Kupplungsvorrichtung mit elektromagnetisch zu betätigender Klauenkupplung Die Erfindung betrifft Kupplungsvorrichtungen mit elektromagnetisch zu betätigender Klauenkupp- lung, insbesondere Ganaschaltkupplungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge und Schienentriebwagen.
Die elektromagnetisch geschaltete Klauenkupp- lung hat gegenüber der Lamellenkupplung den Vor zug, dass sie zur Obertragung grosser Drehmomente geeignet ist und dabei verhältnismässig geringe elektro magnetische Einschalt- und Haltekräfte benötigt.
Für das Einrücken der Klauenkupplunashälften wird je nach der Neigung der Klauenflanken eine gewisse Zeit benötigt, die vergeht, bis die beiden zu kuppelnden Hälften angenähert gleiche Drehzahl besitzen, so dass der Eingriff der Klauen erfolgen kann. Der Einriff kann auch beschleunigt werden durch entsprechende Erhöhung des Anpressdruckes. Dabei wird jedoch der Eingriffsstoss auf die Kupp lungszähne erhöht.
Es sind von Hand betätigte Klauenkupplungen mit voreinschaltbarer, zum Synchronisieren dienender Mehrscheibenkupplung bekannt. Beide Kupplungen werden hierbei durch den gleichen Betätigungshebel bedient, der zunächst die Reiblamellen aeaeneinan- derpresst und danach mittels des Lamellenpaketes die Kupplungsklauen einrückt. Für elektromagnetische Betätigung ist diese Bauart einer Klauenkupplung mit Vorsynchronisierung nicht geeignet.
Nach vorliegender Erfindung ist der elektro magnetisch zu betätigenden Klauenkupplung eine vor einschaltbare, zum Synchronisieren dienende Reib kupplung zugeordnet, die ebenfalls elektromagnetisch zu betäticen@ist. Für die Betätigung der Klauenkupp- lung und der Reibkupplung kann ein gemeinsames Schaltorgan vorgesehen werden, wobei ein Teil des gesamten Schaltvorganges durch Anordnung von Relais oder dergleichen verzögert werden kann.
In einer besonders raumsparenden Ausführungs form der Kupplungsvorrichtung sind zwei Magnet körper vorhanden, zwischen denen ein Anker ange ordnet ist. Der Anker kann wechselweise die Reib kupplung und die Klauenkuppluna betätigen.
In der nachfolgenden Beschreibung werden an Hand der Zeichnung mehrere Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 teilweise im Längsschnitt eine Kupplun_s- vorrichtuna mit zwei Solenoiden in einem gemein samen Magnetkörper, Fig. 2 ein elektrisches Schaltschema zur elektro magnetischen Betätigung einer Kupplungsvorrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem gemeinsamen Magnetkörper, Fig.4 eine Ausführungsform mit einem gemein samen Magnetkörper, wobei der Axialdruck der Kupplungsteile auf die Antriebswelle übertragen wird,
Fia. 5 ein Ausführungsbeispiel mit einem festen Magnetkörper, Fig.6 eine Kupplungsvorrichtung mit zwischen zwei getrennten Magnetkörpern liegender Anker scheibe und Fig. 7 ein ähnliches Beispiel mit glockenförmigen Lamellenträgern und Fia. 8 ein dazugehöriges Schaltschema.
In@Fig. 1 ist die Eingangswelle einer Kupplungs vorrichtung mit elektromagnetisch zu betäti-ender Klauenkupplung. Auf der Welle 1 sind ein Antriebs zahnrad 2 und eine Antriebsbuchse 3 aufgekeilt. Auf der Antriebsbuchse 3 =ist.. ein .Magnetkörper. 4 auf gekeilt, welcher zwei Magnetspulen 5 und 6 tr;igt. Der Magnetkörper 4 ist von einer Kupplungsglocke 7 umgeben, welche auf der Antriebsbuchse 3 längs- verschieblich aufgekeilt ist und einen Klauenkranz 8 trägt.
Die Kupplungsglocke 7 ist mit einem Anker 9 verbunden, welcher beim Magnetisieren der Kupp lungsspule 5 angezogen wird und dadurch die Kupp lungsglocke 7 nach rechts bewegt. Die Klauenzähne treten dabei in Eingriff mit einem Klauenkranz 10, der auf dem Abtriebsteil 11 vorhanden ist.
Der Ab triebsteil 11 ist auf der Abtriebsbuchse 12 zusammen mit dem Abtriebszahnrad 13 unverschieblich aufge- keilt. Die Abtriebsbuchse 12 ist mittels Rollenlager 14 auf der Antriebsbuchse 3 und mittels Kugellager 22 im Gehäuse 24 drehbar gelagert.
Der KIauenkupplung 8, 10 ist eine voreinschalt- bare Lamellenkupplung zugeordnet, welche aus den Aussenlamellen 15, den Innenlamellen 16 und dem Anker 17 besteht. Die Innenlamellen 16 sind auf der Abtriebsbuchse 12 aufgekeilt. Die Kupplungs glocke besitzt gemäss der untern Hälfte der Fig. 1 Ausschnitte 18, in welche Leisten 19 hineinragen. Diese sind mittels Keil und Schrauben auf dem Magnetkörper 4 befestigt. Die Leisten 19 besitzen vorspringende Mitnehmer 20, an welchen die Aussen- lamellen@ 15 gehalten werden.
Der Anker 17 liegt dem Lamellenpaket 15, 16 axial gegenüber und kann sich frei auf dem Abtriebsteil 11 drehen.
Die Antriebswelle 1 ist mittels Kugellager 21 in der festen Gehäusewandung 23 drehbar gelagert. Die La-er 21 und 22 sind durch Sprengringe 25 und 26 gegen seitliches Verschieben gesichert. Die Antriebs buchse 3 trägt einen Isolierring 34, auf welchem Schleifringe 27, 28, 29 gegeneinander isoliert aufgesetzt sind. Die Schleifringe 27 und 29 sind je mit einer der Spulen 5 und 6 über Steckerstifte 30 leitend verbun den. Der dritte Schleifring 28 ist mit der Kupplungs masse verbunden.
Die Wirkungsweise der Kupplungsvorrichtung ergibt sich aus dem Schaltschema Fig. 2. Die beiden Eingangsklemmen des Schalters 31 sind mit der + Klemme der Stromquelle verbunden. Die beiden Ausgangsklemmen des Schalters stehen über die Schleifringe 27 und 29 mit den Magnetspulen 6 und 5 in Verbindung. In der Zuführungsleitung zwischen 6 und 27 liegt ein Ausrückschalter 32. Zwischen einer Ausgangsklemme des Schalters 31 und dem Schleif ring 29 ist ein Relais 33 eingesetzt, welches die Verbindung des Schleifringes 29 mit dem Schalter 31 verzögert schliesst. Die beiden Ausgangsklemmen der Magnetspulen 5 und 6 liegen über den Schleifring 28 an Masse.
Bei geöffneter Kupplung 8, 10 ist der Schalter 32 zunächst geschlossen. Zum Einrücken der Kupp lungsvorrichtung wird der Schalter 31 geschlossen, der Relaiskontakt 34 ist noch offen. Die Magnetspule 6 erhält zuerst Strom, und der Anker 17 wird ange zogen. Dadurch wird das Lamellenpaket 15, 16 zu sammengepresst, und der Abtriebsteil 10,<B>11,</B> 12 der Kupplung mit dem Abtriebsrad 13 wird auf die Dreh zahl des Antriebsteiles beschleunigt. Inzwischen hat das Relais 33 seinen Kontakt 34 geschlossen, und es erhält auch Magnetspule 5 Strom. Dadurch wird der Anker 9 angezogen, und die Kupplungsklauen 8 und 10 treten miteinander in Eingriff.
Bei Erreichen des Endes dieses Eingriffes öffnet der Anker 9 den Schalter 32, und die Spule 6 der Lamellenkupplung wird stromlos. Das Kupplungsmoment wird jetzt allein durch die Klauen 8, 10 vom Antriebsrad 2 auf das Abtriebsrad 13 übertragen. Dabei bewirkt die An ziehungskraft des Magnets 4, 5, 9, dass die Kupplung geschlossen bleibt.
Eine weitere Ausführungsform der Kupplung ist möglich, bei welcher die Lamellenkupplung im Be trieb bei eingeschalteter Klauenkupplung geschlossen bleibt und einen Teil des Nutzdrehmoments überträgt. Der Endschalter 32 entfällt dann.
Fig. 3 zeigt eine ähnliche Ausführungsform einer Kupplungsvorrichtung wie Fig.l, jedoch mit dem Unterschied, dass die Aussenlamellen 45 der Lamel- lenkuppIung an einem nicht verschieblichen Teil 46 des Antriebsteiles der Kupplung befestigt sind. Der Klauenkranz 47 wird von einem auf dem Teil 46 längsverschieblich aufgekeilten Kupplungsring 48 getragen. In diesen sind Stifte 49 eingeschraubt, wel che gefedert im Magnetkörper 50 untergebracht und mit dem längsverschieblich auf dem Körper 50 ge lagerten Anker 44 verbunden sind.
Der übrige Auf bau der Kupplungsvorrichtung entspricht im Prinzip demjenigen der Kupplungsvorrichtung gemäss Fig. 1. Die Kupplungsvorrichtung kann auf die gleiche Weise mit Hilfe einer elektrischen Steuerun- nach Fig.2 betätigt werden.
Beim Magnetisieren der Spule 51 wird der Anker 52 angezogen und presst das LameIlenpaket 45, 53 gegen den Magnetkörper 50. Dadurch werden der Abtriebsteil 54 mit Abtriebsritzel 55 und Kupp lungsring 56 mit dem Kupplungsring 48 auf gleiche Drehzahl gebracht. Danach wird Spule 57 magneti siert und Anker 51 angezogen. Dadurch kommen die Klauenkränze 47 und 58 miteinander in Eingriff. Beim Ausschalten des Kupplungsstromes wird der Anker 44 zusammen mit dem Kupplungsring 48 durch die Federn 59 in seine linke Endlage gedrückt.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kupplungsvorrichtung mit einem gemeinsamen Ma gnetkörper 200 mit zwei Magnetspulen 201 und 202. Der Antriebsteil der Kupplungsvorrichtung besteht aus der Welle 203 und der darauf aufgekeilten Muffe 204 mit dem Magnetkörper 200. Auf diesem ist längsver- schieblich der Kupplungsring 205 aufgekeilt, der von der Ankerscheibe 206 über die gegen den Körper 200 abgefederten Bolzen 207 betätigt wird. Auf derMuffe 204 ist eine weitere Keilmuffe 208 drehfest gelagert, welche Innenlamellen 209 trägt. Die Muffe 208 wird durch die Abstandscheibe 210 axial festgehalten.
Der Abtriebsteil der Kupplungsvorrichtung be steht aus der Abtriebsbuchse 211 mit aufgekeiltem Zahnrad 212 und der Kupplungsglocke 213, die auf dem Klauenring 214 aufgekeilt ist. Der Klauenring 214 ist mit dem auf der Buchse 208 drehbar gelager ten Scheibe 215 verschraubt und trägt die Aussen lamellen 216.
Die Spulen 202 und 201 werden nacheinander magnetisiert, wie bereits bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 3 besch,ieben. Die im eingekuppelten Zustand auf die Kupplungsringe 205 und 214 wir kende axiale Kupplungskraft wird durch die Schei ben 210, 217 und 220 auf die Welle 203 übertragen und wirkt nicht auf die Wälzlager 218 und 219.
Fig.5 zeigt eine Ausführungsform der Kupp- lungsvorrichtung mit einem feststehenden, schleifring- losen Magnetkörper 60, welcher mit einer Gleitfläche 61 auf der Abtriebshülse 62 drehbar gelagert ist. Der Kupplungskörper stützt sich ausserdem an dem festen Gehäuse 70 ab, welches mit einem nicht gezeichneten Anschlag ein Mitdrehen des Magnetkörpers 60 ver hindert. Zwischen dem Magnetkörper 60 und dem Kupplungsring 63 ist ein schmaler Luftspalt 64 vorhanden.
Zum Betätigen der Kupplungsvorrichtung wird wieder eine Schaltanordnung gemäss Fig.2 verwen det. Beim Einschalten der Kupplungsvorrichtung wird zunächst Spule 65 magnetisiert. Anker 66 wird an gezogen, und es wird durch Zusammendrücken des Lamellenpaketes 67 der Kupplungsring 63 auf gleiche Drehzahl mit dem Magnetkörper 68 gebracht. Da nach wird die Spule 69 magnetisiert, die in dem zweiten getrennten Magnetkörper 60 eingelassen ist. Zwischen Ring 63 und Buchse 62 ist ein unmagneti- scher Ring 71 vorhanden, durch welchen der Magnet fluss von Magnetkörper 60 in zwei konzentrischen Ringen in den Anker 72 gezwungen wird.
Dabei tritt der Magnetfluss vom Magnetkörper 60 durch die Luft spalte 61 und 64 in den Abtriebsteil 62, 63 über. Ein Abstandsring 76 hält einen Luftspalt zwischen Magnetkörper 60 und den Teilen 62, 63 aufrecht. Ring 71 und der Anker 72 tragen je einen Klauen- kranz. Beim Magnetisieren der Spule 69 wird der Anker 72 nach rechts angezogen. Die Kupplungs klauen 73, 74 treten miteinander in Eingriff. Dabei wird die Feder 75 zusammengedrückt. Beim Ent magnetisieren der Spule 69 wird der Anker 72 durch die Feder 75 wieder in die gezeichnete linke Endlage gedrückt.
Es sind zwei Schleifringe 77 und 78 vorhanden, von denen der eine mit der Magnetspule 65 und der andere mit der Kupplungsmasse verbunden ist.
Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kupplungsvorrichtung mit zwei getrennten Magnet körpern 80 und 81 mit einander zugewendeten Spulen 82 und 83, zwischen denen ein von den beiden Ma gnetspulen wechselweise angezogener Anker 84 längs- verschieblich und drehbar auf der Antriebsbuchse 95 gelagert ist. Ein unmagnetischer Ring 85 verhindert das Übertreten der Kraftlinien vom Magnetkörper 81 zum Kupplungsring 86. Der zweite Kupplungsring 87 ist auf dem Magnetkörper 81 befestigt.
Der Abtriebsteil der Kupplungsvorrichtung be steht aus der Abtriebsmuffe 88 mit dem Abtriebs- r itzel 89 und dem Kupplungsring 90, der auf der Buchse 88 aufgekeilt ist. Die Kupplungsringe 86 und 90 sind durch eine Keilverzahnung 91 gegeneinander längsverschieblich verkeilt. Dies hat den Vorteil, dass sich die Abtriebsteile 88 bis 90 der Kupplungsvor richtung gegenüber den übrigen Kupplungsteilen axial frei bewegen können.
Die beiden Magnetkörper 80 und 81 werden durch Ringe 92, 93 und 94 axial fixiert. Längsverschieblich auf der Antriebsmuffe 95 und dem Lager 96 ist der Anker 84 mit dem Kupp lungsring 86.
Fig.7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Kupplungsvorrichtung mit einem beweglichen Anker 100 zwischen zwei mit ihren Magnetspulen 101 und 102 einander zugekehrten, getrennten Magnetkörpern 103 und 104. Der Anker 100 trägt einen Klauen ring 105, der mit einem weiteren, auf dem Magnet körper 104 befestigten Klauenring 108 in Eingriff tritt.
Der Anker 100 ist auf einer mit der Antriebs welle 106 verkeilten Antriebsmuffe 107 verkeilt und auf dieser längsverschieblich. Die Magnetspulen 101 und 102 werden nacheinander eingeschaltet, wobei zunächst der Anker 100 vom Körper 103 angezogen wird und das Lamellenpaket 109 zusammenpresst. Hierdurch wird der Abtriebsteil 104, 108 mit dem Abtriebszahnrad 110 auf gleiche Drehzahl mit der Welle<B>106</B> gebracht. Danach öffnet ein nicht gezeich netes Verzögerungsrelais den Stromkreis der Magnet spule<B>101,</B> und der Anker wird durch die verzögert eingeschaltete Spule 102 und den Magnetkörper 104 nach rechts gezogen.
Dadurch treten die Zähne der Klauenkrä nze 105 und 108 miteinander in Eingriff und die Feder 111 wird mittels der Scheibe 112 und dem Bolzen<B>113</B> zusammengedrückt. Beim Aus schalten der Kupplungsvorrichtung wird Spule 102 stromlos, der Anker 100 fällt ab und wird durch die Scheibe 112 -und die Feder<B>111</B> in seine linke End- lage gedrückt, welche durch den Bund 114 der An triebsmuffe 107 festgelegt ist.
Fig. 8 stellt ein Schaltschema für eine andere Be tätigungsweise einer Kupplungsvorrichtung nach Fig. 7 dar.
Die Durchflutung der Magnetspule 101 kann. so bemessen sein, dass bei gleichzeitigem Einschalten beider Spulen 101 und 102 der Anker 100 zunächst durch den Körper 103 angezogen und das Lamellen paket 109 zusammengedrückt wird. Im Stromkreis der Spule 101 liegt ein Verzögerungsrelais 115 (Fig. 8), welches den Stromkreis der Spule 101 nach einer ge wissen Zeit ausschaltet, nachdem die Angleichung der Drehzahlen am Antriebs- und Abtriebsteil stattge funden hat. Nach dem Abschalten der Spule 101 wird der Anker 100 durch den Magnetkörper 104 ange zogen, und die Klauenringe 105 und 108 treten miteinander in Eingriff.