DE1959184B2 - Synchronisiereinrichtung mit Überholkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine S* nchronisiereinrich- as tung mit Überholkupplung mit einem Kupplungsstern, der eine ständig mit einer Antriebsnabe im Eingriff stehende Ger.'tfverzahnung und eine durch axiales Verschieben des Kupplungsstems mit einer Abtriebsnabe in Hingriff bringbare \ erz^hnung aufweist und seine Axialbewegung von einer Schraubmuffe erhält, die er über ein Klinkengesperre beim Überholen der Abtriebsnabe mitnimmt, wobei die miteinander in Eingriff bringbaren Verzahnungen des Kupplungsstems und der Abtriebsnabe eine größere Steigung als da? unmittelbar mit du Abtriebsnabe verschraubte Gewinde der Schraubmuffe aufweisen.

Mit dem Merkmal, daß die miteinander in Eingriff bringbaren Verzahnungen des Kupplunessterns und der Abtriebsnabe eine größere Steigung als das umnittelbar mit der Abtriebsnabe verschraubte Gewinde der Schraubmuffe aufweisen, wird bei solchen Synchronisiereinrichtungen erreicht, daß jeweils nach dem Synchronisieren, wenn die Verzahnungen des Kupplungsstems und der Abtriebsnabe begonnen habon, ineinanderzugreifen, die Schraubmuffe dem Kupplungsstern um einen kleinen Winkel in Drehrichtung voraneilt, wodurch das Klinkengesperre entlastet und das Drehmoment von der Antriebsnabe über den Kupplungsstem nur noch unmittelbar auf die Abtriebsnabe übertragen wird.

Bei einer bekannten Synchronisiereinrichtung der beschriebenen Art (deutsche Patentschrift I 181 992) ist der Kupplungsstern auf der Schraubmuffe im wesentlichen spielfrei gelagert, so daß zwischen beiden eine Axialverschiebung nicht möglich ist. Diese Konstruktion entspricht der Aufgabe der Schraubmuffe, den Kupplungsstern n. axialer Richtung mitzunehmen; daher erscheint es auch nicht ohne weiteres als sinnvoll, die Möglichkeit einer axialen Relativbewegung zwischen Schraubmuffe und Kupplungsstern vorzusehen. Die Erfindung beruht nun aber auf der Erkenntnis, daß eine starke Belastung des Klinkengesperres, die mit den beschriebenen Maßnahmen vermieden werden soll und im vollständig eingerückten Zustand Jer Überholkupplung auch tatsächlich vermieden ist, bei der bekannten Synchronisiereinrichtung zu Beginn des Synchronisieren doch auftritt und die Lebensdauer der Synchronisiereinrichtung vermindert. Diese starke Belastung des Klinkengesperres beruht darauf, daß die Schraubmuffe, sobald sie vom Kuppiungsstern über das Klinkengesperre in Drehrichtung mitgenommen wird und sich wegeii ihrer Verschraubung mit der Abtriebsnabe axial zu verschieben beginnt, den Kupplu.^xgsstem in axialer Richtung beschleunigen muß, wozu wegen der großen tragen Masse der für die Übertragung des gesamten Lastdrehmoments ausgelegten Kupplungssterns erhebliche Kräfte erforderlich sind. Diese axialen Beschleunigungskräfte kann die Schraubmuffe nur dadurch aufbringen, daß sie über den Kupplungsstern mit emem verhältnismäßig großen Drehmoment beaufschlagt wird. Dieses Drehmoment kann nur über das Klinkengesperre vom Kupplungsstern auf die Schraubmuffe übertragen werden und betastet das Klinkengesperre zu Beginn des Sjnchronkiervorganges stoßartig, wobei an den jeweils im Eingriff stehenden Klinken erhebliche Flächenpressungen auftreten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Synchronisiereinrichtung der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß eine Überlastung des Klinkengesperres beim Einrückvorgang durch den Beschleunigungsstoß verhindert wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kupplungsstern an dei Schraubmuffe in axialer Richtung über eine Feder abgestützt ist.

Die erfindungsgemäße Feder legt zwar für den be schleunigungsfreien Zustand eine bestimmte axiale Relativstellung der Schraubmuffe in bezug auf den Kuppiungsster". fest, ermöglicht es aber der Schraubmuffe, dem Kuppiungsstern vorübergehend in axialer Richtung voranzueilen, wenn die Schraubmuffe von dem gerade in Eingriff gekommenen Klinkengesperre gegenüber der Abtri^bsnabo ia Drehrichtung beschleunigt und wegen ihrer Verschraubung mit der Abtriebsnabe auch in axialet Richtung zur Abtriebsnabe hin beschleunigt wird. Zu Beginn der Axialbe· wegung der Schraubmuffe wird in der erfiudungsgemäß angeordneten Feder Arbeit gespeichert und die für die Axialverschiebung des wegen seiner großen Masse trägen Kupplungsstems erforderliche Arbeit wird im wesentlichen gleichmäßig auf die gesamte für das Einkuppeln zur Verfugung stehende Zeit verteilt, wobei es dem Konstrukteur überlassen bleibt, die Feder so zu bemessen, daß sich die günstigste Kräfteve teilung ergibt.

Bei einer Synchronisiereinrichtung ist Z-. ar eine Dämpfung der Klinken in Umfangsrichtung mit Federn bekannt (USA.-Patentschrift 2 224 322), jedoch können diese Federn nicht den Bcseuieunigungsstoß in axialer Richtung abfangen.

Die Erfindung wire' im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Γη der Zeichnung zeigt

F ι g. 1 einen axialen Schnitt der oberen Hälfte einer Synchronisiereinrichtung mit Überhol kupplung in ausgerückter Stellung,

Fig.2 einen axialen Schnitt der unteren Hälfte derselben Synchronisiereinrichtung in eingerückter Stellung,

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III-I1I in Fig.l,

F i g. 4 einen Querschnitt längs der Linie IV-IV in F i g. 2,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig.l,

Fig.ö eiaen Schnitt längs der Linie Vl-VI in F i g. 2 und

F i g. 7 und 8 ein Einzelteil in Stirn- und Seitenansicht.

Die da.gestellte Synchronisiereinrichtung umfaßt S eine topfförmige, im folgenden als Antriebsnabe 1 bezeichnete Kt'pplurtgsnabe und eine im festen axialen Abstand daneben angeordnete, ebenfalls topfföraige, aber im Durchmesser kleinere Kupplungsnabe, d/e im folgenden als Abtriebsnabe 2 bezeichnet wird. Zwisehen den beiden Naben 1 und 2 ist ein axial verschiebbarer KupplungssternS angeordnet, der mit einer Schraubmuffe 4 zu gemeinsamer Axialbewegung verbunden ist. Die Schraubmuffe 4 ist in dem Drehsinn, in dem die Antriebsnabel die Abtriebsnabe2 antreiben soll, gegenüber dem Kupplungsstern 3 frei drehbar: der Kupplungsstern 3 ist dagegen durch in ihm gelagerte Klinken 5 daran gehindert, die Schraubmuffe 4 in der Antriebsdrehrichiung zu iiboiholen. Zur axialen Abstützung der Schraubmuffe 4 am ao Kupp'.ungsstern 3 ist zwischen beiden eine Tellerfeder 6 angeordnet.

An der Schraubmuffe 4 ist außen ein Steilgewinde 7 ausgebildet, das in ein entsprechendes Innengewinde der Abtriebsnabe 2 eingeschraubt ist; diese ag Steilgtwindeverschraubung ist so gestaltet, daß sich die Schrau'".muffe 4, wenn sie vom Kupplungsstern 3 angetrieben wird, in die Abtriebsnabe 2 einschraubt.

D«.r Kupplungsstern 3 weist eine gerade Außenverzahnung 8 auf, die mit einer entsprechenden Innenverzahnung der Antriebsnabe 1 ständig im Eingriff sieht.

Den im Inneren des Kupplungssterns 3 angeordneten Klinken 5 ist eine am Außenumfang ''er Schraubmuffe 4 ausgebildete Khiikemei/ahnung zugeordnet, deren Z^;hne9 voneinander einen im dargeste'lten Beispiel gemäß F i g. 3 und 4 kleineren Drehwinkelabstand haben als die Klinken 5, die jeweils in einer Aussparung 10 des Kupplungssterns 3 aufgenommen si.'d und sich mit je einer an ihrer Außenseite ausgebildeten Kippkante 10' an der Wand dieser Aussparungen abstützen. Die Masse jeder Klinke 5 ist in bezug auf die Kippkante 10' derart verteilt, daß die Klinken unter der Wirkung der bei einer Drehung des Kupplungssterns 3 auftretenden Fliehkräfte bestrebt sind, hinter den Zahnen 9 einzurasten, so daß der Kuppluagsstern die Schraubmuffe 4 mitnehmen kann.

Der Kupplungsstern 3 weist ferner eine innere Schrägverzahnung 11 auf, die sich durch axiale Verschiebung der Kupplungssterns mit einer :;chrägverzahnten Außen verzahnung 12 der Abtriebsnabe 2 in Eingriff bringen läßt. Die Schrägverzahnungen 11, 12 sind an ihren einander bei ausgerückter Kupplung gegenüberstehenden Stirnseiten gemäß F i g. 5 und 6 unter euvm zumindest annähernd dem Stcigungswinktl der Steilgewindeverschraubung 7 entsprechenden Winkel abgeschrägt.

Die Abtriebsn2be2 ist an einem Flansch einer Hohlwelle 13 befestigt, auf der die Schraubmuffe 4 geführt ist. Die Srhraubmuffe ist an ihrem der Abtriebs- So nabe 2 zugewandten Ende innen derart ausgedreht und die Hohlwelle 13 an ihrem Jer Aiitriebsniibe I zugewandten Ende außen derart abgedreht, daß zwischen beiden ein Zylinderraum 14 gebildet ist, in dem sich durch Beaufschlagung mit Drucköl eine die Schraubmuffe 4 von der Abtriebsnabe 2 wegdrükkende Kraft erzeugen läßt. Durch die Hohlwelle 1.3 erstreckt sich eine Antriebswelle 15, an der die Antriebsnabe 1 befestigt ist; an der Hohlwelle 13 selbst ist eine Abtriebswelle 16 befestigt.

Die axiale Einrückbewegung des Kupplungssterns 3 zur Abtriebsnabe 2 hin ist durch eine an der Abtriebsnabe ausgebildete Anschlagfläche 17 begrenzt. Zwischen dieser und dem Kupplungssteia3ist ein kardanischer Ring 18 eingebaut, der in Fig.7 und 8 vergrößert dargestellt ist. Der kardanisch^ Riag weist an seinen beiden Stirnseiten je zwei einander diametral gegenüberliegende Erhöhungen 19 auf, von denen die an der einen Stirnseite vorgesehenen Erhöhungen gegen die an der anderen Stirnseite vorgesehenen um jeweils 90° versetzt sind.

Zur Beschreibung der Wirkungsweise der Zahnkupplung wird angenommen, daß vorerst die normalerweise treibende Welle 15 mit der Antriebsnabe 1 stillsteht und der Kupplungsstern 3 ausgerückt ist, d. h., die Verzahnungen 11 r->d 12 außer Eingriff sind (Fig. 1). Der Kupplungssieru3 mit Klinken5 rotiert ebenfalls nicht. Die Abtriebswelle 16 dreht sich zusammen mit der Abtriebsnabe 2, Hohlwelle 13 und Schraubmuffe 4, welche sich frei unter den Künken d,?ht. Im Ringkolben Ϊ4 herrscht Öldruck, erzeugt durch die Rotation der Abtriebsweüe 16. Dieser hält über die Schraubmuffe 4 den Kupplungsstern 3 in ausgerückter Stellung.

Soll nun die Antriebswelle 15 mit der vieh bereits drehenden Abtriebsäule 16 gekuppelt werden, wird die Antriebsmaschine hochgefahren. Das Synchronisieren und Einrücken geschieht auf folgende Weise: Mit der Antriebswelle 15 dreht sich die Antriebsnabe 1 und der Kupplungsstern 3 mit den Klinken 5. Sobald die Antriebswelle 15 sich schneller zu drehen beginnt als die Abtriebswelle 16, kehn sich die Relativdrehzahl zwischen der Klinktnverzahnung 9 und den Klinken 5 um. Fine der Klinken 5 hängt sich an irgendeinem Zahn der Klinkenverzahnung ein, stellt einen Formschluß zwischen der Antriebsnabe 1 und der Schraubmuffe f her und bewirkt die erste Phase des Einrückvorganges, eine Schraubbewegung der Schraubmuffe relativ zur Hoh'welle 13 in Richtung gegen die Abtriebsnabe 2. Dieselbe Schraubbewegung führt zunächst auch der Kupplungsstern 3 relativ zur Abtriebsnabe 2 aus. Die Axialkomponente der Schraubbewegung wird von der Schraubmuffe 4 über die Feder 6 auf den Kupplungsstern übertragen. Die Verzahnungen 11 und 12 schrauben sich unter der Steigung des Steilgewindes ineinander.

Die Zähnezahlen der Klinken 9 und Schrägverzahnung I sowie die Anzahl der Klinken sind derart aufeinander abgestimmt, daß bein· Verschrauben der Verzahnungen 11 und 12 zwangläufig immer Zahn auf Lücke zu liegen kommt. Das Verschrauben dieser Verzahnungen erfolgt, ohne daß sie sich berühren. Die Endstellung dieser eisten Phase des Einrückvorganges ist in Fi g. 6 dargestellt: Die Verzahnungen 11 und 12 berühren sich in diesem Moment und stellen einen Formschluß zwischen dem Kupplungsstern 3 und der Abtriebsnabe 2 her.

Der Fonnschiuß von der Antriebsmaschine zur Abtriebswelle 16 geht nun von der AntriebsnaLe 1 über den Kupplungsstern 3 direkt über die Schrägverzahnungen Il und 12 zu der Abtriebsnabe 2 und bewirkt damit die zweite Phase des Einrückvorganges, eine Schraubbewegung des KupplungESterp.s3 relativ zur Abtriebsnabe 2 in der gleichen axialen Richtung wie in der ersten Phase, jedoch unter der Steigung der Schräg^erzahnungen Il und 12. Die Schraubmuffe 4,

die in axialer Richtung mitgenommen wird, führt ebenso wie in der ersten Phase eine Schraubbewegung unter der Steigung des Steilgewindes aus. Da die Steigung des Steilgewindes kleiner ist als die Steigung der Schrägverzahnungen 11 und 12, muß sich die Schraubmuffe 4 bei der Axialbewegung, die sie weiterhin gemeinsam mit dem Kupplungsstern 3 ausführt, um einen größeren Winkel drehen als der Kupplungsstern. Deshalb führt die Schraubmuffe 4 relativ zum Kupplungsstern 3 in Umfangsrichtung eine Bewegung aus, die ein Abheben des im Eingriff gestandenen Klinkenzahnes bewirkt und damit diesen entlastet.

In der Endstellung der zweiten Phase (F i g. 2) ist somit keine der Klinken mehr im Eingriff mit der Klinkenverzahnung, das Antriebsmoment von der Antriebsmaschine wird nur über die Geradverzahnung 8 und die Schrägverzahnungen 11 und 12 auf die Abtriebswelle 16 übertragen. Die in den Schrägverzahnungen 11 und 12 von der Umfangskraft erzeugte Axialkomponente hält den Kupplungsstern 3 am Anschlag 17 in eingerückter Stellung fest.

Die Kupplung rückt selbsttätig aus, sobald sich das ίο Drehmoment umkehrt, d. h. von Abtriebswelle 16 zu Antriebswelle 15 fließt, wobei beide Phasen in rückläufigem Sinne durchschritten werden. Die Ausrückbewegung wird von dem im Zylinderraum 14 herrschenden Öldruck unterstützt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Synchronisiereinrichtung mit Überholkuppluug mit einem Kupplungsstern, der eiue ständig mit S einer Antriebsnabe im Eingriff stehende Geradverzahnung und eine durch axiales Verschieben des Kupplungssterns mit einer Abtriebsnabe in Eingriff bringbare Verzahnung aufweist und seine Axialbewegung von jiner Schiaubmuffe erhält, die er über ein Klinkengesperre beim Überholen der Abtriebsnabe mitnimmt, wobei die. miteinander in Eingriff bringbaren Verzahnungen des Kupplungsstems und der Abtriebsnabe eine größere Steigung als das unmittelbar mit der Abtriebsnabe verschraubte Gewinde der Schraubmuffe aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß d.'i KupphTigsstern (J) an der Schraubmuffe (4) in axialer Richtung über eine Feder (6) abgestützt irt. aa