CH654632A5

CH654632A5 - Selbsttaetig einrueckbare zahnkupplung.

Info

Publication number: CH654632A5
Application number: CH4535/81A
Authority: CH
Inventors: Otto Staedeli
Original assignee: Maag Zahnraeder & Maschinen Ag
Priority date: 1981-07-10
Filing date: 1981-07-10
Publication date: 1986-02-28
Also published as: US4474275A; DE3132076C2; IT1151298B; IT8222015A0; JPS5817226A; GB2101242B; GB2101242A; JPH0259327B2; DE3132076A1

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsttätig einrückbare Zahnkupplung mit

- einer verzahnten Antriebsnabe,

- einer verzahnten Abtriebsnabe,

- einem axial verschiebbaren Kupplungsstern, der durch eine an ihm ausgebildete erste Verzahnung mit der Antriebsnabe drehfest, jedoch axial verschiebbar verbunden ist und eine zweite Verzahnung aufweist, die durch axiales Verschieben des Kupplungssterns mit der Verzahnung der Abtriebsnabe in Eingriff bringbar ist,

- einer am Kupplungsstern drehbar gelagerten Schraubmuffe, die durch eine Steilgewindepaarung mit der Abtriebsnabe verbunden ist,

- einem aus Klinken und einer Klinkenverzahnung bestehenden Klinkengesperre, über das die Schraubmuffe vom Kupplungsstern in einer Drehrichtung mitnehmbar ist,

- einem Lager, über das sich Antriebs- und Abtriebsnabe aneinander abstützen,

- und einem Kanalsystem für ein Schmiermittel, das die Zahnkupplung unter dem Einfluss von Fliehkräften durchströmt, wobei das Lager von einem zentralen Einlasskanal mit frischem Schmiermittel versorgt wird.

Bei einer bekannten Zahnkupplung dieser Gattung s (CH-PS 499 735 = DE-PS 1 959 184) ist das Lager, über das sich Antriebs- und Abtriebsnabe aneinander abstützen, zwischen einer an der Antriebsnabe befestigten zentralen Antriebswelle und einer an der Abtriebsnabe befestigten Hohlwelle axial ausserhalb des von der Antriebsnabe, dem io Kupplungsstern und der Schraubmuffe umschlossenen Raumes angeordnet. Der zentrale Einlasskanal erstreckt sich von dem an der Antriebsnabe befestigten Ende der Antriebswelle aus durch diese hindurch und endet an radialen Kanälen in der Antriebswelle, die ihrerseits radial innerhalb ls einer die Antriebswelle mit radialem Abstand umschlies-senden Führungsbüchse münden. Die Führungsbüchse ist mittels eines Flansches an der Abtriebsnabe befestigt und hat an ihrer Aussenseite eine zylindrische Führungsfläche, auf der die Schraubmuffe verschiebbar ist. In die Führungs-20 büchse sind in einem axialen Abstand voneinander zwei Sätze radialer Kanäle eingearbeitet, die beide an der zylindrischen Führungsfläche für die Schraubmuffe enden. Die Schraubmuffe weist rings um die Führungsfläche zwei mit axialem Abstand voneinander angeordnete Ausdrehungen 2s auf, die mit der Klinkenverzahnung bzw. dem Steilgewinde der Schraubmuffe durch in diese eingearbeitete Kanäle verbunden sind. Bei ausgerückter Kupplung nimmt die Schraubmuffe eine Stellung ein, in der ihre Ausdrehungen die Kanäle in der Führungsbüchse umschliessen, so dass das Schmieröl 30 vom zentralen Einlasskanal aus durch die Führungsbüchse und die Schraubmuffe hindurch einerseits zum Klinkengesperre und andererseits zu der Steilgewindepaarung und von dort weiter zu den Verzahnungen des Kupplungssterns und der Antriebs- und Abtriebsnabe gelangt. Beim Einrücken der 35 Zahnkupplung wird die Schraubkupplung zur Abtriebsnabe hin verschraubt, wobei ihre beiden Ausdrehungen von den Kanälen der Führungsbüchse getrennt werden, so dass die unmittelbare Schmiermittelversorgung des Klinkengesperres einerseits und der Steilgewindepaarung andererseits durch 40 die Schraubmuffe hindurch unterbrochen wird. Ein Satz der Kanäle in der Führungsbuchse wird von der Schraubmuffe jedoch vollständig freigegeben, so dass das Schmiermittel nun hauptsächlich zu den ständig ineinandergreifenden Verzahnungen der Antriebsnabe und des Kupplungssterns 45 gelangt, zwischen denen bei eingerückter Kupplung infolge von Achsfluchtungsfehlern der beiden miteinander gekuppelten Wellen ständige Relativbewegungen auftreten können. Unabhängig davon, ob die bekannte Zahnkupplung ein- oder ausgerückt ist, strömt ein Teil des durch den zen-50 tralen Einlasskanal in das Innere der Zahnkupplung gelangten Schmiermittels durch das Lager nach aussen ab. Dieser Teil des Schmiermittels steht für die Schmierung der übrigen Bauteile der Zahnkupplung nicht mehr zur Verfügung. Deshalb muss durch einen erheblichen Überschuss des ss von einer externen Pumpe geförderten Schmiermittels sichergestellt werden, dass das Klinkengesperre, die Steilgewindepaarung und die Verzahnungen der Zahnkupplung auch dann noch ausreichend geschmiert werden, wenn bei im Betrieb allmählich steigender Lagertemperatur ein immer 60 grösserer Anteil des Schmiermittels durch das Lager hindurch abfliesst. Dies bedeutet aber, dass bei bestimmten Betriebszuständen, beispielsweise bei verhältnismässig kaltem Lager, die genannten übrigen Bauteile der Zahnkupplung übermässig stark von Schmiermittel durchströmt 65 werden, wodurch vor allem bei ausgerückter Zahnkupplung einerseits erhöhte Leistungsverluste auftreten können, andererseits aber eine ausreichende Versorgung aller Bauteile mit frischem, gekühltem Schmiermittel nicht einmal gewähr

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leistet ist, da in bestimmten Hohlräumen der Kupplung ein Stau auftreten kann, in dem das Schmiermittel übermässig erhitzt wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine bei Drehzahlgleichheit selbsttätig einrückende Zahnkupplung der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzubilden, dass in allen Betriebszuständen bei möglichst geringem Gesamtdurchsatz an Schmiermittel eine ausreichende Schmierung aller Bauteile der Zahnkupplung gewährleistet ist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Lager radial innerhalb der Schraubmuffe angeordnet und den übrigen zu schmierenden Bauteilen der Zahnkupplung im Kanalsystem vorgeschaltet ist. Mit anderen Worten sind die übrigen von Schmiermittel durchströmten Bauteile der Zahnkupplung mit dem Lager derart in Reihe geschaltet,

dass das Schmiermittel stets zuerst das Lager und dann die übrigen Bauteile durchströmt. Es kann vorausgesetzt werden, dass bei einer gattungsgemässen Zahnkupplung die hier als Abtriebswelle bezeichnete Welle sich auch dann dreht, wenn die Kupplung ausgerückt ist. Die Zahnkupplung ist für den Fall vorgesehen, dass einer schon laufenden Maschine, zu der die Abtriebswelle gehört, eine zusätzliche Maschine, zu der die Antriebswelle gehört, zugeschaltet werden soll, sobald die Drehzahl der Antriebswelle diejenige der Abtriebswelle erreicht hat. Das Lager erreicht infolgedessen seine normale Betriebstemperatur verhältnismässig rasch und ist deshalb sowie auch wegen seines genau definierten Lagerspalts besonders geeignet, den Schmiermittelstrom zu den übrigen Bauteilen der Zahnkupplung zu dosieren; dies gilt auch dann, wenn die Kupplung schliesslich eingerückt worden ist, wodurch sich die Wege für den Schmiermittelstrom durch die Zahnkupplung hindurch geändert haben. Die zwangsweise durch das Lager hindurch stattfindende Schmiermittelströmung sorgt dafür, dass bei eingerückter wie bei ausgerückter Kupplung tote Zonen weitgehend vermieden werden.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind an einem im Betrieb der Zahnkupplung ständig umlaufenden Bauteil im Bereich des Lagers Vorsprünge ausgebildet, die als Schaufeln einer Kreiselpumpe wirken. Die dadurch erzeugte oder gegenüber einer Bauweise ohne solche Vorsprünge jedenfalls in erhöhtem Mass auf das Schmiermittel einwirkende Zentrifugalkraft saugt oder drückt das Schmieröl durch das Lager hindurch.

Vorzugsweise sind die Vorsprünge an einem Axiallagerring ausgebildet. Die Vorsprünge sind somit Bestandteile des Lagers selbst, wodurch sich eine besonders einfache Konstruktion ergibt.

Zweckmässigerweise ist der Axiallagerring radial über der Mündung wenigstens eines vom zentralen Einlasskanal ausgehenden Kanals angeordnet. Bei dieser Anordnung lassen sich die Strömungswiderstände, die vom Schmiermittel überwunden werden müssen, besonders gering halten.

Es ist aber auch möglich, dass eine Radiallagerschale des Lagers radial über der Mündung wenigstens eines vom zentralen Einlasskanal ausgehenden Kanals angeordnet ist. In diesem Fall verzweigt sich der Schmiermittelstrom innerhalb der Radiallagerschale; diese bleibt aber sämtlichen übrigen erwähnten Bauteilen der Zahnkupplung vorgeschaltet, so dass das Lager seine erfindungsgemässe Funktion als Dosiereinrichtung für das zu den übrigen Bauteilen der Zahnkupplung gelangende Schmiermittel beibehält.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Zahnkupplung, die teilweise in einer axialen Ebene geschnitten ist, samt zugehörigem Schmiermittelkreislauf;

Fig. 2 einen vergrösserten Axialschnitt durch dieselbe Zahnkupplung, die oben in ausgerücktem und unten in eingerücktem Zustand dargestellt ist;

Fig. 3 eine Schrägansicht von Einzelheiten derselben Zahn-s kupplung;

Fig. 4 eine gegenüber Fig. 2 und 3 abgewandelte erfindungsgemässe Zahnkupplung, die wiederum oben in ausgerücktem und unten in eingerücktem Zustand dargestellt ist.

io Die in Fig. 1 von aussen dargestellte Zahnkupplung 10 ist von einer Haube 12 umschlossen, die an einer ortsfesten Wand 14 befestigt ist. Die Wand 14 gehört beispielsweise zu einem Getriebegehäuse und stützt ein Lager 16 ab, in dem eine als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle 18 gelagert ist. ls Von der Zahnkupplung 10 sind in Fig. 1 eine Antriebsnabe 20, die an der Antriebswelle 18 befestigt ist, sowie eine Abtriebsnabe 22, die an einer Abtriebswelle 24 befestigt ist, erkennbar. Im übrigen zeigt Fig. 1 ausserhalb der eigentlichen Zahnkupplung 10 angeordnete Bauelemente für die 20 Schmiermittel versorgung der Zahnkupplung, nämlich einen Ölbehälter 26, an den über eine Saugleitung 28 eine Pumpe 30 angeschlossen ist, von der eine Druckleitung 32 über einen Ölkühler 34 und einen Ölfilter 36 zu einer in der Haube 12 gleichachsig mit der Zahnkupplung 10 befestigten Lager-25 büchse 38 führt.

In der Lagerbüchse 38 ist das eine Ende eines rohrförmigen Zwischenstücks 40 gelagert, dessen anderes Ende in einer Ansenkung 42 am freien Ende der Abtriebswelle 24 gelagert ist. Die beiden Enden des Zwischenstücks 40 sind aussen 30 sphärisch gestaltet, so dass das Zwischenstück taumelnde Bewegungen zum Ausgleich von Achsfluchtungsfehlern zwischen der Abtriebswelle 24 und der Lagerbüchse 38 ausführen kann und dabei ständig einen öldichten Anschluss der Abtriebswelle 24 an die Druckleitung 32 gewährleistet. Von 35 der Ansenkung 42 geht ein in die Abtriebswelle 24 gebohrter zentraler Einlasskanal 44 aus, an dessen Anfang eine Blende 46 angeordnet ist.

Schliesslich sind in Fig. 1 Austrittsöffnungen 48 in der Antriebsnabe 20 erkennbar, durch die das axial zugeführte 40 Schmiermittel radial abgeschleudert wird, um von der Haube 12 aufgefangen und durch eine Rücklaufleitung 50 zum Ölbehälter 26 zurückgeführt zu werden.

Das Innere einer Ausführungsform der Zahnkupplung 10 ist in Fig. 2 dargestellt, und zwar oben in ausgerücktem und 45 unten in eingerücktem Zustand.

Die Antriebsnabe 20 hat ein hülsenförmiges Aussenteil 52 mit einer geraden Innenverzahnung 54. An der Antriebsnabe 20 ist ferner eine zylindrische Innenfläche 56 ausgebildet, an der im ausgerückten Zustand sowie während des Einrückens so der Kupplung ein Kupplungsstern 58 geführt ist.

Der Kupplungsstern 58 hat zu diesem Zweck einen aussen zylindrischen Ansatz 60, dessen Durchmesser nur geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der zylindrischen Innenfläche 56. Am Kupplungsstern 58 ist eine gerade Aus-55 senverzahnung 62 ausgebildet, die ständig in die Innenver-zahnung 54 der Antriebsnabe 20 eingreift. Ferner ist am Kupplungsstern 58 eine schräge Aussenverzahnung 64 ausgebildet, die in eine zur Abtriebsnabe 22 gehörige schräge Innenverzahnung 66 einrückbar ist.

60 Die schräge Innenverzahnung 66 ist an einem Zahnkranz 68 ausgebildet, der mit einem an der Abtriebswelle 24 befestigten Flanschteil 70 der Abtriebsnabe 22 verschraubt ist. Zur Abtriebsnabe 22 gehören ferner eine Führungsbüchse 72 und ein Gewindering 74, die beide mit dem Zahnkranz 68 65 verschraubt sind. Die Führungsbüchse 72 erstreckt sich zur Antriebswelle 18 hin mit radialem Abstand durch den Gewindering 74 hindurch, an dessen Innenseite ein Steilgewinde 76 ausgebildet ist.

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Die Führungsbüchse 72 führt eine sie umschliessende Schraubmuffe 78, an deren einem Ende aussen ein Steilgewinde 80 ausgebildet ist, das ständig mit dem Steilgewinde 76 in Eingriff steht. Die Schraubmuffe 78 ist in bezug auf den Kupplungsstern 58 in axialer Richtung durch zwei Anschlag-ringe 82 und 84 festgelegt, von denen der erste am Kupplungsstern 58 befestigt ist und der zweite über Federn 86 am Kupplungsstern abgestützt ist, so dass er in bezug auf diesen kleine axiale Dämpfungsbewegungen ausführen kann, um Schläge beim Einrücken der Zahnkupplung 10 zu vermeiden.

Der Kupplungsstern 58 ist mit der Schraubmuffe 78 durch ein Klinkengesperre 88 angeordnet, das so ausgebildet ist, dass die Schraubmuffe sich in der normalen Betriebsdrehrichtung ohne Behinderung durch den Kupplungsstern drehen kann, von diesem jedoch mitgenommen wird, wenn die Drehzahl der Antriebswelle 20 diejenige der Abtriebswelle 24 erreicht hat und im Begriff ist, sie zu überschreiten. In diesem Fall schraubt sich die vom Kupplungsstern 58 in Drehrichtung der Antriebswelle 18 mitgenommene Schraubmuffe 78 weiter in den Gewindering 74 hinein und nimmt den Kupplungsstern in axialer Richtung mit, wodurch dessen schräge Aussenverzahnung 64 in die schräge Innenverzahnung 66 der Abtriebsnabe 22 eingerückt wird. Einzelheiten des Klinkengesperres 88 sowie des Ein- und Ausrückens der Zahnkupplung 10 brauchen nicht erläutert zu werden, da sie bekannt sind.

Im Inneren der Zahnkupplung 10 ist ein Lager 90 ausgebildet. Dieses besteht aus einer an der Antriebswelle 18 befestigten, im dargestellten Beispiel mit der Antriebsnabe 20 einstückig ausgebildeten Hohlwelle 92, deren zylindrische Aus-senfläche eine Lagerfläche bildet und an deren Ende ein mittlerer Axiallagerring 94 ausgebildet ist. Zum Lager 90 gehört ferner eine Radiallagerschale 96 aus Lagermetall, die im Inneren der Führungsbüchse 72 befestigt und mit einem zweiten Axiallagering 98 einstückig ausgebildet ist. Schliesslich gehört zum Lager 90 ein dritter Axiallagerring 100, der am Flanschteil 70 der Abtriebsnabe 22 befestigt ist und einen Kranz von in gleichmässigen Winkelabständen angeordneten Vorsprüngen 102 aufweist, deren Stirnflächen als Lagerflächen ausgebildet sind. Der an der Antriebsnabe 20 ausgebildete mittlere Axiallagerring 94 ist somit zwischen den an der Abtriebsnabe 22 befestigten Axiallagerringen 98 und 100 geführt. Das Lager 90 bewirkt somit, dass die Abtriebsnabe 22 an der Antriebsnabe 20 sowohl in axialer wie in radialer Richtung gelagert ist, unabhängig davon, ob die Zahnkupplung 10 eingerückt oder ausgerückt ist.

Für die Schmiermittelströmung durch die Zahnkupplung 10 hindurch gehen vom Ende des zentralen Einlasskanals 44 radiale Kanäle 104 aus, die gemäss Fig. 2 radial innerhalb des Axiallagerrings 100 münden. Im Betrieb der Zahnkupplung 10 wirken die axialen Vorsprünge 102 des Axiallagerrings 10

wie Laufschaufeln einer Kreiselpumpe, d.h., sie fördern das Schmiermittel nach aussen in einen Ringraum 106, in dem sich infolgedessen ein von der Drehzahl der Abtriebswelle 22 abhängiger Schmiermitteldruck aufbaut. Vom Ringraum 106 aus strömt das Schmiermittel zwischen den Axiallageringen 94 und 98 hindurch, was durch radiale Kanäle 107 im mittleren Axiallagerring 94 erleichtert wird. Von dort aus durchströmt das Schmiermittel einen Lagerspalt zwischen der Radiallagerschale 96 und den zylindrischen Aussenflächen der Hohlwelle 92, wobei die Strömung durch axiale Nuten in der Lagerfläche der Radiallagerschale 96 unterstützt werden kann. Somit gelangt das Schmiermittel in einen Verteilerkanal 108 innerhalb der Führungsbüchse 72. Diese weist in ihrem linken Bereich drei Sätze von nahe nebeneinanderliegenden Kanälen 110 auf sowie rechts daneben einen vierten Satz Kanäle 112.

Die Schraubmuffe 78 weist an ihrer Innenseite eine linke Ausdrehung 114 und eine rechte Ausdrehung 116 auf. In der Stellung, welche die Schraubmuffe gemäss dem oberen Teil der Fig. 2 bei ausgerückter Zahnkupplung einnimmt,

münden die Kanäle 110 in die linke Ausdrehung 114, während die Mündungen der Kanäle 112 von der Schraubmuffe abgedeckt sind. Von der linken Ausdrehung 114 gelangt das Schmiermittel durch einen Satz mittlerer Kanäle 118 der Schraubmuffe 78 in das Klinkengesperre 88, während das Schmiermittel durch zwei Satz seitliche Kanäle 120 zu den Anschlagringen 82 und 84 gelangt. Bei eingerückter Kupplung nimmt die Schraubmuffe 78 ihre in Fig. 2 unten abgebildete Stellung ein, in der die Kanäle 112 in die rechte Ausdrehung 116 münden, so dass das Schmiermittel von dort durch einen vierten Satz Kanäle 122 in der Schraubmuffe 78 sowie einen Satz Kanäle 124 im federnd abgestützten Anschlagring 84 zum Kupplungsstern 58 gelangt.

In den Kupplungsstern 58 sind beiderseits des Klinkengesperres 88 je ein Satz Kanäle 126 eingearbeitet, ferner weiter rechts ein dritter Satz Kanäle 128, die zur geraden Aussenverzahnung 62 führen, und schliesslich ein vierter Satz Kanäle 130, die zu der schrägen Aussenverzahnung 64 des Kupplungssterns führen.

Wenn die Zahnkupplung 10 eingerückt ist, sind zwei der drei Satz Kanäle 110 in der Führungsbüchse 72 durch die Schraubmuffe 78 abgedeckt, so dass das in diesem Zustand entlastete Klinkengesperre nur von einer geringen Schmiermittelmenge durchströmt wird.

Die Ausführungsform gemäss Fig. 4 unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten dadurch, dass anstelle des Lagers 90 ein Lager 90' vorgesehen ist, das eine an der Innenseite der Hohlwelle 92 befestigte Radiallagerschale 96' aufweist, und dass vom zentralen Einlasskanal 44 radiale Kanäle 104' ausgehen, die in der achsnormalen Mittelebene dieser Radiallagerschale 96' münden.

4

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

B

2 Blatt Zeichnungen

Claims

654 632 PATENTANSPRÜCHE

1. Selbsttätig einrückbare Zahnkupplung mit

- einer verzahnten Antriebsnabe (20),

- einer verzahnten Abtriebsnabe (22),

- einem axial verschiebbaren Kupplungsstern (58), der durch eine an ihm ausgebildete erste Verzahnung (62) mit der Antriebsnabe (20) drehfest, jedoch axial verschiebbar verbunden ist und eine zweite Verzahnung (64) aufweist, die durch axiales Verschieben des Kupplungssterns (58) mit der Verzahnung (66) der Abtriebsnabe (22) in Eingriff bringbar ist,

- einer am Kupplungsstern (58) drehbar gelagerten Schraubmuffe (78), die durch eine Steilgewindepaarung (76,80) mit der Abtriebsnabe (22) verbunden ist,

- einem aus Klinken und einer Klinkenverzahnung bestehenden Klinkengesperre, über das die Schraubmuffe (78) vom Kupplungsstern (56) in einer Drehrichtung mitnehmbar ist,

- einem Lager (90), über das sich Antriebs- und Abtriebsnabe (20,22) aneinander abstützen,

- und einem Kanalsystem (104-130) für Schmiermittel, das die Zahnkupplung (10) unter dem Einfluss von Fliehkräften durchströmt, wobei das Lager (90) von einem zentralen Einlasskanal (44) mit frischem Schmiermittel versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (90) radial innerhalb der Schraubmuffe (78) angeordnet und den übrigen zu schmierenden Bauteilen der Zahnkupplung (10) im Kanalsystem (104-130) vorgeschaltet ist.

2. Zahnkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einem im Betrieb der Zahnkupplung (10) ständig umlaufenden Bauteil im Bereich des Lagers (90) Vorsprünge (102) ausgebildet sind, die wie Schaufeln einer Kreiselpumpe auf das Schmiermittel einwirken.

3. Zahnkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (102) an einem Axiallagerring (100) ausgebildet sind.

4. Zahnkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Axiallagerring (100) radial über der Mündung wenigstens eines vom zentralen Einlasskanal (44) ausgehenden Kanals (104) angeordnet ist.

5. Zahnkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Radiallagerschale (96) des Lagers (90) radial über der Mündung wenigstens eines vom zentralen Einlasskanal (44) ausgehenden Kanals (104) angeordnet ist.