Zahnkränze ineinander einrücken können=
3. Zahnkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet _s daß die relative Drehbewegung der Verriegelungsmittel (29) und Hemmittel (30) im Sinne der Herstellung des Hemmzustandes unter der Wirkung von Federkraft (39) selbsttätig stattfindet _s wenn die Kupplungszahnkränze (4, I6) wenigstens teilweise ineinander eingerückt sind,
4. Zahnkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

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dadurch gekennzeichnet, daß die relative Drehbegrenzung der Vertfiegelungsmittel (29) und der Hemmittel (30) im Sinne der Herstellung des nichthemmenden Zustandes unter der Wirkung eines Druckmitteldruckes (12_S 36,--33» 32, 31, 38, 37) zustandekommt.
5. Zahnkupplung nach Anspruch 4_S dadurch gekennzeichnet, daß die relative Drehbewegung der Verriegelungsmittel (29) und der Hemmittel (30) im Sinne der Herstellung des nichthemmenden Zustandes selbsttätig stattfindet, wenn die Kupplung bei mindestens teilweise ineinander eingerückten Kupplungszahnkränzen (4, 16) eine bestimmte Drehzahl erreicht.

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