DE2736636A1

DE2736636A1 - Kupplung

Info

Publication number: DE2736636A1
Application number: DE19772736636
Authority: DE
Inventors: Trevor James Griffiths; Peter Hunt; Raymond Sharpe
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1976-08-14
Filing date: 1977-08-13
Publication date: 1978-02-16
Also published as: IT8019962A0; IT1118053B; FR2474622B1; US4385894A; FR2361576B1; DE2736636C2; FR2361576A1; JPS5322937A; IT1218419B; FR2474622A1

Description

- 3 -COHAUSZ & FLORACK

SCHUMANNSTR. Θ7 · D-4OOO DÜSSELDORF Telefon: |0211) 683346 Tel«: 08586513 cop d

PATENTANWÄLTE: Dipl.-Ing- W. COHAUSZ - Dipl.-Ing. R. KNAUF - Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER - Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

Lucas Industries Limited Great King Street Birmingham B19 2XP / England 12.8.1977

Kupplung

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zwischen zwei rotierenden Teilen, die in dem einen Drehsinn umlaufen, die aber ein Rotieren der Teile relativ zueinander ermöglichen, ohne daß eine Betriebsstörung eintritt, wenn die Anordnung mangelhaft funktioniert.

Ein Beispiel einer derartigen Kupplung gibt es in einem Reibungsgeschwindigkeitswechselgetriebe, das zwei in axialem Abstand voneinander liegende Toroid-Scheiben aufweist, von denen die eine zum Antrieb und die andere zum Abtrieb dient, zwischen denen ein Satz von in Umfangsrichtung voneinander getrennt angeordneten Rollen reibungsschlüssig die Toroid-Fläche der Seheiben berührt und jede Rolle in einem Lagerkörper angeordnet ist, der um eine zu ihrer Rotationsachse rechtwinkligen Achse geschwenkt werden kann, so daß die Abstände von der Getriebeachse, in der die Rollen die Scheiben berühren und damit das Obersetzungsverhältnis des Getriebes geändert wird. Der Schwenkwinkel des Lagerkörpers, der das Obersetzungsverhältnis steuert, wird Übersetzungswinkel genannt. Die Antriebsseite wird geschützt durch eine Kupplung, die so ausgebildet ist, sie eine Rotation zwischen der Antriebswelle und einem

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Glied, durch das sie normalerweise angetrieben ist, erlaubt, wobei die Kupplung so ausgebildet ist, daß sie eine solche Rotation für den Fall mangelhafter Funktion ermöglicht.

Das ist besonders nützlich, wenn das System mit hoher Geschwindigkeit, z.B. bis mehr als 20.000 U/min läuft.

Wegen solcher hohen Laufgeschwindigkeiten und schweren Betriebsbedingungen ist ein Schutz gegen mangelhafte Funktion erwünscht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kupplung zu schaffen, die in wirksamen Weise einen Schutz bietet gegen mangelhafte Funktion, insbesondere übermäßiger Temperaturerhöhung.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß einer der Kupplungsteile zwei durch Kerbverzahnung miteinander verbundene Elemente aufweist, von denen das eine Element von einem gegen Temperaturerhöhung empfindlichen Teil derart gehalten wird, daß dies Element dann, wenn die Temperatur einen vorbestimmten Wert übersteigt, in axialer Richtung bis zum Auseinandergeraten seiner Zähne bewegt wird.

Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein übertragungssystem, in dem die Erfindung verkörpert ist,

Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab die eine Komponente

der auf der Antriebsseite des Systems vorgesehenen _% Kupplung,

Fig. 3 zeigt in gleichem Maßstab das eine Element der auf der Antriebsseite des Systems liegenden Kupplung,

Fig. 1 zeigt in größerem Maßstab das andere Element der Kupplung.

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Das Kraftübertragungssystem ist grundsätzlich vorgesehen zum Antreiben von Einrichtungen in Flugzeugen, insbesondere zum Antreiben eines Wechselstromgenerators. Der Generator wird getrieben von dem das Flugzeug antreibenden Motor, muß aber mit konstanter Geschwindigkeit laufen. Die Kraftübertragung ist daher für eine sich ändernde Antriebsgeschwindigkeit und eine konstante Abtriebsgeschwindigkeit vorgesehen. Die beschriebene Anordnung kann jedoch auch in anderer Weise benutzt werden, beispielsweise für eine übertragung mit konstanter Antriebs- und variabler Abtriebsgeschwindigkeit, sowie variabler Antriebs- und variabler Abtriebsgeschwindigkeit.

In Fig. 1, die die grundsätzliche Anlage einer solchen Kraftübertragung zeigt, besitzt ein Geschwindigkeitswechselgetriebe drei Rotoren 10, 11, 12 mit Toroid-Flächen 10a, 11a, 12a und 12b. Der Rotor 12 liegt in der Mitte zwischen den Rotoren 10 und 11 und seine Toroid-Flächen 12a und 12b liegen auf axial einander gegenüberliegenden Flächen desselben. Die Toroid-Fläche 10a des Rotors 10 liegt gegenüber der Fläche 12a und ebenso liegt die Fläche 11a des Rotors 11 gegenüber der Fläche 12b des mittleren Rotors 12. Die Rotoren 10 und 11 sind Antriebsrotoren und der Rotor 12 ist ein Abtriebsrotor. Das System arbeitet aber ebenso gut, wenn die Rotoren 10 und 11 zum Abtrieb und der Rotor 12 zum Antrieb dient. Zwischen den Rotoren 10 und 12 sowie zwischen den Rotoren 11 und 12 liegen Sätze von flachen Rollen 13» 14 in Lagern 15 bzw. 16. Fig. 1 zeigt die Rollen in einer Stellung, in der sie die entsprechenden Flächen 10a, 12a sowie 11a und 12b in verschiedenen Abständen von der Rotationsachse der Rotoren 10, 11, 12 oder der Getriebeachse 17 zeigt. Die Rotoren 10 und 11 sitzen nicht drehbar auf einer Hohlwelle 18, die in einem festen Körper 22 in Lagern 19, 20 gelagert sind, die nahe seinen Enden sitzen.

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Der Antriebsrotor 10 besitzt auf seinem Außenumfang Getriebezähne 23» die in einem Getriebering 2k eingreifen, der auf einer abgestuften Hohlwelle 25 sitzt. Diese Hohlwelle ist um eine Achse 26 drehbar, die parallel zur Achse 17 liegt. Eine Kupplung 28 verbindet die Hohlwelle 25 mit einer umlaufenden Buchse 27, die Getriebezähne 29 aufweist, die in ein nicht dargestelltes Getriebe eingreifen, die eine Vorrichtung treibt, die nicht Gegenstand der Erfindung ist.

Der Abtriebsrotor 12 hat äußere Getriebezähne 30, die den Abtrieb dieses Getriebeteils bilden. Eine auf der Welle 18 sitzende Verzahnung wird von einem Zahnrad 35 angetrieben, das auf einer Hohlwelle 36 sitzt. Zwischen der Hohlwelle 36 und einer Antriebswelle 37, die in Fig. 2 dargestellt ist, bilden Zähne 38 eine Kupplung, die eine verschiebbare Hülse 39 (s. Pig. 3) und ein Element 40 umfaßt, das bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur schmilzt und dann der Welle 37 ermöglicht, unter dem Einfluß einer Schrauben-Druckfeder 72 sich zu bewegen, um dadurch den Antrieb vom System abzuschalten.

Die Antriebswelle 37 hat auf ihrem Umfang eine schraubenförmige Kerbverzahnung 62 und an ihrem den Zähnen 38 gegenüberliegenden Ende eine umlaufende Nut 63 auf ihrer Außenseite. Die Zähne 38 sind auf ihrer Rückseite abgeschrägt, so daß sie als Ratschenzähne wirken gegenüber entsprechend geformten Zähnen an einem Teil 75 der Vorrichtung, die das übertragungssystem antreibt, wenn der Drehsinn des Antriebs umgekehrt wird, beispielsweise, wenn die die Vorrichtung antreibende Maschine in einem den normalen Drehsinn entgegengesetzten Drehsinn umläuft.

Die Antriebsflächen der Zähne sind ebenfalls, jedoch in geringerem Maße, zur Achse der Teile geneigt. Beim Umlauf im normalen Drehsinn ergibt sich eine Kraft, die bestrebt ist, die Zähne infolge dieses kleinen Winkels voneinander zu trennen.

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Die Hülse 69 hat eine innere schraubenförmige Kerbverzahnung 61», die der Kerbverzahnung auf der Welle 37 entspricht. Die Kerbverzahnung liegt in einem nur kleinen Winkel gegenüber der gemeinsamen Achse dieser Elemente. Das Ende der Hülse 39 hat eine umlaufende Innennut, in der ein Ring 66 (Fig. 1) liegt, durch den die axiale Bewegung der Hülse 39 gegenüber der Welle

37 begrenzt wird. Zwischen den Kerbverzahnungeflächen 62 und 6M ergibt sich wegen der geringen Schraubensteigung eine Kraft, die die Zähne 38 in Eingriff mit denen des Teiles 75 zu bringen trachtet. Die Differenz zwischen dieser Kraft und der durch die Form der Antriebβflächen der Zähne 38 sich ergebenden Kraft, von denen die erstgenannte Kraft größer ist, wirkt gegen den Ring 66. Tatsächlich sind die Hülsen 39 und die Welle 37 bei normalen Laufbedingungen nicht in axialer Richtung relativ zueinander bewegbar. Eine Feder 31 liegt zwischen dem der Nut 35 gegenüberliegenden Ende der Hülse 39 und einem Ring 67· der von einem Flansch der Welle 37 gehalten wird, an dem sich die Zähne 38 befinden. Diese Feder 31 drückt daher die Hülse 39 gegen den Ring 66.

Die Hülse 39 hat in axialem Abstand voneinander zwei Kerbverzahnungen 68 und 69, von denen die erstere in eine Kerbverzahnung 70 in der Innenfläche der Hülse 36 eingreift. Die Hülse 36 besitzt in einem Abstand von der Kerbverzahnung 70 eine Nut, in der ein Sprengring 71 liegt, der als Anschlag für eine Schrauben-Druckfeder 72 dient, die die Feder 31 umgibt. Das andere Ende der Feder 72 liegt an der Hülse 39 an.

Das temperaturempfindliche Element MO besteht aus ringförmigen Lot, das bei einer vorbestimmten Temperatur schmilzt. Es liegt an einem Ring 72 von Z-förmigem Querschnitt an. Wenn das Εΐβτ ment Mo schmilzt, werden der Ring 73, die Hülse 39 und die Welle 37 gemeinsam in solcher Richtung bewegt, daß die Zähne

38 außer Eingriff geraten von den am Teil 75 vorgesehenen Zähnen, so daß der Antriebsteil und die Qetriebeeinheit gegen Schäden geschützt werden, die sich aus einer erhöhten Temperatur ergeben. Die Feder 72 dient dazu, das Außereingriffbrin-

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gen der Zähne 38 von denen des Teils 35 zu unterstützen und sicherzustellen, daß die Zähne nicht wieder in Eingriff geraten. In solchem Fall müßten die Zähne vollständig getrennt werden und getrennt bleiben.

Wenn der Ratscheneffekt eintritt, also wenn das Element Ί0 nicht schmilzt, ermöglichen die Kerbverzahnungen 62 und 64 eine Bewegung der Antriebswelle 37 in ihrer Achsrichtung. Die Richtung der Schraubenform der Kernverzahnung ist derart, daß dadurch die Zähne bei normalem Lauf in Eingriff bleiben und so das Drehmoment übertragen, aber bei umgekehrter Drehrichtung den Ratscheneffekt unterstützen.

Um auf die Rotoren 10, 11, 12 und die Rollen 13, 14 eine Kraft in axialer Richtung auszuüben, um den Reibungskontakt zwischen ihnen aufrechtzuerhalten, ist im Gehäuse 41 eine Vorrichtung mittels Schrauben 42 mit dem Rotor 11 an derjenigen Seite desselben verbunden, der seiner Toroid-Fläche 11a gegenüberliegt. In dem Raum zwischen dem Rotor 11 und dem Gehäuse 41 sind Hohlräume 43 und 44 für hydraulische Flüssigkeit vorgesehen. Innerhalb dieser Hohlräume befinden sich Kolben 45 und 46, die auf der Welle l8 sitzen. Im Ende der Welle 18 ist ein umlaufender Flüssigkeitsanschluß vorgesehen, der im festen Gehäuse 22 sitzt. In diesem Ende der Welle 18 sind ferner Bohrungen 47 und 48 für die Zufuhr und Abfuhr von Flüssigkeit zu den Hohlräumem 43 und 44 vorgesehen. Die Bohrung 48 steht in Verbindung mit dem Flüssigkeitsanschluß 21 zur Zufuhr von Hochdruckflüssigkeit zur einen Seite der beiden Kolben 45 und 46. Zur anderen Seite der Kolben 45 und 46 wird unter niedrigerem Druck stehende Flüssigkeit durch eine der beiden Bohrungen 47 zugeführt, die zwecks Ausbalancierens symmetrisch zur Achse der Welle liegen. Diese Vorrichtung ist Gegenstand der britischen Patentanmeldung 33906/76.

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Beim Betrieb dieser Vorrichtung mit veränderlicher Antriebsund konstanter Abtriebsgeschwindigkeit wird eine Änderung der Antriebsgeschwindigkeit automatisch kompensiert durch Änderung des Obersetzungswinkels der Rollen. Die Neigung der Rollen, wie sie Fig. 1 zeigt, reguliert das Verhältnis der Geschwindigkeit der Antriebsrotoren 10, 11 zur Geschwindigkeit des Abtriebsrotors 12. Bei der in ausgezogenen Linien dargestellte Stellung bewirkt die Rotation der Antriebsrotoren 10 und 11 eine Rotation des Abtriebsrotors 12 bei niedrigerer Geschwindigkeit. Bei der in gestrichelten Linien dargestellten Stellung kann das umgekehrte Verhältnis erreicht werden, wenn der Berührungspunkt zwischen den Rollen und den Antriebsrotoren 10, 11 in größerem Abstand von der Achse 17 liegt als ihr Berührungspunkt mit dem Rotor 12. Wenn dagegen die Rollen die Flächen 10a, 11a, 12a und 12b im gleichen Abstand von der Achse 17 berühren, so rotieren alle Rollen 10, 11 und 12 mit der gleichen Geschwindigkeit; dann ist das übersetzungsverhältnis von Antrieb und Abtrieb 1:1.

Fig. 4 zeigt eine Kupplung, die die gleiche Wirkung hat. Sie kann benutzt werden in einem anderen System zum Antreiben eines Generators mit konstanter Geschwindigkeit. Bei dieser Vorrichtung liegt die Kupplung im Antriebsteil zwischen einer von einem Motor angetriebenen Welle 106 und einer Welle 105, die zu dem Obertragungssystem führt, das einen Abtrieb kon stanter Umlaufgeschwindigkeit hat. Auch hier ist ein Zahnrad 104 vorgesehen, das mit einem Teil des Übertragungssystems in Eingriff steht.

Das Zahnrad 104 und die Hülse 190 sind aus einem Stück; die Hülse ist in einem Lager 191 eines nicht dargestellten Gehäuses gelagert. Sie hat im Inneren eine schraubenförmige Kerbverzahnung 192, die in eine entsprechende Kerbverzahnung des Teils 193 eingreift. Die Kerbverzahnung 192 hat eine nur geringe Schraubensteigung. Sie ist derart, daft bei normaler

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Umlaufrichtung des Teils 193 eine Neigung besteht, sie außer Eingriff mit der Hülse 190 zu bringen, also in der Zeichnung nach links zu bewegen. Der Teil 193 hat Klauen 194, die in Eingriff stehen mit entsprechenden Klauen der Antriebswelle 106. Die Klauen am Teil 193 und an der Welle 106 sind ein wenig hinterschnitten, so daß der Teil 193 bei normaler Drehrichtung der Welle IO6 dazu neigt, sich nach rechts in nahe Berührung mit der Welle 106 zu bewegen. Die Winkel der Kerb verzahnung 192 und die Hinterschneidungen der Klauen 19¹* sind derart, daß, wenn kein Bremsen erfolgt, der Teil 193 sich nach links bewegt, so daß die Klauen außer Eingriff gelangen.

Der Teil 193 ist auf einem Rohr 195 angeordnet, das in der Hülse 190 gleiten kann. Eine Scheibe 196 ist in der Hülse 190 gehalten, und eine Druckfeder 197 liegt zwischen dem Ring 196 und einem Flansch des Rohres 195, so daß sie es nach links bewegt. Eine Bewegung der Hülse 195 nach links wird durch einen rohrförmigen Abstandshalter, einen weiteren Ring 199 und einen schmelzbaren Abstandshalter 200 verhindert. Der Abstandshalter 200 liegt zwischen dem Ring 199 und dem Teil 193 und ein Sprengring 201 hält das Rohr 195 und den Teil 193 gegen eine durch die Feder 197 bewirkte Bewegung des Rohres 195 nach links. Während des Umlaufs sitzt der Teil 193 dicht an der Antriebswelle IO6 an und die Kerbverzahnung 192 neigt dazu, die Hülse 119 und das Zahnrad 104 nach rechts zu bewegen. Diese Bewegung nach rechts wird jedoch durch die Anlage der Hülse gegen die Scheibe 196 verhindert. Es wird kein axialer Druck ausgeübt auf das Lager 191 oder ein weiteres nicht dargestelltes Lager, in dem die Welle 106 gelagert ist, infolge der Kerbversahnung 192 oder die Feder 197· Die Getriebe 111 und 123 laufen frei auf der Hülse 190 und sind in axialer Richtung darauf fest angeordnet, Die Drehung der Hülse 103 und 190 wird auf die Welle 105 durch eine Kerbverzahnung 202 übertragen.

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Wenn in dem Gehäuse die Temperatur so hoch steigt, daß das Element 200 schmilzt, so wird der Teil 193 durch die Wirkung der Kerbverzahnung 192 nach links bewegt, und die Klauen 193 gelöst. Diese Linksbewegung wird unterstützt durch die Feder 197 und der Teil 193 wird bis zum Anschlag mit der Ringscheibe 199 bewegt. Die Feder 197 sichert, daß der Teil 193 in einer Lage bleibt, in der die Klauen 194 nicht wieder in Eingriff geraten können. Flüssigkeit vom Filter 133 wird durch einen im Gehäuse vorgesehenen, nicht dargestellten Kanal in das Innere der Welle 105 geführt, so daß die Temperatur dieser Flüssigkeit auf das Element 200 mit nur geringer Verzögerung wirken kann.

Die Kupplung kann auch bei anderen Arten von Vorrichtungen angewandt werden, bei denen ähnliche Bedingungen vorliegen.

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Claims

COHAUSZ fc FLORACK PATBNTANWALTSBÜRO O Π Ο C g O C 8CHUMANN8TR ΘΤ . D-4OOO DÜSSELDORF Telefon: (02 Π1683346 Telex: 08586513 cop d PATENTANWÄLTE: DipL-lng. W. COHAUSZ Dipl.-Ing. R. KNAUF Dr. Ing.. Dipl.-Wii1ich.-lng. A. GERBER Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ 12.8.1977 Ansprüche

1. Kupplung zwischen zwei rotierenden Kupplungsteilen mit in axialer Richtung ineinander eingreifenden Zähnen und einer Feder, die die Zähne außer Eingriff hält, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kupplungsteile zwei durch Kerbverzahnung (62) miteinander verbundene Elemente (37_f 39) aufweist, von denen das eine Element (39) von einem gegen Temperaturerhuhung empfindlichen Teil (¹K)) derart gehalten wird, daß dies Element (39) dann, wenn die Temperatur einen vorbestimmten Wert übersteigt, in axialer Richtung bis zum Auseinandergeraten seiner Zähne (38) bewegt wird.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das temperaturempfindliche Element (10) aus einem Material besteht, das bei erhöhter Temperatur schmilzt.

3· Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmigen Kerbverzahnungen einen kleinen Steigungswinkel haben und eine solche Relativbewegung der beiden Teile ermöglichen, daß die Zähne (38) als Ratschenzähne wirken.

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ORIGINAL INSPECTED

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ratschenzähne (38) auf ihrer einen Seite schräge Flächen haben, die ein Ratschen ermöglichen.

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