DE4121631A1 - Bei ueberlast abschaltende kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung mit einer Kupplungs­ nabe und einer auf dieser drehbar aufgenommenen Kupplungs­ hülse, mit zwischen Kupplungsnabe und Kupplungshülse ange­ ordneten Sperrklinken, die in Ausnehmungen der Kupplungs­ nabe in Abschaltposition eintauchen und in Drehmomentüber­ tragungsposition mit einem Ende an einer Stützfläche der Ausnehmung der Kupplungsnabe und mit ihrem anderen Ende in Anlage zu einer gegenüberliegenden Stützfläche einer Aus­ nehmung der Kupplungshülse ausgeschwenkt gehalten sind.

Eine derartige Kupplung ist beispielsweise aus der DE 35 28 591 C2 bekannt. Sie wird als schaltbarer Klinkenfrei­ lauf eingesetzt. Neben der Freilauffunktion ist also, eine Abschaltung möglich. Diese Abschaltung wird durch eine externe Steuerung bewirkt. Mit Sperrklinken zur Drehmo­ mentübertragung arbeitende Kupplungen haben sich wegen ihrer Robustheit bewährt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung vorzuschlagen, die unter Verwendung von Sperrklinken zur Drehmomentübertragung als bei Überlast abschaltende Kupp­ lung ausgebildet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kupplungsnabe das treibende Teil darstellt, daß die Sperr­ klinken seitlich mit Schaltflächen versehen sind, die, im Längsschnitt der Kupplung gesehen, mit einer Neigungskom­ ponente verlaufen, die die Drehachse der Kupplung im Be­ reich der axialen Ausdehnung der Sperrklinken schneiden, daß die Sperrklinken mit ihren Schaltflächen an gleichge­ richtet verlaufenden Schaltflächen von seitlich angeord­ neten Schaltringen beaufschlagt sind, wobei mindestens einer der Schaltringe in Achsrichtung zu den Sperrklinken hin federbeaufschlagt ist, und daß die Stützfläche der Sperrklinken und die Stützfläche der Kupplungshülse, im Querschnitt der Kupplung gesehen, gegengleich ausgebildet sind und eine die Drehachse enthaltende, Längsschnittebene so schneiden, daß bei Überschreitung des vorbestimmten Drehmomentes die Sperrklinken außer Anlage zu der Stütz­ fläche der Kupplungshülse bewegt werden.

Von Vorteil bei dieser Ausbildung ist, daß aufgrund der Verwendung der Sperrklinken keine Kraftumlenkung erfolgt. Das heißt, es wird eine unmittelbare Übertragung zwischen der Kupplungsnabe und der Kupplungshülse durch die Sperr­ klinken ermöglicht. Da die Sperrklinken schwenken, ist der Reibverlust relativ gering. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Schalteffekt durch die axiale Vorspannung erzielt wird. Schließlich bildet die Anordnung der Sperr­ klinken die Möglichkeit, den Innenraum der Kupplungsnabe von Bauteilen freizuhalten, die für die Kupplungsfunktion von Bedeutung sind, damit die Habe beispielsweise auf einen Antriebszapfen aufgeschoben werden kann. Hieraus ergibt sich eine relativ kurze Bauweise der Überlastkupp­ lung.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schaltflächen jeweils von zwei Teilflächen mit unterschiedlichen Neigungskomponenten gebildet sind, wobei der Neigungswinkel der der Drehachse naheliegenden ersten Teilfläche der Sperrklinke zur Drehachse größer ist, als der der Drehachse entfernten zweiten Teilfläche und der Neigungswinkel der ersten Teilfläche der Schaltringe größenmäßig dem der zweiten Teilfläche der Sperrklinke und der der zweiten Teilfläche der Schaltringe dem der ersten Teilfläche der Sperrklinke entspricht.

Dabei ist bevorzugt der Neigungswinkel der ersten Teil­ fläche des Schaltringes zwischen 20° und 60° ausgebildet.

Von Vorteil bei dieser Ausbildung ist, daß im ersten Teil des Schaltweges die volle Kraft wirksam ist, um die Sperr­ klinken in der Drehmomentübertragungsposition zu halten. Beim Überschreiten des eingestellten Drehmomentes erfolgt ein Verschwenken der Sperrklinken, wobei die zweite Schaltfläche der Sperrklinken mit der ersten Schaltfläche der Schaltringe in Anlage kommt. Da diese mit einem größeren Neigungswinkel verlaufen, als die ersten Teil­ flächen der Sperrklinken, reduziert sich die nach außen gerichtete Kraft und damit auch die Schaltkraft, die er­ forderlich ist, um die Sperrklinken weitestgehend reibarm in der Abschaltposition zu halten. Es wird nur eine solche Kraft größenmäßig durch Festlegung der Winkelverhältnisse der Schaltflächen für den Abschaltzustand gewählt, die ausreicht, um bei Stillstand von Kupplungsnabe und Kupp­ lungshülse einander gegenüber ein Wiedereinschalten der Kupplung durch Ausschwenken der Sperrklinken in die Aus­ nehmungen der Kupplungshülse erreichen zu können.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgeschlagen, daß die den Schaltringen zugehörigen Schaltflächen oder Teilflächen als Außenkegelflächen ausgebildet sind, wobei die Kegel­ achse auf der Drehachse liegt.

Für die Erzielung des Schalteffektes ist es erforderlich, einen der beiden Schaltringe verschiebbar anzuordnen. Der andere Schaltring kann ortsfest gehalten werden. Vorzugs­ weise ist der verschiebbare Schaltring der Kupplungsnabe zugeordnet. Es ist auch möglich, beide Schaltringe ver­ schiebbar an der Kupplungsnabe anzuordnen.

Um die Kupplungsnabe auf einem Zapfen aufnehmen zu können ist vorgeschlagen, daß der verschiebbare Schaltring auf einem Ansatz der Kupplungsnabe geführt ist und von einer Feder beaufschlagt ist, die mit ihrem anderen Ende an einem an der Kupplungsnabe befestigten Stützring abge­ stützt ist.

Soll die Kupplung nur dazu geeignet sein, als Überlast­ kupplung zu wirken, ist in weiterer Ausgestaltung vorge­ schlagen, daß die Sperrklinken und die Ausnehmung in der Kupplungshülse mit eine schnellere Rotation der Kupplungs­ hülse gegenüber der Kupplungsnabe verhindernden Anschlägen versehen sind, die der Stützfläche der Ausnehmung in der Kupplungshülse entgegengerichtet sind.

Für den Fall, daß diese Anschläge nicht vorgesehen sind, ist auch eine Überholfunktion verwirklichbar.

Anstelle der Schaltflächen mit zwei, mit unterschiedlicher Neigung verlaufenden Schaltflächen auszustatten, ist es auch möglich, eine kurvenförmige Gestaltung zu wählen, das heißt, es sind keine Übergangskanten vorhanden. Die Neigungsverhältnisse ändern sich über den Verlauf.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 einen Halblängsschnitt einer erfindungsge­ mäßen Kupplung im eingeschalteten Zustand,

Fig. 2 einen Schnitt 2-2 gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Detail Z gemäß Fig. 2 im vergrößerten Maßstab, bei eingeschalteter Kupplung,

Fig. 4 ein vergrößertes Detail Y gemäß Fig. 1,

Fig. 5 die Kupplung im Halblängsschnitt im abge­ schalteten Zustand,

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung bezüglich des Details Z, jedoch bei im abgeschalteten Zu­ stand befindlicher Kupplung, und

Fig. 7 das Detail Y im vergrößerten Maßstab, ver­ gleichbar zu Fig. 4 bei im abgeschalteten Zustand befindlicher Kupplung.

Die in den Zeichnungsfiguren 1 bis 7 dargestellte Kupplung 1 weist eine Kupplungsnabe 2 auf, auf der eine Kupplungs­ hülse 3 drehbar aufgenommen ist. Die Kupplungshülse 3 besitzt einen Flansch 4, der über ein Lager 6 auf dem Lagersitz 5 der Kupplungsnabe 2 drehbar aufgenommen ist. Beide Teile sind um die Drehachse 7 drehbar angeordnet. Die Kupplungsnabe 2 weist in Ihrer Außenfläche sich parallel zur Drehachse 7 erstreckende Ausnehmungen 8 auf, die eine Stützfläche 9 für eine Sperrklinke 10 besitzen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind insgesamt drei solcher Ausnehmungen 8 auf dem Umfang der Kupplungsnabe 2 verteilt angeordnet. Die Stützflächen 9 stellen die in Drehrichtung gemäß Pfeil N hintere Fläche der Ausnehmung 8 dar. In den Ausnehmungen 8 sind Sperrklinken 10 schwenkbar aufge­ nommen. Die Sperrklinke 10 weist eine erste Stützfläche 11 auf, die in Anlage zur Stützfläche 9 der Kupplungsnabe 2 ist. Das andere Ende der Sperrklinke 10 ist mit einer zweiten Stützfläche 12 versehen, die bei Drehmomentüber­ tragungsposition in Anlage zu einer gegengleich ausgebil­ deten Stützfläche 14 in der Ausnehmung 13 der Kupplungs­ hülse 3 ist. Die Stützfläche 14 erstreckt sich entlang der Kupplungshülse 3 parallel zur Drehachse 7, ist jedoch, wie im Querschnitt und insbesondere in den Fig. 3 und 6 zu sehen, so geneigt, daß sie eine in die Zeichenebene hinein verlaufende Längsschnittebene so schneidet, daß bei Über­ schreitung des vorbestimmten Drehmomentes die Sperrklinken 10 in die Ausnehmungen 8 der Kupplungsnabe 2 eine Abschal­ tung bewirkend hineintauchen. Darüber hinaus weist die Ausnehmung 13 der Stützfläche 14 gegenüberliegend eine Anschlagfläche 15 auf, an der in Drehmomentübertragungspo­ sition der Sperrklinken 10 eine entsprechende Anschlag­ fläche 16 der Sperrklinke 10 zur Anlage kommt. Alle Sperr­ klinken 10 werden über Schaltringe 20, 21 in Richtung auf die Drehmomentübertragungsposition hin beaufschlagt. Hier­ zu weisen die Sperrklinken 10 und die Schaltringe 20, 21 an ihren aneinander in Anlage befindlichen Schaltflächen 17, 22 auf. Diese Schaltflächen 17, 22 können, wie aus den Fig. 1 und 5 ersichtlich, einen annähernd kurvenför­ migen Verlauf besitzen. Dabei schneiden die Tangenten an die Kurve der Schaltfläche 22 der Sperrklinken 10 jeweils mit Neigungswinkeln die Drehachse der Kupplung 1, die zur Drehachse 7 hin abnehmen. Bei den Schaltflächen 22, den Schaltringen 20, 21 ist der Verlauf umgekehrt. Aus den Fig. 4 und 7 ist eine Gestaltung der Schaltflächen 17 bezüglich ihrer Anordnung und ihres Verlaufes im ver­ größerten Maßstab dargestellt, wobei nicht ein kurven­ förmiger Verlauf gewählt ist, sondern zwei Teilflächen 18, 19 bzw. 23, 24 an den Klinken 10 und den Schaltringen (20, 21) vorgesehen sind.

Einer der Schaltringe, nämlich der Schaltring 20 ist orts­ fest angeordnet. Er befindet sich axial zwischen der einen Stirnfläche der Kupplungsnabe 2 und dem Lager 6. Seine Schaltfläche 22 beaufschlagt die gegenüberliegende und als Schaltfläche 17 gestaltete Stirnfläche der zugehörigen Sperrklinken 10. Der andere Schaltring 21 ist auf einem Ansatz 23 der Kupplungsnabe 2 verschiebbar angeordnet und gegen eine Feder 26 abgestützt. Die Feder 26 wiederum stützt sich gegen einen Stützring 27 ab, der ortsfest auf dem Ansatz 25 der Kupplungsnabe 2 festgelegt ist. Der Stützring 27 ist mit einer Gewindebohrung versehen, die auf einem entsprechenden Gewinde des Ansatzes 25 einstell­ bar aufgenommen ist, um die Vorspannung einzuregeln. Be­ vorzugt ist die Feder 26 als Tellerfeder gestaltet. An seiner den Sperrklinken 10 zugewandten Fläche ist der Schaltring 21 ebenfalls mit einer Schaltfläche 22 ver­ sehen, die in Anlage zur Schaltfläche 17 der gegenüber­ liegenden Sperrklinken 10 ist.

In der Drehmomentübertragungsposition ist die erste Teil­ fläche 18 der Schaltfläche 17 der Sperrklinke 10 in Anlage zu der zweiten Teilfläche 22 der Schaltfläche 20 des an­ liegenden Schaltringes 20 bzw. 21, von denen nur einer dargestellt ist. Die erste Teilfläche 18 der Schaltfläche 17 der Sperrklinken 10 und die zweite Teilfläche 22 der Schaltfläche 22 der Schaltringe 20, 21 verlaufen mit einem Neigungswinkel geringerer Größe als die beiden Teilflächen 19, 21 von Sperrklinke 10 bzw. Schaltring 21. Hierdurch ist gewährleistet, daß während der Drehmomentübertragungspo­ sition eine genügend große Kraft aufgebracht wird, um die Abstützung für das Drehmoment in Zusammenwirken mit der Größe der schrägen Stützfläche 14 der Kupplungshülse 3 zu gewährleisten. Wird dieses Drehmoment überschritten, so tritt eine radiale Relativbewegung zwischen den beiden Teilflächen 18, 22 ein, wobei der verschiebbare Schaltring 21 gegen die Kraft der Feder 24 in Richtung auf den Stütz­ ring 27 verschoben wird. Gleichzeitig schwenken die Sperr­ klinken 10 von der Drehmomentübertragungsposition um den durch die Stützflächen 11, 16 bestimmten Schwenkmittel­ punkt in Richtung auf die Ausnehmung 8 zu, in die abge­ schaltete Position, wie sie in Fig. 5 bis 7 dargestellt ist. Dabei gelangen die beiden mit einem größeren Nei­ gungswinkel angeordneten Teilflächen 19 und 23 der Sperr­ klinken 10 und Schaltringe 20, 21 in Anlage zueinander. Infolge des relativen Verschwenkens der Sperrklinken 10 gegenüber der Kupplungsnabe 2 und den damit verbundenen Schaltringen 20, 21, verändert sich auch die Lage des Anlagepunktes der Schaltflächen 17 und 20 einander gegen­ über. Dabei wird auch die Kraft, die für die Bewegung der Sperrklinken 10 über die Stützflächen 14 und 12 auszuüben ist, geringer. Es wird ein leichteres Überführen in die abgeschaltete Position ermöglicht, da der Hebelarm zwischen den Anlagepunkten der beiden Schaltflächen 171, 22 zu den Abstützflächen 9, 11 geringer wird. Da zusätzlich die Neigungsverhältnisse günstiger werden, das heißt, eine geringere Kraft zur Verstellung des Schaltringes 21 be­ nötigt wird, wird ein einwandfreies Überführen und auch Halten der Sperrklinken 10 in der abgeschalteten Position ermöglicht. Es bleibt nur eine geringe Kraft zum Wieder­ einschalten erhalten.

Schließlich ist die Kupplungsnabe 2 noch mit einer Bohrung 29 versehen, die verzahnt ist und zum Aufstecken auf eine Antriebswelle dient. Der Flansch 4 der Kupplungshülse kann zur Befestigung an einem anzutreibenden Wellenteil oder Maschinenteil ausgebildet sein. Ferner ist eine Abdeckung 28 vorhanden, die den Freiraum zwischen der Kupplungshülse 3 und der Kupplungsnabe 2 überbrückt.

Bezugszeichenliste

 1 Kupplung
 2 Kupplungsnabe
 3 Kupplungshülse
 4 Flansch der Kupplungshüse
 5 Lagersitz der Kupplungsnabe
 6 Lager
 7 Drehachse
 8 Ausnehmung in Kupplungsnabe
 9 Stützfläche der Kupplungsnabe
10 Sperrklinke
11 erste Stützfläche der Sperrklinke (zur Nabe hin)
12 zweite Stützfläche der Sperrklinke (zur Hülse hin)
13 Ausnehmung in Kupplungshülse
14 Stützfläche der Kupplungshülse
15 Anschlagfläche in Kupplungshülse
16 Anschlagfläche an Sperrklinke
17 Schaltfläche der Sperrklinke
18 erste Teilfläche der Sperrklinkenschaltfläche
19 zweite Teilfläche der Sperrklinkenschaltfläche
20, 21 Schaltring
22 Schaltfläche des Schaltringes
23 erste Teilfläche der Schaltfläche
24 zweite Teilfläche der Schaltfläche
25 Ansatz der Kupplungsnabe
26 Feder
27 Stützring
28 Abdeckung
29 Bohrung in Kupplungsnabe
N Drehrichtung

Claims (7)

1. Kupplung mit einer Kupplungsnabe und einer auf dieser drehbar aufgenommenen Kupplungshülse, mit zwischen Kupplungsnabe und Kupplungshülse angeordneten Sperr­ klinken, die in Ausnehmungen der Kupplungsnabe in Abschaltposition eintauchen und in Drehmomentübertra­ gungsposition mit einem Ende an einer Stützfläche der Ausnehmung der Kupplungsnabe und mit ihrem anderen Ende in Anlage zu einer gegenüberliegenden Stützfläche einer Ausnehmung der Kupplungshülse ausgeschwenkt gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsnabe (2) das treibende Teil dar­ stellt, daß die Sperrklinken (10) seitlich mit Schalt­ flächen (17) versehen sind, die, im Längsschnitt der Kupplung (1) gesehen, mit einer Neigungskomponente verlaufen, die die Drehachse (7) der Kupplung (1) im Bereich der axialen Ausdehnung der Sperrklinken (10) schneiden, daß die Sperrklinken (10) mit ihren Schalt­ flächen (17) an gleichgerichtet verlaufenden Schalt­ flächen (22) von seitlich angeordneten Schaltringen (20, 21) beaufschlagt sind, wobei mindestens einer der Schaltringe (21) in Achsrichtung zu den Sperrklinken (10) hin federbeaufschlagt ist, und daß die Stütz­ fläche (12) der Sperrklinken (10) und die Stütz­ fläche (14) der Kupplungshülse (3), im Querschnitt der Kupplung (1) gesehen, gegengleich ausgebildet sind und eine die Drehachse (7) enthaltende Längsschnittebene so schneiden, daß bei Überschreitung des vorbestimmten Drehmomentes die Sperrklinken (10) außer Anlage zu der Stützfläche (14) der Kupplungshülse (3) bewegt werden.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltflächen (17, 22) jeweils von zwei Teil­ flächen (18, 19; 23, 24) mit unterschiedlichen Neigungs­ komponenten gebildet sind, wobei der Neigungswinkel der der Drehachse (7) naheliegenden ersten Teilfläche (18) der Sperrklinke (10) zur Drehachse größer ist, als der der Drehachse (7) entfernten zweiten Teil­ fläche (19) und der Neigungswinkel der ersten Teil­ fläche (23) der Schaltringe (20, 21) größenmäßig dem der zweiten Teilfläche (19) der Sperrklinke (10) und der der zweiten Teilfläche (24) der Schaltringe (20, 21) dem der ersten Teilfläche (18) der Sperrklinke (10) entspricht.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der ersten Teilfläche (23) der Schaltringe (20, 21) zwischen 20° und 60° beträgt.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schaltringen (20, 21) zugehörigen Schalt­ flächen (22) oder Teilflächen (23, 24) als Außenkegel­ flächen ausgebildet sind, wobei die Kegelachse auf der Drehachse (7) liegt.

5. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Schaltringe (20) ortfest und der andere Schaltring (21) verschiebbar an der Kupplungsnabe (2) gehalten ist.

6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Schaltring (21) auf einem Ansatz (25) der Kupplungsnabe (2) geführt ist und von einer Feder (26) beaufschlagt ist, die mit ihrem anderen Ende an einem an der Kupplungsnabe (2) befestigten Stützring (27) abgestützt ist.

7. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrklinken (10) und die Ausnehmung (13) in der Kupplungshülse (3) mit eine schnellere Rotation der Kupplungshülse (3) gegenüber der Kupplungsnabe (2) verhindernden Anschlägen (15, 16) versehen sind, die der Stützfläche (14) der Ausnehmung (13) in der Kupp­ lungshülse (3) entgegengerichtet sind.