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Elektromagnetisch betätigte Klauenkupplung, insbesondere Gangschaltkupplung
für Kraftfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf elektromagnetisch betätigte Klauenkupplungen,
insbesondere Gangschaltkupplungen für Kraftfahrzeuge und Schienentriebwagen.
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Die elektromagnetisch geschaltete Klauenkupplung hat gegenüber der
Lamellenkupplung den Vorzug, daß sie zur Übertragung großer Drehmomente geeignet
ist und dabei verhältnismäßig geringe elektromagnetische Einschalt- und Haltekräfte
benötigt.
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Für das Einrücken der Klauenkupplungshälften wird je nach der Neigung
der Klauenflanken eine gewisse Zeit benötigt, die vergeht, bis die beiden zu kuppelnden
Getriebeglieder eine angenähert gleiche Drehzahl haben, so daß der Eingriff der
Klauen erfolgen kann. Der Eingriff kann auch durch eine entsprechende Erhöhung des
Anpreßdruckes beschleunigt werden. Dabei wird jedoch der Eingriffsstoß auf die Kupplungszähne
erhöht.
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Es sind von Hand betätigte Klauenkupplungen mit vorgeordneter, zum
Synchronisieren dienender Mehrscheibenkupplung bekannt. Beide Kupplungsteile werden
hierbei durch den gleichen Betätigungshebel bedient, der zunächst die Reiblamellen
gegeneinanderpreßt und danach mittels des Lamellenpaketes die Kupplungsklauen einrückt.
Für die elektromagnetische Betätigung ist diese Bauart einer Klauenkupplung mit
Vorsynchronisierung nicht geeignet.
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Es ist ferner eine elektromagnetische Reibkupplung mit elektromagnetisch
betätigten Mitnehmerbolzen bekannt. Beim Einschalten des Stromes werden die beiden
Kupplungshälften zunächst durch einen Elektromagneten zusammengepreßt. Eine der
Kupplungshälften hat mehrere am Umfang verteilte Kontaktstreifen, welche in Verbindung
mit an der anderen Kupplungshälfte vorhandenen Kontaktstiften das Einrücken eines
an dieser Kupplungshälfte in Richtung der Kupplungsachse verschiebbaren Mitnehmerbolzens
in Aussparungen der anderen Kupplungshälfte bewirken, und zwar sofort nach Herstellung
des Reibschlusses, wenn der Mitnehmerbolzen einer der Aussparungen in der anderen
Kupplungshälfte gegenübersteht. Die zwangläufige Kupplung über den Mitnehmerbolzen
erfolgt also unmittelbar nach Einschalten des Stromes, so daß keine nennenswerte
Vorsynchronisierung möglich ist.
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Nach der Erfindung werden in einer bekannten elektromagnetischen Klauenkupplung
mit einer zum Synchronisieren dienenden vorgeordneten, elektromagnetisch betätigten
Reibkupplung und mit einem gemeinsamen Schaltorgan zur Betätigung der Klauen- ;
kupplung und der Reibkupplung die einzelnen Schaltvorgänge, insbesondere das Einschalten
der Klauenkupplung, durch Anordnung von Relais od. dgl. verzögert. Hierdurch wird
erreicht, daß zwischen dem Beginn des Vorsynchronisierens und dem Einschalten der
Klauenkupplung eine genügend lange und je nach den Betriebsverhältnissen und Kupplungsmassen
passend einstellbare Zeit vergeht, so daß Kupplungsstöße vermieden werden.
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In einer besonders raumsparenden Ausführungsform der Kupplung sind
zwei Spulen vorhanden. zwischen denen ein Anker angeordnet ist. Der Anker kann wechselweise
die Reibkupplung und die Klauenkupplung betätigen.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung dargestellt:
Abb. 1 zeigt teilweise im Längsschnitt eine Kupplung mit zwei Spulen in einem gemeinsamen
Magnetkörper; Abb. 2 zeigt ein Schaltschema zur elektromagnetischen Betätigung einer
Kupplung nach Abb. 1; Abb. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem gemeinsamen
Magnetkörper; Abb. 4 zeigt eine Ausführungsform mit einem gemeinsamen Magnetkörper,
wobei der Axialdruck der Kupplungsteile von der Antriebswelle aufgenommen wird.
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Abb.5 ein Ausführungsbeispiel mit einem feststehenden Magnetkörper,
Abb. 6 eine Kupplung mit zwischen zwei getrennten 1-Zagnetkörpern liegender Ankerscheibe
und Abb. 7 ein ähnliches Beispiel mit glockenförmig., n Lamellenträgern und zugehörigem
weiterem Schaltungsbeispiel (Abt. S).
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In Abb. 1 ist 1 die Eingangswelle einer elektromagnetischen Klauenkupplung.
Auf der Welle 1 sind ein Antriebszahnrad 2 und eine Antriebsbuchse 3 aufgekeilt.
Auf der Antriebsbuchse 3 ist ein Magnetkörper
4 aufgekeilt, welcher
zwei Magnetspulen 5 und 6 trägt. Der Magnetkörper 4 ist von einer Kupplungsglocke
7 umgeben, welche auf der Antriebsbuchse 3 längs verschieblich aufgekeilt ist und
einen Klauenkranz 8 trägt. Die Kupplungsglocke 7 ist mit einem Anker 9 verbunden,
welcher beim Magnetisieren der Kupplungsspule 5 angezogen wird und dadurch die Kupplungsglocke
7 nach rechts bewegt. Die Klauenzähne treten dabei in Eingriff mit einem Klauenkranz
10, der auf dem Abtriebsteil 11 vorhanden ist. Der Abtriebsteil 11 ist auf der Abtriebsbuchse
12 zusammen mit dem Abtriebszahnr ad 13 unverschieblich aufgekeilt. Die Abtriebsbuchse
12 ist mittels Rollenlager 14 auf der Antriebsbüchse 3 und mittels Kugellager 22
im Gehäuse 24 drehbar gelagert.
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Der Klauenkupplung 8, 10 ist eine Lamellenkupplung vorgeschaltet,
welche aus den Außenlamellen 15, den Innenlamellen 16 und dem Anker 17 besteht.
Die Innenlamellen 16 sind auf der Abtriebsbuchse 12 aufgekeilt. Die Kupplungsglocke
7 besitzt Ausschnitte 18, in welche Leisten 19 hineinragen. Diese sind mittels Keil
36 und Schrauben 37 auf dem Magnetkörper 4 befestigt. Die Leisten 19 besitzen vorspringende
Mitnehmer 20, an welchen die Außenlamellen 15 gehalten werden. Der Anker 17 liegt
am Lamellenpaket 15, 16 an und kann sich frei auf dem Abtriebsteil 11 drehen.
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Die Antriebswelle 1 ist mittels Kugellager 21 in der festen Gehäusewandung
23 drehbar gelagert. Die Lager 21 und 22 sind durch Sprengringe 25 und 26 gegen
seitliches Verschieben gesichert. Die Antriebsbuchse 3 trägt einen Isolierring 34,
auf welchem Schleifringe 27. 28, 29 gegeneinander isoliert aufgesetzt sind. Je einer
der Schleifringe 27 und 29 ist mit den Spulen 5 und 6 über Steckerstifte 30 leitend
verbunden. Der dritte Schleifring 28 ist mit der Kupplungsmasse verbunden.
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Die Wirkungsweise der Kupplung ergibt sich aus dem Schaltschema Abb.2.
Die beiden Eingangsklemmen des Schalters 31 sind mit der +-Klemme der Stromquelle
verbunden. Die beiden Ausgangsklemmen des Schalters stehen über die Schleifringe
27 und 29 mit den Magnetspulen 6 und 5 in Verbindung. In der Zuführleiste zwischen
6 und 27 liegt ein Endschalter 32. Zwischen einer Ausgangsklemme des Schalters 31
und dem Schleifring 29 ist ein Relais 33 eingesetzt, welches die Verbindung des
Schleifringes 29 mit dem Schalter 31 verzögert schließt. Die beiden Ausgangsklemmen
der Magnetspulen 5 und 6 liegen über den Schleifring 28 an Masse.
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Bei geöffneter Kupplung 8, 10 ist der Endkontakt 32 zunächst geschlossen.
Zum Einrücken der Kupplung wird der Schalter 31 geschlossen, der Relaiskontakt 35
ist noch offen. Die Magnetspule 6 erhält zuerst Strom, und der Anker 17 wird angezogen.
Dadurch wird das Lamellenpaket 15,16 zusammengepreßt, und der Abtriebsteil 10, 11,
12 der Kupplung mit dem Abtriebsrad 13 wird auf die Drehzahl des Antriebsteils beschleunigt.
Inzwischen hat das Relais 33 seinen Kontakt 35 geschlossen, und es erhält auch die
Magnetspule 5 Strom. Dadurch wird der Anker 9 angezogen, und die Kupplungsklauen
8 und 10 treten miteinander in Eingriff. Gleichzeitig hat der Anker 9 den Endkontakt
32 geöffnet, und die Lamellenkupplung 8, 10 wird stromlos. Das Kupplungsmoment wird
jetzt allein durch die Klauen 8, 10 vom Antriebsrad 2 auf das Abtriebsrad 13 übertragen.
Dabei bewirkt die Anziehungskraft des Magnets 4, 5, 9, daß die Kupplung geschlossen
bleibt.
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Eine weitere Ausführungsform der Kupplung ist möglich, bei welcher
die Lamellenkupplung im Betrieb geschlossen bleibt und einen Teil des Nutzdrehmoments
überträgt. Der Endschalter 32 entfällt dann.
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Abb. 3 zeigt eine ähnliche Ausführungsform einer Kupplung wie Abb.
1, jedoch mit dem Unterschied, daß die Außenlamellen 45 der Lamellenkupplung an
einem nicht verschieblichen Teil 46 des Antriebsteils der Kupplung befestigt sind.
Der Klauenteil 47 wird von einem auf dem Teil 46 längs verschieblich aufgekeilten
Kupplungsring 48 getragen. In diesen sind Stifte 49 eingeschraubt, welche gefedert
im Magnetkörper 50 untergebracht und mit dem längs verschieblich auf dem Körper
50 gelagerten Anker 44 verbunden sind. Der übrige Aufbau der Kupplung entspricht
der Kupplung gemäß Abb. 1. Die Kupplung kann auf die gleiche Weise mit Hilfe einer
elektrischen Steuerung nach Abb. 2 betätigt werden.
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Beim Magnetisieren der Spule 51 wird der Anker 52 angezogen und preßt
das Lamellenpaket 45, 53 gegen den Magnetkörper 50. Dadurch werden der Abtriebsteil
54 mit dem Abtriebsritzel 55 und der Kupplungsring 56 mit dem Kupplungsring 48 auf
die gleiche Drehzahl gebracht. Danach wird die Spule 57 magnetisiert und der Anker
51 angezogen. Dadurch kommen die Klauenringe 47 und 58 miteinander in Eingriff.
Beim Ausschalten des Kupplungsstromes wird der Anker 44 zusammen mit dem Kupplungsring
48 durch die Federn 59 in seine linke Endlage gedrückt.
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Abb. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kupplung mit einem
gemeinsamen Magnetkörper 200 mit zwei Magnetspulen 201 und 202. Der Antriebsteil
der Kupplung besteht aus der Welle 203, der darauf aufgekeilten Muffe 204 mit dem
Magnetkörper 200, und auf diesem ist längs verschieblich der Kupplungsring 205 aufgekeilt,
der von der Ankerscheibe 206 über die federnden Bolzen 207 betätigt wird. Auf der
Muffe 204 ist eine weitere Keilmuffe 208 drehfest gelagert, welche Innenlamellen
209 trägt. Die Muffe 208 wird durch die Abstandsscheibe 210 axial festgehalten Der
Abtriebsteil der Kupplung besteht aus der Abtriebsbuchse 211 mit aufgekeiltem Zahnrad
212 und der Kupplungsglocke 213, die auf dem Klauenring 214 aufgekeilt ist. Der
Klauenring 214 ist mit der auf der Buchse 208 drehbar gelagerten Scheibe 215 verschraubt
und trägt die Außenlamellen 216.
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Die Spulen 202 und 201 werden nacheinander magnetisiert, wie bereits
bei den Ausführungsformen nach Abb. 1 und 3 beschrieben ist. Die im eingekuppelten
Zustand auf die Kupplungsringe 205 und 214 wirkende axiale Kupplungskraft wird durch
die Scheiben 210, 217 und 220 auf die Welle 203 übertragen und wirkt nicht auf die
Wälzlager 218 und 219: Abb. 5 zeigt eine Ausführungsforen der Kupplung mit einem
feststehenden, schleifringlosen Magnetkörper 60, welcher mit einer Gleitfläche 61
auf der Abtriebshülse62 drehbar gelagert ist. DerKupplungskörper stützt sich außerdem
an dem festen Gehäuse 70 ab, welches mit einem nicht gezeichneten Anschlag ein Mitdrehen
des Magnetkörpers 60 verhindert: Zwischen dem Magnetkörper 61 und dem Kupplungsring
63 ist ein schmaler Luftspalt 64 vorhanden.
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Zum Betätigen der Kupplung wird wieder eine Schaltanordnung gemäß
Abb. 2 verwendet. Beim Ein= schalten der Kupplung wird zunächst die Spule 65 magnetisiert.
Der Anker 66 wird angezogen, und es wird durch Zusammendrücken des Larnellenpaketes
97 der Kupplungsring 63 auf gleiche Drehzahl mit dem Magnetkörper 68 gebracht. Danach
wird die Spule 69 magnetisiert, die in einem zweiten getrennten Magnetkörper 70
eingelassen ist. Zwischen dem Ring 63 und
der Buchse 62 ist ein
unmagnetischer Ring 71 vorhanden, durch welchen der Magnetfluß vom Magnetkörper
60 in zwei konzentrischen Ringen in den Anker 72 gezwungen wird. Dabei tritt der
Magnetfluß vom Magnetkörper 60 durch die Luftspalte 61 und 64 in den Abtriebsteil
62, 63 über. Ein Abstandsring 76 hält einen Luftspalt zwischen dem Magnetkörper
60 und den Teilen 62, 63 aufrecht. Der Ring 71 und der Anker 72 tragen je einen
Klauenkranz. Beim Magnetisieren der Spule 69 wird der Anker 72 nach rechts angezogen.
Die Kupplungsklauen 73, 74 treten miteinander in Eingriff. Dabei wird die Feder
75 zusammengedrückt. Beim Entmagnetisieren der Spule 69 wird der Anker 72 durch
die Feder 75 wieder in die gezeichnete linke Endlage gedrückt.
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Es sind zwei Schleifringe 77 und 78 vorhanden, von denen der eine
mit der Magnetspule 65 und der andere mit der Kupplungsmasse verbunden ist.
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Abb. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kupplung mit zwei
getrennten Magnetkörpern 80 und 81 mit einander zugewendeten Spulen 82 und 83, zwischen
denen ein von den beiden Magnetspulen wechselweise angezogener Anker 84 längs verschieblich
und drehbar auf der Antriebsbuchse 95 gelagert ist. Ein unmagnetischer Ring 85 verhindert
das Übertreten der Kraftlinien vom Magnetkörper 81 zum Kupplungsring 86. Der zweite
Kupplungsring 87 ist auf dem Magnetkörper 81 befestigt.
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Der Abtriebsteil der Kupplung besteht aus der Abtriebsmuffe 88 mit
dem Abtriebsritzel 89 und dem Kupplungsring 90, der auf der Buchse 88 aufgekeilt
ist. Die Kupplungsringe 86 und 90 sind durch eine Keilverzahnung 91 gegeneinander
längs verschieblich verkeilt. Dies hat den Vorteil, daß sich die Abtriebsteile 88
bis 90 der Kupplung gegenüber den übrigen Kupplungsteilen frei bewegen können. Die
beiden Magnetkörper 80 und 81 werden durch die Ringe 92, 93 und 94 axial befestigt.
Längs verschieblich auf der Antriebsmuffe 95 und dem Lager 96 ist der Anker 84 mit
dem Kupplungsring 86. Der Kupplungsring 86 trägt Außenreiblamellen 97 und die Antriebsmuffe
95 Innenreiblamellen 98. Beim Magnetisieren der Spule 83 werden die Lamellen 97,
98 durch den Anker 84 zusammengepreßt. Nach Eintritt des Gleichlaufs wird die Spule
82 magnetisiert und die Spule 83 entmagnetisiert durch einen nicht dargestellten
Endschalter nach Art des Schalters 32 in Fig. 1 und 2. Nun wird die Klauenkupplung
86, 87 durch den gleichen Anker 84 geschlossen.
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Abb. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Kupplung mit einem beweglichen
Anker 100 zwischen zwei mit ihren Magnetspulen 101 und 102 einander zugekehrten,
getrennten Magnetkörpern 103 und 104. Der Magnetkörper 100 trägt einen Klauenring
105, der mit einem weiteren, auf dem Magnetkörper 104 befestigten Klauenring 108
in Eingriff tritt. Der Anker 100 ist auf einer mit der Antriebswelle 106 verkeilten
Antriebsmuffe 107 verkeilt und auf dieser längs verschieblich. Die Magnetspulen
101 und 102 werden zweckmäßig nacheinander eingeschaltet, wobei zunächst der Anker
100 von der Spule 101 angezogen wird und das Lamellenpaket 109 zusammenpreßt. Hierdurch
wird der Abtrilebsteil der Kupplung 104, 108 mit dem Abtriebszahnrad 110 auf gleiche
Drehzahl mit der Welle 106 gebracht. Danach öffnet ein nicht gezeichnetes Verzögerungsrelais
den Stromkreis der Magnetspule 101, und der Anker wird durch die verzögert eingeschaltete
Spule 102 und den Magnetkörper 104 nach rechts gezogen. Dadurch treten die Zähne
der Klauenkränze 105 und 108 miteinander in Eingriff, und die Feder 111 wird mittels
der Scheibe 112 und dem Bolzen 113 zusammengedrückt. Beim Ausschalten der Kupplung
wird die Spule 102 stromlos, der Anker 100 fällt ab und wird durch die Scheibe 112
und die Feder 111 in seine linke Endlage gedrückt, welche durch den Bund 114 der
Antriebsmuffe 107 festgelegt ist.
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Abb. 8 stellt ein Schaltschema für eine andere Betätigungsweise einer
Kupplung nach Abb. 7 dar.
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Die Durchflutung der Magnetspule 101 kann so bemessen sein, daß bei
gleichzeitigem Einschalten beider Spulen 101 und 102 der Anker 100 zunächst durch
die Spule 101 angezogen und das Lamellenpaket 109 zusammengedrückt wird. Im Stromkreis
der Spule 101 liegt ein Verzögerungsrelais 115 (Abt. 8), welches den Stromkreis
der Spule 101 nach einer gewissen Zeit ausschaltet, nachdem die Angleichung der
Drehzahlen am Antriebs- und Abtriebsteil stattgefunden hat. Nach dem Abschalten
der Spule 101 wird der Anker 100 durch die Spule 102 angezogen, und die Klauenringe
105 und 108 treten miteinander in Eingriff.