DE19647166A1 - Spielfreie Verriegelungsvorrichtung für eine Trenn-Kopplungsvorrichtung - Google Patents

Spielfreie Verriegelungsvorrichtung für eine Trenn-Kopplungsvorrichtung

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kopplungsvorrichtungen für Antriebswellen und insbesondere eine spielfreie Verriegelungsvorrichtung für eine Trenn-Kopplungsvorrichtung für geteilte Antriebswellen.
Ein bedeutsamer Punkt beim Transport, z. B. schneller Aufmarsch, Routinebewegung, und/oder beim langfristigen oder kurzfristigen Verstauen, z. B. Verstauen im Hangar, Verstauen an Bord von Schiffen oder auf Ölplattformen, von Hubschraubern ist die Gesamtlänge, die von der strukturellen Einhüllenden gewisser Hubschrauber, insbesondere Hubschrauber für schwere Lasten, wie dem von der Sikorsky Aircraft Corporation hergestellten CH-53E Hubschrauber, definiert ist. Um auf diesen Punkt einzugehen, können derartige Hubschrauber mit einer klappbaren Heckauslegerstruktur zwischen dem Rumpf und dem Heckrotorträger des Hubschraubers ausgestattet sein. Die klappbare Heckauslegerstruktur läßt ein Klappen des Heckrotorträgers so zu, daß er dem Rumpf benachbart ist, um die Gesamtlänge der strukturellen Einhüllenden des Hubschraubers zu verringern und so den Transport und/oder das Verstauen des Hubschraubers zu erleichtern, der mit einer klappbaren Heckauslegerstruktur ausgestattet ist.
In der klappbaren Heckauslegerstruktur ist die Kraftübertragungseinrichtung des Heckrotors untergebracht. Die Heckrotor-Kraftübertragungseinrichtung kann Kraft (Drehmoment) von der Kraftmaschine des Hubschraubers abziehen und diese zu dem Heckrotorsystem des Hubschraubers mittels einer Heckrotor- Antriebsübertragungseinrichtung übermitteln (das Heckrotorsystem kann den durch das Hauptrotorsystem des Hubschraubers erzeugten Drehmomentwirkungen entgegenwirken). Die Heckrotor- Antriebsübertragungseinrichtung weist eine Antriebswelle auf, die sich zwischen der Kraftmaschine und einer Heckrotorträger- Drehmomentkopplungsvorrichtung, z. B. Zwischengetriebe und/oder Heckrotorgetriebe, erstreckt und kann Kraft von der Kraftmaschine zu der Heckrotorträger-Drehmomentkoppelungsvorrichtung übertragen.
An den Entwurf einer effizienten Heckrotorantriebswelle für größere Hubschrauber sind einige Anforderungen gestellt. Erstens kann es sein, daß die Drehachse des Heckrotorsystems nicht in der gleichen Ebene wie die Kraftmaschine des Hubschraubers liegt, so daß die Heckrotorantriebswelle zum Übertragen von Kraft längs zweier verschiedener Achsen ausgelegt sein muß. So erstreckt sich beispielsweise bei der Heckrotorantriebswelle des CH-53E Hubschraubers die Achse der Heckrotorantriebswelle in Längsrichtung zwischen der Kraftmaschine und einem Zwischengetriebe und dann vertikal/seitlich (der CH-53E Heckrotorträger ist bezüglich der vertikalen Achse des Hubschraubers schräg) zwischen dem Zwischengetriebe und einem Heckrotorgetriebe (s. Fig. 1, 1A).
Zweitens ist die Maximaldrehzahl einer Antriebswelle durch die kritische Wellendrehzahl begrenzt, d. h. die Wellendrehzahl über der Instabilitäten der Welle auftreten. Die kritische Drehzahl einer Welle ist zum Teil durch die Länge der Welle, durch die physischen und geometrischen Eigenschaften der Welle und die Belastungen definiert, die auf die Antriebswelle bei deren Betrieb aufgebracht sind, z. B. Vibrationsbelastungen.
Als Folge dieser beiden Faktoren weist die Heckrotorantriebsübertragungseinrichtung größerer Hubschrauber typischerweise eine Reihe von Antriebswellenabschnitten auf (statt einer einzigen Antriebswelle, welche die Gesamtkomplexität der Heckrotorantriebseinrichtung verringern würde). Fig. 1 zeigt die Heckrotorkraftübertragungseinrichtung PT (Power Train) des von der Sikorsky Aircraft Corporation hergestellten Hubschraubers CH-53E. Die Kraftübertragungseinrichtung PT des CH-53E, die Kraft von der Kraftmaschine zu dem Heckrotorsystem TRS (Tail Rotor System) abzieht, weist eine Antriebsübertragungseinrichtung auf, die mehrere Antriebswellenabschnitte DSS (Segmented Drive Shaft) und Abstützlager aufweist, z. B. Einfachabstützlager SB (Simplex Support Bearing), Doppellager DB (Duplex Bearing) (s. Fig. 1A), die an der Zelle des Hubschraubers fest befestigt sind, worin jeder Antriebswellenabschnitt DSS bei oder nahe bei seinen Enden von derartigen Abstützlagern abgestützt ist, sie weist ferner ein Zwischengetriebe IGB (Intermediate Gearbox), ein Heckrotorgetriebe TRGB (Tail Rotor Gearbox), Kopplungsvorrichtungen CD (Coupling Device) z. B. eine Thomas- Kopplung, die eine Schnittstelle - für das mechanische Zusammenwirken zwischen benachbarten Antriebswellenabschnitten DSS zum Übertragen von Drehmoment dazwischen schaffen, und eine Trenn- Kopplungsvorrichtung DCD (Disconnect Coupling Device) auf. Die Trenn-Kopplungsvorrichtung DCD kann benachbarte Antriebswellenabschnitte als eine Vorstufe zum Klappen des Heckrotorträgers schnell entkoppeln (oder schnell koppeln). Beim Betrieb des Hubschraubers ist es ein Muß, daß die Kopplungsvorrichtungen CD und insbesondere die Trenn- Kopplungsvorrichtung durchgehendes mechanisches Zusammenwirken zwischen den Antriebswellenabschnitten zur Kraftübertragung an das Heckrotorsystem TRS aufrechterhalten.
Für Hubschrauber mit der klappbaren Heckauslegerstruktur FTBS (Foldable Tail Boom Structure) (s. Fig. 1A) müssen zusätzliche Anforderungen beim Entwurf in bezug auf die Heckrotorantriebsübertragungseinrichtung und insbesondere die Trenn- Kopplungsvorrichtung DCD bedacht werden, welche die Schnittstelle für das mechanische Zusammenwirken für die benachbarten Antriebswellenabschnitte DSS an der Klappgelenklinie FHL (Fold Hinge Line) (s. Fig. 1A) bildet. Die Trenn-Kopplungsvorrichtung DCD muß zusätzlich dazu, daß sie durchgehendes mechanisches Zusammenwirken zwischen benachbarten Antriebswellenabschnitten DSS beim Betrieb des Hubschraubers aufrechterhält, so gestaltet sein, daß sie die Fähigkeit zum schnellen Entkoppeln (und Koppeln) schafft, so daß die Antriebswellenabschnitte DSS an der Klappgelenklinie FHL leicht mechanisch entkoppelt und getrennt (oder gekoppelt) werden können, um ein Klappen des Heckrotorträgers in eine dem Rumpf benachbarte Position (oder ein Repositionieren für den Flugbetrieb) zuzulassen.
Außerdem müssen die Heckrotorantriebseinrichtung und die Trenn- Kopplungsvorrichtung DCD so gestaltet sein, daß sie relativ unempfindlich gegen irgendeine der verschiedenen Arten von Fehlausrichtungen sind, z. B. axiale Fehlausrichtung, winkelmäßige Fehlausrichtung und/oder parallele Fehlausrichtung oder Versatz, die bei benachbarten Antriebswellenabschnitten auftreten können. Fehlausrichtungen bei der Heckrotorantriebsübertragungseinrichtung treten als Folge der Flexibilität der Zelle in Reaktion auf Belastungen beim Flug auf, d. h. Verformungen werden in die Heckrotorantriebsübertragungseinrichtung induziert und Betriebsbelastungen des Systems beispielsweise Schwingungsbelastungen wirken auf die Antriebsübertragungseinrichtung. Eine axiale Fehlausrichtung ist definiert als eine koaxial räumliche Trennung zwischen benachbarten Antriebswellenabschnitten. Die Fig. 2A, 2B zeigen schematisch winkelmäßige Fehlausrichtung bzw. parallelen Versatz (zum Zwecke der Darstellung stark übertrieben dargestellt). Hinsichtlich Fig. 2A ist eine winkelmäßige Fehlausrichtung als ein winkelmäßiger Versatz zwischen der Drehachse ADSS des Antriebswellenabschnitts DSS und der Drehachse ADCD der Trenn- Kopplungsvorrichtung DCD definiert (man beachte, daß die Eingangsdrehachse AIGB des Zwischengetriebes IGB zu der Drehachse ADSS des Antriebswellenabschnitts DSS kolinear bleibt). Hinsichtlich Fig. 2B ist paralleler Versatz als ein winkelmäßiger Versatz zwischen der Drehachse ADSS eines Antriebswellenabschnitts DSS und der Drehachse ADCD der Trenn-Kopplungsvorrichtung DCD definiert und ein winkelmäßiger Versatz zwischen der Eingangsdrehachse ADSS des Antriebswellenabschnitts DSS und der Eingangsdrehachse AIGB des Zwischengetriebes IGB, wobei die Drehachse ADCD der Trenn- Kopplungsvorrichtung DCD und die Eingangsdrehachse AIGB des Zwischengetriebes IGB annähernd parallel sind. Derartige Fehlausrichtungen können zu einem Verlust bei der Drehmomentübertragung über die Trenn-Kopplungsvorrichtung führen, zu über dem normalen liegenden Verschleiß bei den formschlüssig ineinandergreifenden, beispielsweise gezahnten Bauteilen der Trenn- Kopplungsvorrichtung (s. die folgenden Absätze) und/oder zu übermäßiger Belastung der Abstützlager führen.
Eine Trenn-Kopplungsvorrichtung des Standes der Technik weist eine wechselwirkende gezahnte Anordnung auf, bei der die Drehmomentübertragungsenden benachbarter Antriebswellenabschnitte mit "männlichen" Zahnungen bzw. "weiblichen" Zahnungen versehen sind. Die weiblichen Zahnungen sind an einer Kopplung gebildet, die an dem Außenumfang des Ausgangsantriebswellenabschnitts verschiebbar angeordnet ist. Die gezahnte Kopplung kann mittels einer Schraubenfeder auf die männliche Zahnung vorbelastet werden, um mechanisches Zusammenwirken zwischen der männlichen und der weiblichen Zahnung zu bewirken. Die Drehmomentübertragung zwischen den benachbarten Antriebswellenabschnitten wird durch das mechanische Zusammenwirken zwischen der männlichen und der weiblichen Zahnung bewirkt. Das Entkoppeln benachbarter Antriebswellenabschnitte wird durch Zusammendrücken der Schraubenfeder bewirkt, um die gezahnte Kopplung aus dem mechanischen Zusammenwirken mit der männlichen Zahnung zu bringen und so das winkelmäßige Verlagern des Ausgangsantriebswellenabschnitts um die Klappgelenklinie während des Klappens des Heckrotorträgers zu erleichtern.
Eine Variante der vorangehenden wechselwirkenden gezahnten Anordnung weist eine Anordnung auf, bei der benachbarte Antriebswellenabschnitte (Eingang und Ausgang) mit Außenzahnungen (männlich) versehen sind. Eine gemeinsame Hülse mit einer Innenzahnung ist durch einen Betätiger linear verlagerbar und vorspannbar in eine in bezug zu den Außenverzahnungen des Eingangsantriebswellenabschnitts und des Ausgangsantriebswellenabschnitts konzentrische Position und bewirkt so ein mechanisches Zusammenwirken zwischen den Außenzahnungen des Eingangsantriebswellenabschnitts und des Ausgangsantriebswellenabschnitts und der Innenzahnung der gemeinsamen Hülse. Drehmomentübertragung zwischen dem Eingangsantriebswellenabschnitt und dem Ausgangsantriebswellenabschnitt wird durch das mechanische Zusammenwirken der männlichen Zahnung des Eingangsantriebswellenabschnitts mit der Innenzahnung der gemeinsamen Hülse und das mechanische Zusammenwirken der Innenzahnung der gemeinsamen Hülse mit der männlichen Zahnung des Ausgangsantriebswellenabschnitts bewirkt. Das Entkoppeln der benachbarten Antriebswellenabschnitte wird durch das Aktivieren des Betätigers bewirkt, um die gemeinsame Hülse linear so zu verlagern, daß sie in bezug zu der Außenzahnung des Ausgangsantriebswellenabschnitts nicht konzentrisch positioniert ist, und so eine winkelmäßige Verlagerung des Ausgangsantriebswellenabschnitts um die Klappgelenklinie beim Klappen des Heckrotorträgers zu erleichtern.
Eine andere Trenn-Kopplungsvorrichtung des Stands der Technik, die der in dem vorhergehenden Absatz beschriebenen wechselwirkenden gezahnten Anordnung ähnlich ist, ist in dem U.S. Patent Nr. 5,360,376 detailliert beschrieben und beispielhaft in Fig. 3 gezeigt. Kurz gesagt sind dabei, wie in Fig. 3 gezeigt, ein Eingangsantriebswellenabschnitt 100 und ein Ausgangsantriebswellenabschnitt 200 durch eine Trenn- Kopplungsvorrichtung 110 mechanisch miteinander gekoppelt (die letzten beiden Stellen der Bezugszeichen hier der 100er Serie entsprechen den zweistelligen Bezugszeichen in dem ′376 Patent). Ein Ausgangstrennteil 205 ist zusammen mit einem Flanschelement 210 integriert fest an dem Ausgangsantriebswellenabschnitt 200 durch eine flexible Kopplung 214 befestigt. Die flexible Kopplung 214 erlaubt eine axiale und winkelmäßige Bewegung des Ausgangstrennteils 205 in bezug zu dem festen Flanschelement 210, und schafft so eine Anpassung für Fehlausrichtungen zwischen dem Eingangsantriebswellenabschnitt 100 und dem Ausgangsantriebswellenabschnitt 200, wobei es eine effiziente Drehmomentübertragung dazwischen beibehält. Ein gezahntes Ausgangskoppelelement 150 ist zusammen mit dem Ausgangstrennteil 205 mechanisch integriert.
Ein Eingangstrennteil 120 ist zusammen mit dem Eingangsantriebswellenabschnitt 100 mechanisch integriert und zusammen damit durch eine Doppellageranordnung 122 drehbar abgestützt (die Doppellageranordnung 122 ist an der Zelle durch den Lagerflansch 122F fest befestigt). Ein gezahntes Eingangskoppelelement 130 ist zusammen mit dem Eingangstrennteil 120 mechanisch integriert.
In Kombination mit dem gezahnten Eingangskoppelelement 130 ist eine weibliche Zahnungsanordnung 140 verschiebbar angebracht. Die weibliche Zahnungsanordnung 140 ist zur verschiebbaren Bewegung bezüglich der männlichen Eingangszahnung 130 und der männlichen Ausgangszahnung 150 mittels einer Schraubenfeder 142 angeordnet. Die Schraubenfeder 142 kann die weibliche Zahnungsanordnung 140 in ein ineinandergreifendes Zusammenwirkens mit der männlichen Eingangszahnung und der männlichen Ausgangszahnung 130, 150 vorspannen (und beibehalten), bei dem Drehmoment von dem Eingangsantriebswellenabschnitt 100 zu dem Ausgangsantriebswellenabschnitt 200 übertragen wird. Die Schraubenfeder 142 kann durch einen Bügelmechanismus 194 zusammengedrückt werden, um die Schraubenfeder 142 aus dem ineinandergreifenden Zusammenwirken mit dem gezahnten Ausgangskoppelelement 150 zu bewegen, und so ein Entkoppeln und eine winkelmäßige Verlagerung des Ausgangsantriebswellenabschnitts 200 zum Klappen des Heckrotorträgers zulassen.
Um einen Verlust der Drehmomentübertragung infolge versehentlicher axialer Trennung zwischen der weiblichen Zahnungsanordnung 140 und dem gezahnten Ausgangskoppelelement 150 während der Rotation der Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 auszuschließen, weist die Trenn- Kopplungsvorrichtung 110 eine Verriegelungsvorrichtung 170 auf, die die weibliche Zahnungsanordnung 140 an dem gezahnten Ausgangskoppelelement 150 festlegen kann (die Verriegelungsvorrichtung 170 kann jedoch kein Drehmoment von dem Eingangsantriebswellenabschnitt 100 zum dem Ausgangsantriebswellenabschnitt 200 übertragen). Die Verriegelungsvorrichtung 170 weist ein konzentrisches Käfigsegment 171 mit mehreren Öffnungen 176, mehrere in die Öffnungen 176 eingesetzte Verriegelungskugeln 180, ein Ausgangskoppelelement 182 mit einer einzigen ringförmigen Verriegelungssperre 182 (im Gegensatz zu den mehreren Verriegelungssperren, die in dem ′376 Patent beschrieben sind), die an dem gezahnten Ausgangskoppelelement 150 befestigt ist, und ein äußeres Gehäuse 186 auf. In der verriegelten Position ist das äußere Gehäuse 186 in das Zusammenwirken mit der Kombination aus konzentrischem Käfigsegment 171 und der weiblichen Zahnungsanordnung 140 durch Belleville-Federn 188 vorgespannt und spannt so die vorstehenden Verriegelungskugeln 180 in ein Zusammenwirken mit der Verriegelungssperre 182, um die weibliche Zahnungsanordnung 140 mit dem gezahnten Ausgangskoppelelement 150 zu verriegeln.
Obwohl die vorangehende Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 mit der Verriegelungsvorrichtung 170 generell beim Verriegeln der weiblichen Zahnungsanordnung 140 in ineinander greifender Kombination mit der Eingangszahnung 130 und der Ausgangszahnung 150 wirksam ist, haben Entwicklungstests dieser Ausführungsform einige Nachteile aufgedeckt, die die Verwendung der vorangehend beschriebenen Verriegelungsvorrichtung 170 als eine Entwurfslösung für die Produktion zum Eliminieren eines axialen Trennens während des Betriebs der Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 ausgeschlossen hat. Einer dieser Nachteile war das dem Entwurf der Verriegelungsvorrichtung 170 inhärente Lockersein. Ein Spiel muß für die Verriegelungsvorrichtung 170 beim Entwurf vorgesehen sein, um deren Verriegeln zu erleichtern. Ein derartiges Entwurfsspiel erlaubt aber ein Aufbringen von Fehlausrichtungen auf das Antriebswellenteil 200 hinter der Trenn- Kopplungsvorrichtung 110. Außerdem könnte die vorangehend beschriebene Verriegelungsvorrichtung 170 durch Zentrifugalkraftwirkungen negativ beeinflußt werden. Die Zentrifugalkraft tendiert dazu, die Verriegelungskugeln 180 nach außen gegen das äußere Gehäuse 186 zu drücken, und es hat in einigen Fällen dazu geführt, daß das äußere Gehäuse 186 aus dem Zusammenwirken mit dem Ausgangskoppelelement 182 herausgedrückt wurde.
Es besteht eine Notwendigkeit danach, eine Verriegelungsvorrichtung für eine Trenn-Kopplungsvorrichtung bereitzustellen, die ein sicheres Verriegeln der Trenn-Kopplungsvorrichtung bei deren Betrieb schafft und die durch die Zentrifugalkraft nicht negativ beeinflußt wird. Der Aufbau der Verriegelungsvorrichtung sollte ohne irgendein inhärentes Entwurfsspiel auskommen, um die Integration und/oder die Verwendung davon in Kombination mit der Trenn-Kopplungsvorrichtung zu erleichtern. Die Verriegelungsvorrichtung sollte mit bereits bestehenden Trenn-Kopplungsvorrichtungsentwürfen kompatibel sein, sollte einen relativ unkomplizierten mechanischen Aufbau besitzen und sollte leicht herzustellen sein und zusammen mit bereits bestehenden Trenn- Kopplungsvorrichtungen leicht zusammengebaut werden können.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verriegelungsvorrichtung für eine Trenn-Kopplungsvorrichtung bereitzustellen, die ein sicheres Verriegeln der Trenn- Kopplungsvorrichtung bei deren Betrieb liefert und die durch die Zentrifugalkraft nicht negativ beeinflußt wird.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verriegelungsvorrichtung für eine Trenn-Kopplungsvorrichtung bereitzustellen, die einen spielfreien Aufbau besitzt, was eine feste Abstützung für den mechanisch mit der Trenn-Kopplungsvorrichtung verbundenen Ausgangsantriebswellenabschnitt schafft.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verriegelungsvorrichtung für Trenn-Kopplungsvorrichtungen bereitzustellen, die mit bereits existierenden Trenn- Kopplungsvorrichtungsentwürfen kompatibel ist.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verriegelungsvorrichtung für eine Trenn-Kopplungsvorrichtung bereitzustellen, die einen relativ unkomplizierten mechanischen Aufbau besitzt.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verriegelungsvorrichtung mit einem Aufbau bereitzustellen, bei dem die von der Verriegelungsvorrichtung bereitgestellte Verriegelungskraft durch Wirkungen der Zentrifugalkraft beim Rotieren der Trenn- Kopplungsvorrichtung verstärkt wird.
Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch eine Verriegelungsvorrichtung für eine Trenn-Kopplungsvorrichtung für eine geteilte Antriebswelle bereitgestellt, wobei die Trenn- Kopplungsvorrichtung ein Eingangstrennteil mit einem damit integrierten gezahnten Eingangskoppelelement, ein Ausgangstrennteil mit einem damit integrierten gezahnten Ausgangskoppelelement und eine Einrichtung zum Erzeugen einer Vorspannkraft aufweist,
gekennzeichnet durch
ein konzentrisches Verriegelungsgehäuse, das an dem Ausgangstrennteil befestigt ist,
eine ringförmige Ausgleichsplatte, die schwimmend an dem Eingangstrennteil angeordnet ist und betriebsmäßig mit der Einrichtung zum Erzeugen einer Vorspannkraft verbunden ist,
mehrere Verbindungselemente, die drehbar mit der ringförmigen Ausgleichsplatte mechanisch verbunden sind und um den Umfang der ringförmigen Ausgleichsplatte mit gleichem Abstand beabstandet sind,
je eine Verriegelungsklinke, die drehbar mit den mehreren Verbindungselementen mechanisch verbunden sind, und
je eine Klinkenführung, die mit den Verriegelungsklinken ausgerichtet an dem Eingangstrennteil befestigt sind und eine Translationsachse für die entsprechende Verriegelungsklinke für die Verlagerung der Verriegelungsklinke zwischen einer zurückgezogenen Position und einer ausgestreckten Position definieren,
wobei in einer verriegelten Position der Verriegelungsvorrichtung die Einrichtung zum Erzeugen einer Vorspannkraft eine Verlagerung der Verriegelungsklinken in die ausgestreckte Position bewirkt, in der die Verriegelungsklinken mit dem konischen Verriegelungsgehäuse mit einer Verriegelungskraft mechanisch zusammenwirken, um das gezahnte Eingangskoppelelement und das gezahnte Ausgangskoppelelement in mechanischem Zusammenwirken in eingreifender Kombination sicher zu verriegeln,
und wobei die strukturelle Gestalt der Verbindungselemente und der Verriegelungsklinken in Kombination bewirkt, daß die Verriegelungskraft durch die auf die Verbindungselemente und die Verriegelungsklinken wirkenden Wirkungen der Zentrifugalkraft verstärkt wird.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Einrichtung zum Erzeugen einer Vorspannkraft um eine Schraubenfeder, die zusammen mit dem Eingangstrennteil angeordnet ist. Die Verriegelungskraft, die durch die Verriegelungsklinken ausgeübt wird, kann eine axiale Verlagerung des konischen Verriegelungsgehäuses verhindern. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Heckrotor- Kraftübertragungseinrichtung eines von der Sikorsky Aircraft Corporation hergestellten CH53-E Hubschraubers,
Fig. 1A eine zum Teil weggeschnittene Seitenansicht der Heckrotor-Kraftübertragungseinrichtung von Fig. 1, die in der klappbaren Heckauslegerstruktur des CH53-E Hubschraubers untergebracht ist,
Fig. 2A eine schematische Ansicht, die eine winkelmäßige Fehlausrichtung einer geteilten Antriebswelle zeigt (stark übertrieben für die Zwecke der Erläuterung),
Fig. 2B eine schematische Ansicht, die den parallelen Versatz einer geteilten Antriebswelle zeigt (stark übertrieben für die Zwecke der Erläuterung),
Fig. 3 eine Schnittansicht einer Trenn-Kopplungsvorrichtung des Stands der Technik,
Fig. 4A einen Schnitt des Eingangsantriebswellenabschnittsbereichs einer Trenn-Kopplungsvorrichtung,
Fig. 4B einen Schnitt des Ausgangsantriebswellenabschnittsbereichs einer Trenn-Kopplungsvorrichtung,
Fig. 4C einen Schnitt der Trenn-Kopplungsvorrichtung der Fig. 4A, 4B in entkoppelter Anordnung,
Fig. 5 einen Schnitt der Trenn-Kopplungsvorrichtung der Fig. 4A, 4B in gekoppelter Anordnung mit einer erfindungsgemäßen mechanisch damit integrierten spielfreien Verriegelungsvorrichtung,
Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht zum Teil im Schnitt, basierend auf Fig. 5, die detaillierter eine Verbindungselement- Verriegelungsklinken-Kombination der erfindungsgemäßen spielfreien Verriegelungsvorrichtung zeigt.
Es wird nun auf die Fig. 4A bis 4C und 5 bezug genommen, in denen gleiche Bezugszeichen entsprechende oder ähnliche Elemente in den einzelnen Ansichten bezeichnen. Die Fig. 4A bis 4C zeigen eine Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 für eine geteilte Antriebswelle (der Begriff "geteilte Antriebswelle" wird hier so verwendet, daß er eine oder mehrere Antriebswellen bzw. einen oder mehrere Antriebswellenabschnitte zwischen der Kraftmaschine und der Trenn- Kopplungsvorrichtung 110 umfaßt und typischerweise einen Antriebswellenabschnitt nach der Trenn-Kopplungsvorrichtung 110). Die Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 ist in ihrem Aufbau der Trenn- Kopplungsvorrichtung ähnlich, wie sie vorangehend und in dem U.S. Patent Nr. 5,360,376 beschrieben ist. Die letzten zwei Stellen der Bezugszeichen aus der 100-er Serie, die Elemente in den Fig. 4A bis 4C bezeichnen, entsprechen generell den Bauteilen, die durch die zweistelligen Bezugszeichen in dem ′376 Patent bezeichnet sind, und die Bezugszeichen aus der 200-er Serie, die in den Fig. 4A bis 4C Elemente bezeichnen, entsprechen den Bauteilen, die durch die entsprechenden Bezugszeichen aus der 200-er Serien in dem ′376 Patent bezeichnet sind.
Die Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 weist ein Eingangstrennteil 120 auf, das zusammen mit dem Eingangsantriebswellenabschnitt 100 angebracht ist und zusammen damit durch eine Doppellageranordnung 122 drehbar abgestützt ist (in Fig. 4A ist der Eingangsantriebswellenabschnitt 100 an der Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 durch dem Flansch 100F mechanisch befestigt). Die Doppellageranordnung 122 ist fest an einer Infrastruktur z. B. der Zelle AF (Airframe) des Hubschraubers durch den Lagerflansch 122F (s. Fig. 4C) befestigt. Ein gezahntes Eingangskoppelelement 130 ist an dem trennbaren Eingangsteil 120 vorgesehen (für die in den Fig. 4A, 4C und 5 bis 6 gezeigte Ausführungsform ist das gezahnte Eingangskoppelelement 130 einstückig mit dem Eingangstrennteil 120 hergestellt). Eine Schraubenfeder 142 ist konzentrisch um das Eingangstrennteil 120 angeordnet. Ein Betätigerkragen 194′ ist in Kombination mit der Schraubenfeder 142 angeordnet und kann die Vorspannung der Schraubenfeder 142 zwischen einem Zusammenwirkzustand, in dem die Schraubenfeder 142 eine Vorspannkraft Fs (bei der beschriebenen Ausführungsform Fs ≈ kN (400 Pfund)) ausübt, und einem Nicht-Zusammenwirkzustand verändern, in dem die Schraubenfeder 142 zusammengedrückt ist, d. h. keine Vorspannkraft ausgeübt wird. Eine Führungshülse 162, die einen Kanal 164 definiert, ist an dem Eingangstrennteil 120 angebracht.
Die Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 weist ferner ein Ausgangstrennteil 205 auf, das mechanisch mit einem Flanschelement 210 verbunden ist und welches fest an dem Ausgangsantriebswellenabschnitt 200 mittels einer vorderen flexiblen Kopplung 214 befestigt ist. Eine hintere flexible Kopplung 230 ist Teil des Ausgangsantriebswellenabschnitts 200 hinter der vorderen flexiblen Kopplung 214 und kann eine Anpassung an einen parallelen Versatz zwischen der Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 und dem Zwischengetriebe IGB schaffen (s. Fig. 4C, in der das Bezugszeichen "CL1" die Mittellinie der Antriebswelle in der geklappten Anordnung zeigt und das Bezugszeichen "CL2" die Mittellinie der Antriebswelle in der Fluganordnung zeigt, wobei die Mittellinien CL1 und CL2 bei der hinteren flexiblen Kopplung 230 zusammenfallen). Die flexiblen Kopplungen 214, 230 erlauben eine axiale und eine winkelmäßige Bewegung des Ausgangstrennteils 205 in bezug auf das feste Flanschelement 210 und schaffen so eine Anpassung für Fehlausrichtungen zwischen dem Eingangsantriebswellenabschnitt 100 und dem Ausgangsantriebswellenabschnitt 200. Die flexiblen Kopplungen 214, 230 schaffen auch eine Anpassung an die Bewegung des vorderen Bereichs des Ausgangsantriebswellensegments 200, um auf einer Antriebswellenabstützung zu ruhen (das Bezugszeichen "S₂₀₀" identifiziert die Antriebswellenabstützung in der Fig. 4C, die bei der beschriebenen Ausführungsform an der Zelle AF beispielsweise an einem Spant befestigt ist), wenn die Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 entkoppelt ist. Ein gezahntes Ausgangskoppelelement 150 ist mechanisch an dem Ausgangstrennteil 205 angebracht (bei der beschriebenen Ausführungsform mittels Schraubenverbindungen). Ein Führungszapfen 160 ist auch an dem Ausgangstrennteil 205 mechanisch angebracht.
Der Führungszapfen 160 kann in Verbindung mit der Führungshülse 162 eine korrekte Ausrichtung und ein korrektes Zusammenwirken zwischen dem gezahnten Eingangskoppelelement 130 und dem gezahnten Ausgangskoppelelement 150 während des Koppelns der Trenn- Kopplungsvorrichtung 110 sicherstellen, um eine Drehmomentübertragung zwischen dem Eingangsantriebswellenabschnitt 100 und dem Ausgangsantriebswellenabschnitt 200 zu bewirken. (Man beachte, daß die Anordnungen des Führungszapfens 160 und der Führungshülse 162 gegenüber der Ausführungsform der in dem ′376 Patent gezeigten Trenn-Kopplungsvorrichtung ausgetauscht sind). Das Bezugszeichen "M₁₆₀" in der Fig. 4C definiert die Bewegung (motion) der Spitze des Führungszapfens 160 beim Klappen des Heckrotorträgers.
Eine spielfreie Verriegelungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist an der in den vorhergehenden Absätzen beschriebenen Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 angebracht und fungiert in der verriegelten Position als eine feste Abstützung für das Ausgangsantriebswellensegment 200. Die Verriegelungsvorrichtung 10 kann eine Verriegelungskraft FD erzeugen, die das gezahnte Eingangskoppelelement 130 und das gezahnte Ausgangskoppelelement 150 in ineinandergreifender Kombination sicher verriegelt, und so eine unbeabsichtigte axiale Trennung zwischen diesen ausschließen. Die Verriegelungskraft FD, die durch die Verriegelungsvorrichtung 10 ausgeübt wird, stellt die Konzentrizität und den korrekten Eingreifkontakt zwischen dem gezahnten Eingangskoppelelement 130 und dem gezahnten Ausgangskoppelelement 150 während der Rotation der Dreh-Kopplungsvorrichtung 110 sicher. Der strukturelle Aufbau der Verriegelungsvorrichtung 10 bewirkt, daß die Verriegelungskraft FD mit zunehmender Drehzahl der Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 infolge des Kanalisierens der Zentrifugalkräfte durch die Verriegelungsvorrichtung 10 verstärkt wird. Die Stabilität, d. h. die Festigkeit, der Verriegelungsvorrichtung 10 erlaubt es, daß flexible Kopplungen beispielsweise die vorangehend beschriebenen flexiblen Kopplungen 214, 230 in Kombination mit der Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 verwendet werden, um eine Anpassung für Fehlausrichtungen und Verformungen in der Antriebsübertragungseinrichtung zu schaffen, und so übermäßige Belastung und/oder Verschleiß bei der Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 verhindert werden.
Es wird bezug genommen auf die Fig. 5 und 6. Die Verriegelungsvorrichtung 10 weist eine ringförmige Ausgleichsplatte 12, mehrere Verbindungselemente 14, mehrere Verbindungsklinken 20, mehrere Klinkenführungen 22, ein konzentrisches Verriegelungsgehäuse 24 und eine ringförmige Hülse 26 auf. Bei der beschriebenen Ausführungsform der Verriegelungsvorrichtung 10 sind alle Bauteile der Verriegelungsvorrichtung 10 aus rostfreiem Stahl hergestellt.
Die ringförmige Hülse 26 ist fest an dem Betätigerkragen 194′ auf konventionelle Art befestigt, z. B. durch eine Schraubenverbindung, so daß die Schraubenfeder 142 an der ringförmigen Hülse 26 anliegt (s. insbesondere Fig. 6), d. h. die Vorspannkraft Fs, die durch die Schraubenfeder 142 bereitgestellt wird, wird auf die ringförmige Hülse 26 aufgebracht. Die ringförmige Hülse 26 ist nach hinten und nach vorne in Reaktion auf die Vorspannung der Schraubenfeder 142 zwischen dem Zusammenwirkzustand bzw. dem Nicht- Zusammenwirkzustand verlagerbar.
Die ringförmige Ausgleichsplatte 12 ist an dem Eingangstrennteil 120 in Anlage mit der ringförmigen Hülse 26 angebracht und wird nach hinten und nach vorne synchron mit dem nach hinten und nach vorne Verlagern der ringförmigen Hülse 26 verlagert. Die ringförmige Ausgleichsplatte 12 ist relativ zur Mittellinie CL2 der Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 schwimmend, d. h. beweglich, angebracht (s. insbesondere Fig. 6), um irgendwelche Toleranzabweichungen in den Bauteilen der Verriegelungsvorrichtung 10 und/oder der Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 zu kompensieren, und stellt so sicher, daß alle Verriegelungsklinken 20 mit dem konzentrischen Verriegelungsgehäuse 24 mechanisch zusammenwirken (wie nachfolgend detaillierter beschrieben werden wird), wenn sich die Verriegelungsvorrichtung 10 in dem Verriegelungszustand befinden. Ein spiralförmiger Verriegelungshaltering oder Federring 30 kann in Kombination mit der ringförmigen Hülse 26 angebracht sein (s. Fig. 6), um an der ringförmigen Ausgleichsplatte 12 anzuliegen, um ein Zurückhalten der Anpaßplatte 12 in Anlage mit der ringförmigen Hülse 26 sicherzustellen.
Die mehreren Verbindungselemente 14 (s. auch Fig. 4B, 4C) sind drehbar an einem Ende davon mit der ringförmigen Ausgleichsplatte 12 durch irgendwelche konventionellen Mittel 16 mechanisch verbunden, z. B. Zapfenverbindung, Lageranordnung (s. insbesondere Fig. 6). Die drehbare Verbindungseinrichtung 16 erlaubt, daß die Verbindungselemente 14 um die durch die drehbare Verbindungseinrichtung 16 definierte Achse drehen, wenn die Schraubenfeder 142 zyklisch zwischen dem Zusammenwirk- und Nicht- Zusammenwirkzustand bewegt wird (s. Fig. 4A bzw. 4C). Die mehreren Verbindungselemente 14 sind um den Umfang der ringförmigen Ausgleichsplatte 12 mit gleichem Abstand angeordnet. Sie können aber auch mit relativ zueinander verschiedenen Abständen angeordnet sein. Die bevorzugte Ausführungsform der Verriegelungsvorrichtung 10 besitzt drei Verbindungselemente 14, die um 120° voneinander beabstandet um den Umfang der ringförmigen Ausgleichsplatte 12 angeordnet sind.
Eine Verriegelungsklinke 20 ist drehbar an dem anderen Ende jedes Verbindungselements 14 durch irgendein konventionelles Mittel 18 mechanisch verbunden, z. B. Zapfenverbindung, Lageranordnung (s. insbesondere Fig. 6). Die drehbare Verbindungseinrichtung 18 erlaubt ein Drehen der Verbindungselemente 14 um die durch die drehbare Verbindungseinrichtung 18 definierte Achse, wenn die Schraubenfeder 142 zwischen dem Zusammenwirk- und Nicht-Zusammenwirkzustand (s. Fig. 4A bzw. 4C) zyklisch bewegt wird. Jede Verriegelungsklinke 20 besitzt generell eine schwalbenschwanzförmige oder trapezförmige Gestalt, um das Lagern der Verriegelungsklinke 20 in der entsprechenden Klinkenführung 22 zu erleichtern. Das Ende der Verriegelungsklinke 20, das mit dem konischen Verriegelungsgehäuse 24 mechanisch in Eingriff kommt, besitzt vorzugsweise eine schräge, vorzugsweise konische Gestalt, wie sie durch das Bezugszeichen 20CE in Fig. 4C gezeigt ist. Ganz besonders günstig ist es, wenn die entsprechenden Enden der Verriegelungsklinken 22 gemeinsam eine konische Fläche definieren, um das in Eingriff Kommen mit dem konischen Verriegelungsgehäuse 24 zu begünstigen.
Je eine Klinkenführung 22 ist an dem Eingangstrennteil 120 mit einer Verriegelungsklinke 20 ausgerichtet befestigt. Vorzugsweise ist die Klinkenführung 22 einstückig hergestellt mit einer Führungsfläche zum Lagern der Verriegelungsklinke 20 und einander gegenüberliegenden von der Führungsfläche wegragenden Seitenwänden. Die Führungsfläche und die Oberflächen der gegenüberliegenden Seitenwände zusammen sind zu der schwalbenschwanzförmigen oder trapezförmigen Gestalt der Verriegelungsklinke 20 komplementär. Die Oberflächen der gegenüberliegenden Seitenwände der Klinkenführung 22 wirken mit den entgegengesetzten Rändern der entsprechenden Führungsklinke 20 zusammen und können die translatorische Bewegung der Verriegelungsklinke 20 entlang einer Achse A₂₀ begrenzen, die durch die Führungsfläche definiert ist. Die Translationsachse A₂₀, die durch die Führungsfläche der Klinkenführung 22 definiert ist, ist schwach schräg bezüglich einer zur Mittellinie CL2 der Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 rechtwinkligen Linie (s. Bezugszeichen des θ in Fig. 6). Die schräge Translationsachse A₂₀ schließt aus, daß die Verbindungselemente 14 verriegeln, wenn sich die Verriegelungsvorrichtung 10 in der unverriegelten Position befindet, d. h. mit den Verriegelungsklinken 20 in der zurückgezogenen Position.
Das konzentrische Verriegelungsgehäuse 24 ist an dem Ausgangstrennteil 205 auf irgendeine konventionelle Art beispielsweise durch eine Schraubenverbindung befestigt (s. auch Fig. 4B, 4C). Der Aufbau des konzentrischen Verriegelungsgehäuses 24 weist ein ringförmig sich verjüngendes Segment 24TS (Tapered Segement) auf, das mit den konischen Enden 20CE (Conical Ends) der Verriegelungsklinken 20 strukturell ausgerichtet ist, wenn sich die Verriegelungsvorrichtung 10 in der verriegelten Position befindet. Das konzentrische Verriegelungsgehäuse 24 ist so bemaßt, daß das freie Ende davon mit dem Flanschende der ringförmigen Hülse 26 abdichtend zusammenwirkt und die konischen Enden 20CE der Verriegelungsklinken 20 mit dem ringförmigen sich verjüngenden Segment 24TS des konzentrischen Verriegelungsgehäuses 24 zusammenwirken, wenn sich die Verriegelungsvorrichtung 10 in der verriegelten Position befindet (s. Fig. 5).
Die unverriegelte Position der Verriegelungsvorrichtung 10 ist in der Fig. 4C gezeigt. Man erreicht die unverriegelte Position, indem der Betätigerkragen 194′ betätigt wird, um die Schraubenfeder 142 in den Nicht-Zusammenwirkzustand zusammenzudrücken. In der unverriegelten Position befinden sich die Verriegelungsklinken 20 in einer zurückgezogenen Position, in der sich die konischen Enden 20CE außerhalb der Wirkungslinie des freien Endes des konzentrischen Verriegelungsgehäuses 24 befinden, so daß das Eingangstrennteil 120 und das Ausgangstrennteil 205 leicht in Kombination gekoppelt werden können (oder entkoppelt werden können, als eine Vorstufe zum Klappen des Heckrotorträgers).
Die verriegelte Position der Verriegelungsvorrichtung 10 ist in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Wenn das Eingangstrennteil 120 und das Ausgangstrennteil 205 in Kombination gekoppelt sind (wenn das gezahnte Eingangskoppelelement 130 und das gezahnte Ausgangskoppelelement 150 in eingreifender Kombination mechanisch zusammenwirken), erhält man die verriegelte Position, indem der Betätigerkragen 194′ betätigt wird, so daß sich die Schraubenfeder 142 ausdehnt, wobei die Vorspannkraft Fs der Schraubenfeder 142 gegen die ringförmige Ausgleichsplatte 12 ausgeübt wird und eine Verlagerung der ringförmigen Betätigerplatte 12 nach hinten bewirkt wird (nach rechts in Fig. 4C). Die Verlagerung der ringförmigen Anpaßplatte 12 bewirkt, daß sich die mehreren Verbindungselemente 14 zu der ringförmigen Ausgleichsplatte 12 um die durch die drehbaren Verbindungseinrichtungen 16 definierten Achsen synchron drehen. Das Drehen der Verbindungselemente 14 bewirkt eine translatorische Verlagerung der Verriegelungsklinken 20 entlang der Translationsachse A₂₀ in eine ausgestreckte Position (begleitet durch ein synchrones Drehen der Verbindungselemente 14 die durch die drehbaren Verbindungseinrichtungen 18 definierten Achsen). In der ausgestreckten Position wirken die konischen Enden 20CE der Verriegelungsklinken 20 mit dem sich verjüngenden Segment 24TS des konzentrischen Verriegelungsgehäuses 24 mechanisch zusammen. Das mechanische Zusammenwirken der konischen Enden 20CE der Verriegelungsklinken 20 gegen das sich verjüngende Segment 24TS des konischen Verriegelungsgehäuses 24 schließt jegwede Verlagerung des konischen Verriegelungsgehäuses 24 nach hinten aus und verriegelt so sicher das gezahnte Eingangskoppelelement 130 und das gezahnte Ausgangskoppelelement 150 im mechanischen Zusammenwirken für optimale Drehmomentübertragung während des Rotierens der Trenn- Koppelvorrichtung 110, d. h. die Verriegelungsvorrichtung 10 schließt jegliche axiale Trennung zwischen dem gezahnten Eingangskoppelelement 130 und dem gezahnten Ausgangskoppelelement 150 aus.
Wenn sich die Verriegelungsvorrichtung 10 in der verriegelten Position befindet, übt die Schraubenfeder 142 die Vorspannkraft Fs gegen die ringförmige Ausgleichsplatte 12 aus. Die Verriegelungskraft FD, die von den Verriegelungsklinken 20 gegen das konzentrische Verriegelungsgehäuse 24 ausgeübt wird, ist infolge der Geometrie der Verriegelungsvorrichtung 10 generell definiert durch die folgende Gleichung (wobei die Effekte der Reibung außer Acht gelassen sind):
worin Ω den Winkel definiert, der sich (bezüglich der durch die drehbaren Verbindungseinrichtungen 18 definierten Achse) zwischen der Achse A₁₄ des Verbindungselements 14 und einer Linie A′₂₀ parallel zur Translationsachse A₂₀ der Verriegelungsklinke 20 befindet. Für die hier beschriebene Ausführungsform der Verriegelungsvorrichtung 10, in der θ=5°, gilt:
Infolge der strukturellen Anordnung der Verbindungselemente 14 und der Verriegelungsklinken 20 der Verriegelungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Verriegelungskraft FD beim Betrieb der Antriebswelleneinrichtung verstärkt, d. h. während des Rotierens der Trenn-Kopplungsvorrichtung 110. Die Rotation der Trenn- Kopplungsvorrichtung 110 bewirkt, daß eine Zentrifugalkraftwirkung über die mehreren Verbindungselemente 14 und die mehreren Verriegelungsklinken 20 gegen das ringförmige sich verjüngende Segment 24TS des konzentrischen Verriegelungsgehäuses 24 ausgeübt wird. Mit der Zunahme der Drehzahl der Trenn-Kopplungsvorrichtung 110 nimmt gleichzeitig die Komponente der Zentrifugalkraftwirkung an der Verriegelungskraft FD zu. So verstärkt die strukturelle Anordnung der Verriegelungsvorrichtung 10 die gegen das konzentrische Verriegelungsgehäuse 24 ausgeübte Verriegelungskraft FD durch die Wirkungen der Zentrifugalkraft, die auf die Verbindungselemente 14 und die Verriegelungsklinken 20 wirkt.
Die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung 10 besitzt eine spielfreie Anordnung als Folge der strukturellen und funktionellen Wechselbeziehungen zwischen den Verriegelungsklinken 20 und dem konischen Verriegelungsgehäuse 24, wie es sich durch die Festigkeit und Steifigkeit der Verriegelungsvorrichtung 10 in der verriegelten Position beweist. Wie vorangehend bereits angemerkt wurde, wirken die Verriegelungsklinken 20 in der zurückgezogenen Position mit dem konischen Verriegelungsgehäuse 24 während des Koppelns (oder Entkoppelns) von dem Eingangstrennteil 120 und dem Ausgangstrennteil 205 mechanisch nicht zusammen, so daß das freie Ende des konzentrischen Verriegelungsgehäuses 24 an der ringförmigen Hülse 26 leicht angebaut werden kann (oder davon abgebaut werden kann). Wenn sich die Schraubenfeder 142 in Eingriff befindet, bewirkt die Vorspannkraft Fs, die durch die Schraubenfeder 142 ausgeübt wird, eine Verlagerung der ringförmigen Ausgleichsplatte 12 und gleichzeitig die translatorische Verlagerung der Verriegelungsklinken 20 entlang der Translationsachsen A₂₀, bis die konischen Enden 20CE mit dem sich verjüngenden Segment 24TS des konischen Verriegelungsgehäuses 24 mechanisch zusammenwirken. Die ununterbrochene Zusammenwirkkraft, die von den Verriegelungsklinken 20 ausgeübt wird, spannt das konische Verriegelungsgehäuse 24 durchgehend in die Richtung nach vorne vor (aber eine Bewegung des konischen Verriegelungsgehäuses 24 nach vorne ist, wie im nachfolgenden Absatz beschrieben werden wird, ausgeschlossen), um Steifigkeit und Festigkeit der Verriegelungsvorrichtung 10 in der verriegelten Position zu erzielen.
Bei der beschriebenen Ausführungsform besitzt das Eingangstrennteil 130 einen ringförmigen Flansch 32 und das Ausgangstrennteil 205 weist einen ringförmigen Anschlagflansch 34 auf (s. Fig. 5, 6). Die wechselwirkende Kombination des ringförmigen Flansches 32 und des ringförmigen Anschlagflanschs 34 schließt eine Vorwärts- oder Auswärtsverlagerung des konzentrischen Verriegelungsgehäuses 24 während des Rotierens der Trenn-Kopplungsvorrichtung 10 aus.

Claims (8)

1. Verriegelungsvorrichtung (10) für eine Trenn-Kopplungsvorrichtung (110) für eine geteilte Antriebswelle (160, 200), wobei die Trenn- Kopplungsvorrichtung (110) ein Eingangstrennteil (120) mit einem damit integrierten gezahnten Eingangskoppelelement (130), ein Ausgangstrennteil (205) mit einem damit integrierten gezahnten Ausgangskoppelelement (150) und eine Einrichtung (142) zum Erzeugen einer Vorspannkraft (Fs) aufweist, gekennzeichnet durchein konzentrisches Verriegelungsgehäuse (24), das an dem Ausgangstrennteil (205) befestigt ist,
eine ringförmige Ausgleichsplatte (12), die schwimmend an dem Eingangstrennteil (120) angeordnet ist und betriebsmäßig mit der Einrichtung (142) zum Erzeugen einer Vorspannkraft (Fs) verbunden ist,
mehrere Verbindungselemente (14), die drehbar mit der ringförmigen Ausgleichsplatte (12) mechanisch verbunden sind und um den Umfang der ringförmigen Ausgleichsplatte (12) mit gleichem Abstand beabstandet sind,
je eine Verriegelungsklinke (20), die drehbar mit den mehreren Verbindungselementen (14) mechanisch verbunden sind, und
je eine Klinkenführung (22), die mit den Verriegelungsklinken (20) ausgerichtet an dem Eingangstrennteil (120) befestigt sind und eine Translationsachse (A₂₀) für die entsprechende Verriegelungsklinke (20) für die Verlagerung der Verriegelungsklinke (20) zwischen einer zurückgezogenen Position und einer ausgestreckten Position definieren,
wobei in einer verriegelten Position der Verriegelungsvorrichtung (10) die Einrichtung (142) zum Erzeugen einer Vorspannkraft (Fs) eine Verlagerung der Verriegelungsklinken (20) in die ausgestreckte Position bewirkt, in der die Verriegelungsklinken (20) mit dem konischen Verriegelungsgehäuse (24) mit einer Verriegelungskraft (FD) mechanisch zusammenwirken, um das gezahnte Eingangskoppelelement (130) und das gezahnte Ausgangskoppelelement (150) in mechanischem Zusammenwirken in eingreifender Kombination sicher zu verriegeln,
und wobei die strukturelle Gestalt der Verbindungselemente (14) und der Verriegelungsklinken (20) in Kombination bewirkt, daß die Verriegelungskraft (FD) durch die auf die Verbindungselemente (14) und die Verriegelungsklinken (20) wirkenden Wirkungen der Zentrifugalkraft verstärkt wird.
2. Verriegelungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Hülse (26) in Kombination mit der Einrichtung (142) zum Erzeugen einer Vorspannkraft (Fs) fest befestigt ist, so daß die Vorspannkraft (Fs) gegen die ringförmige Hülse (26) ausgeübt wird, und wobei die ringförmige Ausgleichsplatte (12) an der ringförmigen Hülse (26) anliegt.
3. Verriegelungsvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Federringeinrichtung (20) in Kombination mit der ringförmigen Hülse (26) an der ringförmigen Ausgleichsplatte (12) anliegend angebracht ist, um das Anliegen der ringförmigen Ausgleichsplatte (12) an der ringförmigen Hülse (26) beizubehalten.
4. Verriegelungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß drei Verbindungselemente (14) vorgesehen sind, und wobei die Verbindungselemente (14) um den Umfang der ringförmigen Ausgleichsplatte (12) mit gleichem Abstand 120° voneinander beabstandet sind.
5. Verriegelungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsklinken (20) ein schräges Ende (20CE) aufweisen und das konzentrische Verriegelungsgehäuse (24) ein ringförmiges sich verjüngendes Segment (24TS) besitzt, so daß die schrägen Enden (20CE) der Verriegelungsklinken (20) mit dem ringförmigen sich verjüngenden Abschnitt (24TS) in Eingriff sind, wenn sich die Verriegelungsklinken (20) in der ausgestreckten Position befinden.
6. Verriegelungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Klinkenführung (22) definierte Translationsachse (A₂₀) zu einer zu der Mittellinie (CL2) der Trenn-Kopplungsvorrichtung rechtwinkligen Linie mit einem Winkel θ versetzt ist, um ein Verriegeln der Verbindungselemente (14) zu verhindern, wenn sich die Verriegelungsklinken (20) in der zurückgezogenen Position befinden.
7. Verriegelungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungskraft (FD), die durch die Verriegelungsklinken (20) ausgeübt wird, definiert ist durch worin Ω den Winkel zwischen der Achse (A₁₄) des Verbindungselements (14) und einer zur Translationsachse (A₂₀) der Verriegelungsklinke (20) parallelen Linie (A₂₀′) definiert.
8. Verriegelungsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Flansch (32) bei dem Eingangstrennteil (120) vorgesehen ist und daß ein ringförmiger Anschlagflansch (34) bei dem Ausgangstrennteil (205) vorgesehen ist, wobei der ringförmige Flansch (32) und der ringförmige Anschlagflansch (34) in einer Kombination in Wechselbeziehung eine Vorwärts- und Auswärtsverlagerung des konzentrischen Verriegelungsgehäuses (24) bei einer Rotation der Trenn-Kopplungsvorrichtung (110) verhindern.
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