DE4427681A1 - Hirth-Verzahnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine formschlüssige, schaltbare Kupplung koaxialer, im wesentlichen drehsymmetrischer Ele­ mente 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-A 14 25 333 bekannt und dient dazu, die beiden koaxialen Elemente, im gegebenen Fall Wellen, auch im Stillstand Einkuppeln zu können. Dazu ist vorgesehen, daß die beiden entlang eines Teilkreises in Hülse und Kranz geteilten, eine Stirnverzahnung tragenden Elemente drehfest, aber axial zueinander verschieblich angeordnet sind. Ihre Stirnverzahnungen sind um eine halbe Zahnteilung versetzt, so daß beim Einrücken eines der beiden Elemente eingreift und das andere axial weggeschoben wird.

Es werden allgemein Kupplungen nach verschiedenen Kriterien unterschieden: formschlüssige und kraftschlüssige, schalt­ bare und nicht schaltbare, etc . . Formschlüssige Kupplungen sind beispielsweise stirnverzahnte Kupplungen, die Ver­ zahnungen 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 Lexokon 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 ver­ schieblich, um beim Zusammenbau bzw. dem Zerlegen der Vor­ richtung mit dem ihm entgegenstehenden Element in Wirkver­ bindung 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, drehfest oder drehbar ange­ ordnet zu haben (schaltbare Kupplung). Bei diesen Anwen­ dungsgebieten 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 Kon­ struktion, 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 punktuel­ len 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 zwi­ schen dem Rad und der Welle erfolgen muß und daher eine zentrale Bohrung in der Welle erfordert, in der eine Betä­ tigungsvorrichtung sitzt.

Üblicherweise verwendet man daher fest auf der Welle sit­ zende Elemente (Zahnräder), die ihrerseits mit dem An- bzw. Abtrieb lösbar, beispielsweise ausrückbar, verbunden sind. Es werden zwar dadurch die oben geschilderten Probleme ver­ mieden, doch sind die so geschaffenen Vorrichtungen volumi­ nös und benötigen eigene Kupplungen und deren Betätigungs­ vorrichtungen. Im Falle der Ausrückbarkeit müssen entspre­ chende Schwenklager und Betätigungsvorrichtungen geschaffen werden.

Es ist somit das Ziel der Erfindung, die Nachteile der vor­ bekannten 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.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die Hülse und der Kranz bei ausgerückter Kupplung relativ zueinander rotierbar angeordnet sind.

Dies bedeutet, daß die beiden koaxial und im gleichen axia­ len Bereich angeordneten, einander entlang des Teilzylinders berührenden Teile über die frontal gegenüberstehende Hirth- Verzahnung miteinander 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.

Es ist selbstverständlich auch möglich, eines dieser beiden Elemente in axialer Richtung aus dem Eingriff der Hirth- Verzahnung zu bringen und damit das andere Element frei zu geben, sofern das gegenüberstehende Element für sich dreh­ frei ist.

Es ist bei verschiedenen Verwendungszwecken möglich, ver­ schiedene Zustände der Vorrichtung, in denen eine derartige Verbindung eingebaut ist, dadurch zu berücksichtigen, daß zwei oder alle drei der Elemente axial verschieblich ange­ ordnet sind, so daß eine rotative Kupplung der einzelnen Elemente untereinander nur bei genau festgelegten Zuständen erfolgt.

Die Erfindung wird an Hand eines Türantriebes näher erläu­ tert. Dabei zeigt die einzige Zeichnung einen Schnitt durch ein Türbaumrohr, dessen Verdrehung über ein Schneckenge­ triebe erfolgt.

In der Figur ist eine Welle 1 dargestellt, auf der eine Hülse 2, beispielsweise mittels eines Keiles 3, drehfest 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 Rad­ kranz 4 ist um die Hülse 2 an sich frei drehbar.

Die Hülse 2 und der Radkranz 4 weisen an dem in der Zeich­ nung unteren axialen Ende eine Hirth-Verzahnung 7′ auf, die mit einer dazu kongruenten Hirth-Verzahnung 7′′ einer Gegen­ platte 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 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 Öff­ nungsmöglichkeit beim Ausfall des Antriebes vorzusehen. Da der Schneckenantrieb selbsthemmend oder zumindest extrem schwergängig ist, ist es notwendig, die Wirkverbindung zwi­ schen 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 Gegenplatte 6 eine Relativverdrehung zwischen diesen beiden Elementen erfolgt, die notwendig ist, da die Gegenplatte 6 bei ausgefallenem Antrieb und somit blockier­ ter 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 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 Ver­ drehbarkeit 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.

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 An- oder Abtriebes in Verbindung zu bringen und statt oder auch zusätzlich zur Gegenplatte entweder den Radkranz oder die Hülse axial verschieblich auszuführen, um eine Drehverbin­ dung in Abhängigkeit von mehr als einer Bedingung zu schaf­ fen bzw. zu lösen.

Daß das Ein- und Ausrücken nicht händisch erfolgen muß, versteht sich von selbst, es kann insbesonders bei Anwen­ dungsgebieten, bei denen höhere Drehzahlen auftreten, vor­ teilhaft 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 insbesonders dann ergreifen, wenn ein Schalten nicht nur, wie im dargestellten Ausführungs­ beispiel, bei einer Notbetätigung, somit händisch und mit geringer Kraft und geringer Geschwindigkeit erfolgt, sondern unter Last und bei merklichen Drehzahlen. Unter "Synchronring" wird jede Einrichtung 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, unter­ schiedlich 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 vorzuse­ hen, was ebenfalls vom Fachmann in Kenntnis der Erfindung und des Anwendungsgebietes unter Berücksichtigung der auf­ tretenden Relativdrehzahlen und Belastungen leicht bestimm- und auswählbar ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung wird man eine axiale Bewegung zwischen der Hülse 2 und dem Rad­ kranz 4 möglichst vermeiden oder entsprechende axial beweg­ liche Lager vorsehen.

Schließlich ist es auch denkbar, den Radkranz 4 als Hülse auszubilden und radial außerhalb einen Radkranz vorzusehen, so daß drei umeinander verdrehbare Elemente der Gegenplatte 6 gegenüberstehen und getrennt ein- bzw. auskuppelbar sind.

Zu guter Letzt muß die Stirnverzahnung keine Hirth-Verzah­ nung sein, sondern kann alle für das ins Auge gefaßte Anwendungsgebiet möglichen Formen annehmen, was für den Fachmann in Kenntnis der Erfindung leicht durchführbar ist.

Claims (4)

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 Verzahnungs­ teilebene weg verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) und der Kranz (4) bei ausgerückter Kupplung relativ zueinander rotierbar angeordnet sind.

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. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den geteilten Elementen (2, 4) Wälzlager vorgesehen sind.

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.