Selbstschaltende Synchronisierkupplung Die vorliegende Erfindung betrifft eine selbst schaltende Synchronisierkupplung, die ein erstes, mit einem Satz von Kupplungszähnen versehenes Kupp lungsglied und ein zweites, ein Zwischenglied tragen des Kupplungsglied aufweist, welches Zwischenglied mit einem Satz von Kupplungszähnen versehen und schraubenförmig gegenüber dem zweiten Kupplungs glied bewegbar ist, um die Sätze von Kupplungs zähnen in bzw.
ausser Eingriff zu bringen, wobei zur Einleitung des Kupplungseingriffes mindestens eine Primärklinke vorhanden ist, die eine solche Gewichts verteilung zwischen ihrer Nase und ihrem hinteren Ende bezüglich ihrer Schwenkachse hat, dass ober halb einer bestimmten Drehzahl des sie tragenden Gliedes die Zentrifugalkraft ein Rätschen verhindert.
In Kupplungen mit Klinken wird der Zahnein griff des Zwischengliedes mit dem ersten Kupplungs glied dann eingeleitet, wenn das erste und zweite Kupplungsglied, in der gleichen Richtung drehend, sich zu überholen trachten; die Klinken sind norma lerweise am ersten oder am Zwischenglied angeordnet und dazu vorgesehen, mit den bei dieser Ausführung als Kupplungszähne ausgebildeten Rätschzähnen in und ausser Eingriff zu gelangen, wobei diese Rätsch- zähne am entsprechenden andern der beiden Glieder angeordnet sind. Die Klinke ist mit Vorspann- oder Steuerfeder versehen, um sie in Rätschverbindung mit den Rätschzähnen zu bringen.
Die Verwendung derartiger Steuerfedern bringt jedoch verschiedene Nachteile mit sich. Wenn z. B. das mit den Klinken versehene Glied mit sehr hoher Drehzahl rotiert, so werden wegen vermehrter Reibung infolge der Zentrifugalkraft die Klinken verhindert, auf ihren Drehstiften zu schwenken, so dass die Federn nicht mehr länger in der Lage sind, die Klinken in Rätsch- stellung mit den Rätschzähnen zu drücken. Diese Kupplungen sind, mit anderen Worten, nicht ge eignet für Betriebsarten, bei welchen der mit den Klinken ausgerüstete Teil mit hohen Drehzahlen unfläuft.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaf fung einer Kupplung der vorbeschriebenen Art, wel che die erwähnten Nachteile bei hohen Rätsch- geschwindigkeiten, die durch die Verwendung von federbelasteten Klinken bedingt sind, nicht aufweist.
Die erfindungsgemässe selbstschaltende Synchro- nisierkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass ausser der Primärklinke mindestens eine Sekundärklinke vorgesehen ist, die eine solche Gewichtsverteilung zwischen ihrer Nase und ihrem hinteren Ende be züglich ihrer Schwenkachse hat, dass oberhalb einer bestimmten Drehzahl des sie tragenden Gliedes die Sekundärklinke durch die Zentrifugalkraft in eine Lage gedrückt wird, in welcher sie zum Rätschen befähigt ist. Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes werden anschliessend anhand der Zeich nung erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Kupplung in entkuppeltem Zustand, Fig. 2 einen Querschnitt gemäss Linie II-II der Fig. 1, Fig.3 einen Querschnitt gemäss Linie III-III der Fig. 1, Mg.
4 einen Querschnitt entsprechend Fig. 3 einer andern Ausführungsform, Fig. 5 einen Axialschnitt einer weitern Ausfüh rung einer Kupplung, Fig.6 einen Querschnitt gemäss Linie VI-VI der Fig. 5 und Fig.7 einen Querschnitt gemäss Linie VII-VII der Fig. 5.
Wie aus den Fig. 1-3 ersichtlich, trägt ein erstes Kupplungsglied 1 einen Ring mit Innenkupplungs- zähnen 2, während ein zweites Kupplungsglied als Welle 3 ausgebildet ist und äussere schraubenförmige, linksgängige Nuten 4 aufweist. Das Zwischenglied ist als Kupplungshülse 5 ausgebildet und auf der Welle 3 angeordnet. Die Hülse 5 ist mit innern Rippen versehen, welche mit den Nuten 4 der Welle 3 in Eingriff stehen, so dass die Hülse 5 bezüglich der Welle 3 eine Schraubenbewegung ausführen kann, die durch axiale Anschläge 6 und 7 auf der Welle 3 begrenzt ist.
Die Hülse 5 trägt einen Ring mit Aussenkupplungszähnen 8, welche entsprechend der schraubenförmigen Bewegung der Kupplungshülse 5 in und ausser Eingriff mit den Kupplungszähnen 2 des ersten Kupplungsgliedes 1 gelangen können.
Das erste Kupplungsglied 1 trägt eine Mehrzahl Primärklinken 9 (Fig. 2), z. B. vier Klinken, welche diametral sich gegenüberliegend in Paaren angeordnet sind. Diese Klinken 9 können in ausgekuppeltem Zustand der Kupplung sowie einer Winkelgeschwin digkeit der mit dem ersten Kupplungsglied 1 ver bundenen Welle 10 in einem vorbestimmten niedrigen Drehzahlgebiet bezüglich den Kupplungszähnen 8 rätschen, welche Kupplungszähne 8 im vorliegenden Fall zugleich als Rätschzähne dienen. Die Primär klinken 9 sind mit Steuerfedern 11 ausgerüstet, welche diese Klinken in Rätschverbindung mit ihren Rätschzähnen 8 zu halten suchen.
Die Nasen 13 der Klinken 9 sind derart gerichtet, dass bei einer Dreh bewegung der Welle 10 bezüglich der Welle 3 in der einen Richtung eine oder mehrere Klinken 9 mit Zähnen 8 in Eingriff gelangen und die Kupplungs hülse 5 in einer schraubenförmigen Bewegung längs der Welle 3 verschieben, um damit den Eingriff der Kupplungszähne 8 des Zwischengliedes 5 in die Kupplungszähne 2 in die Wege zu leiten. Der volle Eingriff der Kupplungszähne 8 und 2 wird durch das Zusammenwirken dieser Kupplungszähne und der Schraubennuten 4 erreicht.
Die Gewichtsverteilung der Primärklinken 9 ist derart, dass sie kopflastig sind. Oberhalb einer ersten vorbestimmten Drehzahl der Welle 10 versuchen daher die Klinken 9, sich um ihre Stifte 12 entgegen dem Druck der Steuerfedern 11 in eine Lage zu drehen, in welcher ihre Nasen 13 bezüglich der Zähne 8 nicht in Rätschverbindung treten können.
Die Kupplung ist mit einer weiteren Rätsch- anordnung gemäss Fig. 3 versehen. Sie weist z. B. vier Sekundärklinken 14 auf in Form zweier Paare sich diametral gegenüberliegender Klinken, welche an der Kupplungshülse 5 angeordnet sind, sowie einen Ring mit innenliegenden Rätschzähnen 15, der am ersten Kupplungsglied 1 befestigt ist.
Die Sekun därklinken 14 sind ebenfalls kopflastig, wobei sie in -inem zweiten vorbestimmten Drehzahlbereich der Kupplungshülse 5, welcher sich teilweise mit dem ersten Drehzahlbereich überdecken kann, ausser Ein- riff sind, dann aber bei einer bestimmten Drehzahl auf ihren Stiften 16 durch die Zentrifugalkraft in Lagen gedreht werden, in welchen, wenn sich die Kupplung in ausgekuppeltem Zustand befindet, ihre Nasen 17 mit den Rätschzähnen 15 in Rätschver- bindung gelangen.
Die Nasen 17 der Sekundär klinken 14 sind in der entgegengesetzten Richtung wie diejenigen der Primärklinken 9 angeordnet, so dass, wenn die Sekundärklinken 14 rätschen und die Welle 10 bezüglich der Welle 3 in deren Drehsinn zu drehen tendiert, wie dies bezüglich der Primär klinken 9 'beschrieben wurde, eine oder mehrere der Sekundärklinken 14 mit den Rätschzähnen 15 in Eingriff gelangen und die Kupplungshülse 5 schraubenförmig längs der Welle 3 verschieben und dabei den Zwischeneingriff der Kupplungszähne 8 und 2 einleiten.
Für die weitern Betrachtungen nehmen wir an, dass die Welle 3 mit einer Antriebsmaschine wirk verbunden sei, beispielsweise mit einer Gasturbine, und die Welle 10 mit einer angetriebenen Maschine, beispielsweise einem Gebläse, welches wechselweise auch noch mittels einer andern Kraftquelle, bei spielsweise einem Elektromotor, angetrieben werden kann.
Wenn dieses System sich in Ruhe befindet, so soll die Kupplung ausgekuppelt sein (Fig.l), in welcher Lage sich die Kupplungszähne 2 und 8 ausser Eingriff befinden und die Kupplungshülse 5 am Anschlag 6 anliegt. Die Primärklinken 9 befinden sich mit den Kupplungszähnen 8 in Rätschstellung, da sie unter der Wirkung ihrer Steuerfedern 11 stehen.
Sobald die Antriebsmaschine und mit ihr die Welle 3 in entsprechender Richtung (im Gegenuhr zeigersinn in Fig.2) zu drehen beginnt, gelangen eine oder mehrere Primärklinken 9 mit den Kupp lungszähnen 8 in Eingriff und die Kupplungshülse 5 wird längs der Welle 3 schraubenförmig verschoben. Sie 'bringt die Kupplungszähne 8 behutsam in Ein griff mit den Kupplungszähnen 2, worauf unter dem Einfluss der Kupplungszähne 2 und 8 die Kupplungs hülse 5 längs der Welle 3 weitergeschoben wird, bis die Kupplungszähne 2 und 8 sich in vollem Eingriff befinden und eine weitere Schraubenbewe gung der Kupplungshülse 5 durch den axialen An schlag 7 verhütet wird. Es erfolgt dann die über tragung eines Drehmomentes von der Antriebswelle 3 auf die Ausgangswelle 10, welche zu drehen beginnt.
Die Primärklinken 9 befinden sich jetzt auf der linken Seite der Kupplungszähne 8 (Fig. 1). Wenn sich die Antriebsmaschine beschleunigt, so wird die angetriebene Maschine durch die Kupplung ebenfalls beschleunigt, wobei beim Verlassen der ersten vorbestimmten Drehzahl der Welle 10, die unterhalb der Normaldrehzahl endet, die Zentrifugal kraft, welche auf die Nasenteile der Primärklinken 9 wirkt, die Kraft ihrer Steuerfedern überwindet und sie um ihre Stifte 12 schwenkt. Dabei bewegen sich die Nasen 13 der Klinken 9 radial über die Kronen der Kupplungszähne 8 hinaus nach aussen. Solange das erste Kupplungsglied 1 mit einer ausserhalb dieses vorbestimmten Drehzahlbereiches liegenden Drehzahl rotiert, bleiben die Primärklinken 9 in der nichträtschenden Lage.
Die Nasen 13 werden sich also unter der Wirkung der Zentrifugalkraft in der radial äussersten, nicht rätschenden Lage befinden.
Wenn sich die Welle 10 mit einer Drehzahl über dem zweiten Drehzahlbereich dreht, wirkt die Zen trifugalkraft auf die kopflastigen Sekundärklinken 14 und zwingt sie, um ihre Drehstifte 16 zu schwen ken, wobei sich die Nasen 17 dieser Klinken 14 bezüglich der Spitzen der Rätschzähne 15 radial nach aussen bewegen, jedoch axial neben den Rätsch- zähnen 15 liegen, da die Kupplungshülse 5, auf welcher sie angeordnet sind, sich in der vollständig eingekuppelten Kupplungslage befindet. Die Sekun därklinken 14 bleiben in dieser Lage mit radial nach aussen gepressten Nasen 17 bis und mit der Er reichung der Normaldrehzahl der Hülse 5.
Wenn nun die Antriebsmaschine verzögert wird, so kuppelt die Kupplung unmittelbar auf Grund der Wirkung der Kupplungszähne 2 und 8 und der schraubenförmigen Nuten 4 aus, wobei sich die Kupplungshülse 5 aus ihrem axialen Anschlag 7 gegen den Anschlag 6 hin bewegt und die Sekundär klinken 14 in Rätschbeziehung mit ihren Rätsch- zähnen bringt. Die Primärklinken 9 werden durch die Zentrifugalkraft ausser Rätschlage mit den Kupp lungszähnen 8 gehalten. Die angetriebene Welle 10 läuft nun der Antriebsmaschine vor und kann durch den Motor mit voller Drehzahl weitergetrieben wer den.
Wenn jetzt die Antriebsmaschine wiederum über die Drehzahl der Welle 10 beschleunigt wird, so gelangen eine oder mehrere der Sekundärklinken 14 mit den Rätschzähnen 15 in Eingriff und die Kupplung wird wieder eingekuppelt.
Wenn die Antriebsmaschine verzögert wird und entsprechend die Kupplung auskuppelt und wenn die Antriebsmaschine eine geringe Drehzahl aufweist oder stillsteht, so werden die Sekundärklinken 14 durch die Zentrifugalkraft nicht mehr in die Rätsch- lage gepresst und ihre Nasen werden sich von den entsprechenden Rätschzähnen 15 auf Grund des Schmierölringes entfernen, welcher sich im lippen- förmigen Ring 18 befindet und, mit den Rätsch- zähnen 15 rotierend, mit hoher Geschwindigkeit über die Hinterteile der Klinken 14 strömt.
Wenn die Antriebsmaschine auf volle Drehzahl beschleu nigt werden soll, um den Antrieb von dieser auf die angetriebene Maschine wieder herzustellen, so wirkt die Zentrifugalkraft wiederum auf die Sekun därklinken 14 und bringt diese in Rätscheingriff mit den Rätschzähnen 15, so dass bei Synchrondrehzahl die Kupplung eingekuppelt werden kann.
Die Sekundärklinken 14 können mit Steuerfedern oder Magneten versehen werden, um deren Nasen 17 solange wie nötig ausser Rätschverbindung mit ihren Rätschzähnen 15 zu halten. In Fig. 4 sind die Sekundärklinken 14 mit Steuerfedern 19 ausgerüstet, durch welche die Nasen der Klinken 14 radial weiter innen liegen als die Spitzen der Rätschzähne 15 und daher diese nicht berühren.
Solange die Geschwindig- keit der angetriebenen Maschine bei dieser ausge klinkten Lage der Sekundärklinken 14 hoch genug ist (wenn sie beispielsweise durch die andere An triebsmaschine, den Elektromotor, angetrieben wird), werden die Primärklinken 9 in Ruhestellung und ausser Rätschverbindung mit den Kupplungszähnen 2 bleiben, und es befinden sich weder die Primär- noch die Sekundärklinken in Rätschlage.
In der in den Fig. 5-7 dargestellten Kupplung ist das erste Kupplungsglied 20 an einer Eingangs welle 21 befestigt. Es trägt einen Ring mit Innen kupplungszähnen 22. Das zweite Kupplungsglied ist als Ausgangswelle 23 ausgebildet und mit aussen liegenden, rechtsgängigen Schraubennuten 24 ver sehen, welche mit innenliegenden Rippen in einer Kupplungshülse 25 zusammenarbeiten, wobei die Hülse 25 bezüglich der Welle 23 zwischen An schlägen 26 und 27 eine schraubenförmige Bewe gung ausführen kann. Die Kupplungshülse 25 ist mit Primärklinken 28 auf Drehstiften 30 ausgerüstet. Die Klinken 28 weisen Steuerfedern 31 auf, welche die Nasen 32 der Primärklinken 28 in Rätschver- bindung mit den Kupplungszähnen 22 bringen.
Das erste Kupplungsglied 20 ist mit Sekundärklinken 33 auf Stiften 34 versehen. Die Klinken 33 besitzen Steuerfedern 35, welche deren Nasen ausser Eingriff mit den Kupplungszähnen 36 der Kupplungshülse 25 drücken. Die Primärklinken 28 sind schwanzlastig, so dass, wenn die Ausgangswelle 23 mit einer ersten vorbestimmten Drehzahl dreht, die Zentrifugalkraft die Kraft der Steuerfedern 31 übersteigt und die Klinken 28 um ihre Stifte 30 schwenkt und sie aus ihrer Rätschlage gelangen. Die sekundären Klinken 33 sind ebenfalls schwanzlastig.
Beim überschreiten einer zweiten vorbestimmten Drehzahl der Eingangs welle 21 überwiegt die Zentrifugalkraft die Wirkung der Steuerfedern 35 und schwenkt die Sekundär klinken 33 um ihre Stifte 34 in ihre Rätschlage bezüglich der Kupplungszähne 36.
In den vorbeschriebenen Konstruktionen sind die Primärklinken etwas länger ausgebildet als die Sekundärklinken, so dass während derjenigen Bedin gungen (entweder in Drehung oder bei stationären Bedingungen), in welchen beide Klinkengruppen mit Rätschzähnen in Verbindung treten können, immer eine Primärklinke einen Rätschzahn erfasst und das Einkuppeln einleitet.