Selbstschaltende Synchronkupplung Die vorliegende Erfindung betrifft eine selbst schaltende Synchronkupplung mit einem ersten und einem dazu koaxial angeordneten zweiten Rota tionskupplungsglied, wobei das erste Glied mit Klauenkupplungszähnen versehen ist und das zweite Glied ein mit Kupplungszähnen versehenes Zwi schenglied aufweist, welches dazu bestimmt ist, be züglich dem zweiten Kupplungsglied schraubenförmig verschoben zu werden, um seine Zähne in oder ausser Volleingriff mit den Zähnen des ersten Glie des zu bringen. Die üblichsten bei solchen Kupp lungen zum Zwecke des Einrückens der Kupp lung verwendeten Mittel umfassen eine oder meh rere Sperrklinken, welche vom ersten Glied oder vom Zwischenglied getragen werden und deren Nasen sich im radialen Sinne bewegen.
Im über hol- oder Freilaufzustand der Kupplung ratschen die Nasen der Sperrklinken unter oder über den Vorsprüngen des Gliedes, das keine Sperrklinke trägt, wobei genannte Vorsprünge beispielsweise die Zähne des in Frage stehenden Gliedes sind. Wenn der Sinn der relativen Winkelbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Glied in der Richtung zur Bewirkung des Einkuppelns ist, so wird die Sperrklinke oder eine der Sperrklinken von einem der Vorsprünge erfasst, wodurch bewirkt wird, dass sich das Zwischenglied schraubenartig auf dem zweiten Glied bewegt, wodurch seine Zähne genau in Linie für ein sauberes Eingreifen mit den Zähnen am ersten Glied gebracht werden.
Eine Kupplung der oben beschriebenen Art arbeitet in der Praxis sehr gut, ausser bei hohen Winkelgeschwindigkeiten des Gliedes, das die Sperr klinken trägt. Bei hohen Winkelgeschwindigkeiten kann die Zentrifugalbelastung an den Drehzapfen der Sperrklinken derart sein, dass die Reibung zwi schen den Zapfen und den Sperrklinken letztere am freien Drehen auf ihren Zapfen verhindert und die Sperrklinken unwirksam werden, was zu einem Versagen des Mechanismus führt. Eine Kupplung dieser Art ist auch ungeeignet für Verwendung in Fällen, in denen die Kupplung genötigt ist, wäh rend langer Perioden im überholzustand mit rat schenden Sperrklinken zu arbeiten, im besonderen, wenn bei relativ hohen Drehzahlen beispielsweise sich die beiden Glieder in entgegengesetzten Dreh richtungen drehen.
Die erfindungsgemässe Synchronkupplung ist da durch gekennzeichnet, dass eines der beiden, das erste und das Zwischenglied bildenden Glieder ein Hilfsglied trägt, welches im Vergleich mit dem Zwischenglied eine geringere Massenträgheit auf weist und infolge Einrückens in das andere der beiden Glieder, das Einrücken der beiden Glieder in Zahneingriff einleitet, wobei federnde Mittel den Einrückvorgang zwischen dem Hilfsglied und dem andern Glied bei synchronem Lauf einleiten.
In den beiliegenden Zeichnungen sind einige Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dar gestellt.
Fig. 1, 3, 5, 6, 7 und 8 sind Halbaufrisse. im Längsschnitt verschiedener Ausführungsformen der Kupplung gemäss der Erfindung.
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einiger der Zähne der Klauenkupplungszähne und der Zähne eines Hilfsgliedes der in Fig. 1 gezeigten Kupplung, und Fig. 4 ist eine Schnittansicht nach der Linie IV-IV in Fig. 3.
In der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist das erste Glied 1 mit einem Kranz von Innen klauenkupplungszähnen 2 ausgebildet, und das zweite Glied ist eine Welle 3, welche koaxial zum ersten Glied 1 angeordnet und mit Schraubenkeil- nuten versehen ist. Das Zwischenglied 4 ist auf der Welle 3 gelagert und ist mit Innenkeilen ausge bildet, welche mit den Keilnuten an der Welle 3 in Eingriff stehen, wodurch das Zwischenglied 4 eine schraubenartige Bewegung auf der Welle 3 ausführen kann.
Das Zwischenglied 4 ist mit einem Kranz von Aussenklauenkupplungszähnen 5 ver sehen, die in Eingriff mit den Innenzähnen 2 des ersten Gliedes 1 .gebracht werden können. Eine Schraubenfeder 6 ist auf der Welle 3 zwischen dem Zwischenglied 4 und einem axialen Anschlag 7 an der Welle 3 vorgesehen, wobei die Feder 6 so an geordnet ist, dass sie das Zwischenglied 4 axial in der Richtung zur Erzielung des anfänglichen Eingriffes der Kupplung drückt.
Am Ende des Zwischengliedes 4, am nächsten zu den Zähnen 2 des ersten Gliedes 1, ist eine axiale Verlängerung 8 vorgesehen, welche mit geraden Keilnuten aus gebildet ist, und auf genannter Verlängerung 8 ist ein leichter, geringere Massenträgheit als das Zwi schenglied 4 aufweisender Ring 9 gelagert, der mit geraden, mit den Keilnuten genannter Verlängerung 8 zusammenwirkenden Innenkeilen ausgebildet ist, um dem Ring 9 eine axiale Bewegung in bezug auf das Zwischenglied 4 zu ermöglichen. Der Ring 9 weist einen radial auswärts vorspringenden Flansch auf, an welchem Klauenkupplungszähne 10 gleich und im wesentlichen in Linie mit den Klauenkupp- lungszähnen 5 des Zwischengliedes 4 gebildet sind.
In einer dem Ring 9 benachbarten Stirnfläche des Zwischengliedes 4 ist eine Ausnehmung gebildet, in der eine schwache Druckschraubenfeder 11 an geordnet ist> Im Überholzustand der Kupplung gleiten die glatten gehärteten Stirnflächen der am Flansch des Ringes 9 angeordneten Zähne 10 an den gleichartigen Innenzähnen 2 des ersten Gliedes 1 vorbei. Die genannten zusammenwirkenden Stirn flächen der Zähne 10 und 2 sind vorzugsweise flach oder mit einer geringfügigen Abfasung (Fig 2) aus gebildet und auf geeignete Weise geschmiert.
Die Richtung der Abfasung ist eine solche, dass sie jeder Neigung der beiden Sätze von Zähnen 2 und 10, unter der Wirkung der Feder 11 in Eingriff zu kommen, entgegenwirkt, wenn sie im überhol zustande sind.
Wenn Synchronismus zwischen dem ersten und zweiten Glied 1 und 3 erreicht ist und die Rich tung der relativen Drehung dazu neigt, umzukehren, so wird der Ring 9, der, wie erwähnt, eine relativ geringe Massenträgheit aufweist, unter der Wir kung der Feder 11 in der Ausnehmung im Zwischen glied 4 so bewegt, dass seine Zähne genügend mit den Innenzähnen des ersten Gliedes in Eingriff kom men, um eine Antriebsverbindung zwischen den Zähnen 10 und den Zähnen 2 im ersten Glied 1 zu bewirken, worauf das Zwischenglied 4, wel ches im Vergleich zum Ring 9 verhältnismässig schwer ist, infolge der relativen Drehbewe gung zwischen dem Zwischenglied 4 und dem zweiten Glied 3 den Schraubenkeilnuten des genannten zweiten Gliedes 3 entlang gezogen wird,
um die Aussenzähne 5 an genanntem Zwischenglied 4 in vollen Eingriff mit den Innenzähnen 2 genann ten ersten Gliedes 1 zu bringen.
In einer andern Ausführungsform der Erfin dung (Fig. 3 und 4), die eine Variante zur oben be schriebenen ist, ist der oben erwähnte Ring 9, an statt mit Keilnuten auf dem Zwischenglied 4 gelagert zu sein, mit einer zylindrischen Ausladung ausge bildet, die radial geschlitzt ist, um eine Vielzahl von in gleichmässigen Abständen angeordneten Zäh nen 12 zu bilden, die zwischen den Zahnwurzeln der Aussenzähne 5 am Zwischenglied 4 angeordnet sind und axial durch dieselben geführt werden. Die Feder 13, die bestrebt ist, den Ring 9 in Eingriff mit dem ersten Glied 1 zu bringen, ist in diesem Falle zwischen einer Mutter 14 am Zwischenglied 4 und den freien Enden der Zähne 12 am Ring 9 angeordnet und ist in der Form einer das Zwischen glied 4 umgebenden Schraubenfeder ausgebildet.
Die Wirkungsweise dieser Kupplung entspricht der Wirkungsweise der in Fig. 1 und 2 gezeigten Kupp lung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (Fig. 5) ist eine dünne ringförmige Federstahlscheibe 15 am ersten Glied 1 an der dem Zwischenglied 4 benachbarten Seite angeschraubt, wobei die Scheibe 15 mit Zähnen 16 versehen ist, welche radial ein wärts ausladen und der Form der Innenzähne 2 des ersten Gliedes 1 entsprechen und im wesent lichen mit den Innenzähnen 2 ausgefluchtet sind.
Die Zähne 16 an der ringförmigen Scheibe 15 sind in der Axialrichtung leicht federnd gekrümmt, näm lich gegen das Zwischenglied 4, welches durch eine schwache Feder 6, die die Welle 3 umgibt und zwischen dem Zwischenglied 4 und einem an der Welle 3 angeordneten Axialanschlag 7 angeordnet ist, gegen die Zähne 16 gedrückt wird. Während des überholens sind die Zähne 5 am Zwischen glied 4 in geschmeidigem Schmiegekontakt mit den Zähnen 16 an der ringförmigen Federstahlscheibe 15, so dass die Zähne 16 leicht gegen die Innen zähne 2 des ersten Gliedes 1 hin gedrückt werden.
Wenn das erste und das zweite Glied 1 resp. 3 im wesentlichen synchron laufen und der Sinn der rela tiven Drehung zwischen ihnen zum Umkehren neigt, so federn die Zähne 16 an der Scheibe 15 axial auswärts und greifen zwischen die Zähne 5 am Zwischenglied 4 ein, und als Folge genannter rela tiven Drehbewegung leiten sie eine Bewegung des Zwischengliedes 4 den Schraubenkeilnuten entlang gegen das erste Glied 1 ein, wobei die Bewegung des Zwischengliedes 4 in den vollen Eingriff mit dem ersten Glied 1 durch die Wirkung der Zähne 2 des ersten Gliedes 1 auf die Zähne 5 des Zwischen gliedes 4 sichergestellt wird.
Es versteht sich, dass, wie in den vorangehenden Ausführungsformen, der anfängliche Eingriff durch Teile, nämlich die Feder stahlzähne 16, an der ringförmigen Scheibe 15, be wirkt wird, die im Vergleich zu der Massenträg- heit des relativ schweren Zwischengliedes 4 eine sehr geringe Massenträgheit aufweist.
Bei einer in Fig.6 dargestellten Variante der Kupplung von Fig. 5 ist eine aussenverzahnte Feder stahlscheibe 17 am dem ersten Glied am nächsten liegenden Ende des Zwischengliedes 4 befestigt. Die Aussenzähne 18 der ringförmigen Scheibe 17 ent sprechen in der Form den Zähnen 5 am Zwischen glied 4 und sind im wesentlichen mit den Zähnen 5 aasgefluchtet und in der Axialrichtung, das heisst in Richtung des ersten Gliedes 1, leicht federnd aus wärts gekrümmt.
In jeder andern Hinsicht entspricht die Konstruktion derjenigen von Fig. 5, und die Wirkungsweise ist ebenfalls die gleiche, indem der anfängliche Eingriff zwischen den Innenzähnen 2 des ersten Gliedes 1 und den Zähnen 18 an der ringförmigen Scheibe 17 stattfindet, welch letztere Zähne 18 während des Überholvorganges zufolge der Wirkung der zwischen dem Zwischenglied 4 und dem Axialanschlag 7 angeordnete Schraubenfeder 6 leicht gegen das Zwischenglied 4 hin gedrückt wer den.
In den beiden letztbeschriebenen zwei Ausfüh rungsformen der Erfindung (Fig. 5 und 6) können die Zähne an der ringförmigen Scheibe ganz gering fügig schräggestellt oder verdreht sein, wobei die Richtung der Schrägstellung eine solche ist, dass wäh rend des Überholvorganges dem Eingreifen der Zähne an der Scheibe mit den damit zusammen arbeitenden Zähnen entgegengewirkt wird.
Fig.7 zeigt eine Kupplung, die ein Hilfsglied aufweist, welches, anstatt in bezug auf das Zwischen glied axial beweglich zu sein, gezwungen ist, in bezug auf das Zwischenglied eine beschränkte Schraubbewegung auszuführen, so dass der anfäng liche Eingriff der Zähne des Hilfsgliedes mit den damit zusammenwirkenden Klauenkupplungszähnen 2 von einer Schraubbewegung der Zähne des Hilfs gliedes in den weiteren Eingriff mit genannten zu sammenwirkenden Klauenkupplungszähnen gefolgt ist.
Gemäss Fig. 7 ist das Zwischenglied 4 mit Aussen schraubkeilnuten 24 ausgebildet, welche die gleiche Gangrichtung wie die Keilnuten an der Welle 3 aufweisen und welche die gleiche Ganghöhe oder eine andere Ganghöhe haben können. Das Hilfs- glied weist die Gestalt eines Ringes 25 von im Vergleich zum Zwischenglied 4 geringerer Massen trägheit auf und ist mit Innenschraubkeilen ausge bildet, welche mit genannten Aussenschraubkeilnuten 24 am Zwischenglied 4 zusammenarbeiten, so dass der Ring 25 gezwungen ist, sich auf dem Zwischen glied 4 schraubenartig zu bewegen.
Der Ring 25 ist mit einem Satz Klauenkupplungszähnen 26 aus gebildet, die mit den Innenklauenkupplungszähnen 2 des ersten Gliedes 1 in Eingriff gebracht wer den können. Eine schwache Feder 27 ist für ela stisches Drücken des leichten Hilfsgliedes 25 in der Richtung gegen das erste Glied 1 und ein Anschlag 28 für die Begrenzung der Axialbewegung des Hilfsgliedes 25 vorgesehen.
Im Betrieb und unter der Annahme, dass der Sinn der relativen Drehung des Kupplungsgliedes 1 und der Welle 3 ein solcher ist, um ein Ausrücken der Kupplung zu ergeben, befinden sich die Zähne 26 am Hilfsglied 25 unter der Wirkung der Feder 27 in leichtem Schmiegekontakt mit den Innen zähnen 2 des Kupplungsgliedes 1.
Wenn die relative Drehung umgekehrt wird, so ist die erste Auswir kung davon, dass im Moment nach Erreichung von Synchronismus die Zähne 26 des Hilfsgliedes 25 durch die Feder 27 in teilweisen Eingriff mit den Innenklauenkupplungszähnen 2 geschoben werden und, wenn die relative Drehung im neuen Drehsinn andauert, wird dann das Hilfsglied 25 dem Zwi schenglied 4 entlang geschraubt, bis sich seine Zähne 26 in vollem Eingriff mit den Innenklauen kupplungszähnen 2 befinden und die weitere Schraub bewegung des Hilfsgliedes 25 dem Zwischenglied 4 entlang durch den Axialanschlag 28 verhindert wird.
Die Zähne 26 am Hilfsglied 25 sind nun mit den Zähnen am Zwischenglied 4 axial aasgefluchtet. Fortgesetzte relative Drehung des Gliedes 1 und der Welle 3 im neuen Drehsinn bewirkt, dass das Zwischenglied 4 der Welle entlang geschraubt wird, damit seine Zähne 5 mit den Zähnen 2 des Kupp lungsgliedes 1 in Kupplungseingriff gebracht werden, wobei diese Bewegung des Zwischengliedes 4 zur Folge hat, dass sich das Hilfsglied 25 axial bewegt, bis, wenn die Zähne des Zwischengliedes 4 mit den Zähnen 2 des Kupplungsgliedes 1 in vollem Ein griff stehen, die Zähne 26 des, Hilfsgliedes 25 von den Zähnen 2 ausgerückt worden sind.
Weitere Axial bewegung des Zwischengliedes 4 wird durch einen Anschlag 30 verhindert, und das Glied 1 und die Welle 3 sind nun für übertragung des Drehmomen tes vom Glied 1 durch das- Zwischenglied 4 auf die Welle 3 zusammengekuppelt.
Wenn der Sinn der relativen Drehung wieder umgekehrt wird, so schraubt sich das Zwischen glied 4 entlang der Welle 3 zurück, wobei seine Zähne 5 ausser Eingriff mit den Zähnen 2 und die Zähne 26 des Hilfsgliedes 25 in Eingriff mit den Zähnen 2 gebracht werden; wenn die Axialbewe- gung des Zwischengliedes durch den Anschlag 31 zum Stillstand gebracht wird, so wird das Hilfsglied 25 dem Zwischenglied 4 entlang geschraubt, wobei die Feder 27 zusamengedrückt wird und die Zähne 26 ausser Eingriff mit den Zähnen 2 in eine Axial stellung bewegt werden, in der ein leichter Schmiege kontakt zwischen den Zähnen 26 und 2 von neuem stattfindet.
Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform der in Fig.7 gezeigten Art von Kupplung, welche mit einem zusätzlichen Merkmal versehen ist, nämlich einem am Kupplungszahnkranz 1 befestigten Ge häuse 32, das ein ringförmiges Reservoir bildet, um einen Ring von durch einen Einlasskanal 32 in der Welle 33 zugeführtem Schmieröl aufrechtzuer halten.
Der Ölring übt während des Überholvor ganges eine tangentiale Schleppkraft auf das Hilfs- kupplungsglied 25, das auf den Schraubkeilnuten 24 gelagert ist, aus und demzufolge wirkt die Schlepp kraft der Feder 27 entgegen und verringert den leichten Schmiegekontakt zwischen den Kupplungs zähnen 2 und den Zähnen 26, wenn eine relative Drehung zwischen genannten Kupplungszähnen be steht.
Die Schleppkraft verschwindet, wenn die rela tive Geschwindigkeit auf Null fällt, wenn also Gleich lauf der Kupplungsglieder erreicht ist, und demzu folge ist die Feder 27 dann zur Einleitung des Eingriffes zwischen den Zähnen 26 und 2 voll wirksam. Eine vorteilhafte Eigenschaft der tangen- tialen Schleppkraft, die von dem sich aus der Kon struktion in Fig. 8 ergebenden Ring von Schmier öl herrührt, besteht darin, dass bei hohen relativen Drehgeschwindigkeiten das Hilfsglied 25 entgegen dem Druck der schwachen Feder 27 aus dem Schmiegekontakt mit den Kupplungszähnen 2 be wegt.
Diese Eigenschaft kann auch auf die andern hier abgebildeten Kupplungskonstruktionen als Mittel zur Verringerung oder Aufhebung des Schmiegekontaktes zwischen den Kupplungszähnen bei hohen relativen Geschwindigkeiten angewandt werden.