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Ein- und ausrückbare Zahnkupplung, bei der die Einrückung nur im Augenblick
des Überholens wirksam wird Bei einer älteren Überholzahnkupplung ist die Kupplung
nur dann wirksam, wenn die treibende Welle die getriebene Welle überholen will.
Den Gegenstand der Erfindung bildet eine überholzahnkupplung, bei der es nur für
den Schaltvorgang erforderlich ist, daß die treibende Welle die getriebene Welle
überholt, nach Beendigung des Schaltvorganges es aber belanglos ist, welche Welle
die treibende ist. Die Kupplung eignet sich daher insbesondere für Fahrzeuggetriebe,
die während der Fahrt geschaltet werden und bei denen durch Drosseln des Motors
das Fahrzeug gebremst werden soll, und für Getriebe mit mehreren Gängen, wobei die
treibende Welle von höherer Drehzahl kommt, in die getriebene Welle hineinfällt
und verriegelt wird bzw. von niedrigerer Drehzahl kommend in die getriebene Welle
hineinläuft. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in erster Linie dadurch gelöst, daß
mindestens eine Verzahnung der zu kuppelnden Teile Lücken hat, die eine gegenseitige
Verdrehung des kuppelnden und des zu kuppelnden Teils zulassen, und daß der kuppelnde
Teil so geführt ist, daß nach erfolgter Kupplung eine selbsttätige Entkupplung nicht
möglich ist.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht,
und zwar ist das erste Ausführungsbeispiel in den Fig. i bis 5 und das zweite Ausführungsbeispiel
in den Fig.6 bis 8 dargestellt. Im einzelnen zeigt Fig. i einen mittleren Längsschnitt
der Kupplung, während die
Fig. 2 bis 4 Abwicklungen bei verschiedenen
Stellungen der Kupplungsteile und Fig.5 eine Einzelheit in schematischer Darstellung
zeigen. Vom zweiten Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 6 einen mittleren Längsschnitt
der Kupplung, Fig. 7 eine Abwicklung der für die Kupplung in Betracht kommenden
Zahnkränze und Fig. B die-Ausnehmung in schematischer Darstellung.
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Es soll zunächst das erste Ausführungsbeispiel erläutert werden.
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Mit dem Wellenstück i, das durch einen Flansche mit der getriebenen
Welle gekuppelt ist, ist durch Schrauben 3 mit einem Zahnkranz 4 verbunden, der
Lücken aufweist. Die treibende Welle (in Fig. i links) endet in einem Flansch 5,
der durch Schrauben 6 mit einem normalen Zahnkranz 7 verbunden ist. Auf dem Wellenstück
i ist der kuppelnde Teil, nämlich ein Zwischenstück 8, mit einer Innenverzahnung
9 drehbar und längs verschiebbar gelagert. Die Bewegungsmöglichkeit des Zwischenstückes
wird begrenzt durch einen an ihm sitzenden Bolzen io und eine im Wellenstück i vorgesehene
Nut i i, in welche der Bolzen io eingreift. Die Nut ii verläuft zunächst schräg
und danach parallel zur Drehachse (Fig.4). Das Zwischenstück 8 ist ferner mit Längsnuten
12 versehen, in denen die- Kupplungsmuffe 13 und die Schaltmuffe 14 mittels entsprechender
Leisten längs verschieblich gleiten können. Die Kupplungsmuffe 13 endet in einem
Konus 15. Diesem gegenüber liegt eine Kegelfläche 16, die aus einem Stück mit dem
Flansch 5 besteht. Ein fester Anschlag 17 dient zur Begrenzung des Kupplungshubes
der Reibungskupplung 15, 16 nach rechts. An der Schaltmuffe 14 ist ein doppelarmiger
Hebel 18 schwenkbar gelagert, der mit seinem einen Ende i9 in eine Ausnehmung 2o
der Kupplungsmuffe 13 und mit seinem anderen Ende 2i in eine Ausfräsung 22 des Zwischenstückes
8 eingreift. Zur Verstellung der Schaltmuffe 14 dient ein Schalthebel 23.
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Zusammenfassend sei noch einmal herausgestellt, daß die Kupplungsverzahnung
aus einer normalen Außenverzahnung 7, einer Lücken aufweisenden Außenverzahnung
4 -und einer Innenverzahnung 9 besteht, deren Form aus Fig. 2 bis 4 zu ersehen ist:
In diesen Figuren bedeutet 9a den Schaltzahn und 9b den Riegelzahn der Innenverzahnung.
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Der Schaltvorgang ist folgender; Die Welle 5 drehe sich zunächst langsamer
als die Welle°i und werde dann` beschleunigt: Bei Drehzahlgleichheit soll der Schaltvorgang
eintreten, wobei es nach dem Schaltvorgang unerheblich ist, ob die treibende Welle
weiter beschleunigt öder verzögert wird. Während also die Welle 5 langsamer läuft
als die Welle i, wird der Schalthebel 23 nach links gedrückt, wobei die Schaltkraft
auf den Hebel 18 übertragen wird. Der Drehpunkt des Hebels i8 liegt in diesem Augenblick
in der Ausfräsung 22, da der Bolzen io an der linken Begrenzungsfläche 24 des etwa
tangential zur Drehachse verlaufenden Teils der Nut ii anliegt und dadurch eine
Längsverschiebung es Zwischenstückes 8 nach links verhindert. Es- wird daher die
Kupplungsmuffe 13 mit etwa halber Schaltkraft nach links gedrückt, wodurch die Reibungskupplung
15, 16 zum Eingriff gebracht wird. Solange die Drehzahl der treibenden Welle 5 kleiner
ist als die der getriebenen Welle; schleift die Reibungskupplung. Sobald die Drehzahlen
gleich sind; faßt die Reibungskupplung. Während dann die treibende Welle 5 die getriebene
Welle i um den Winkelweg überholt, der der Länge des schräg zur Drehachse verlaufenden
Teils der Nut i i entspricht, wird dabei über die Reibungslcupplung 15, 16 und über
die Nut 12 das Zwischenstück 8 verdreht, so daß der Bolzen ro in die gestrichelte
Lage (Fig. 5) und die Innenverzahnung 9 aus der Lage in Fig.2 in die Lage nach Fig.3
gelangt. Da die Kupplungsmuffe 13 infolge der Anlage der Flächen 15 und 16 aneinander
nicht weiter nach links verschoben werden kann, der Bolzen io des Zwischenstückes
8 jetzt aber in dem parallel zur Drehachse verlaufenden Teil der Nut i i freie Bahn
nach links hat, so wechselt der Drehpunkt des Hebels 18: Dieser schwingt nunmehr
um die Anlagefläche der Ausnehmung 2o und drückt dabei mit seinem Ende 21 das Zwischenstück
8 weiter nach links, bis die Innenverzahnung 9 in die in Fig. 4 veranschaulichte
Verriegelungsstellung gelangt. Der Schaltvorgang ist damit beendet; beide Wellen
sind durch die Innenverzahnung miteinander verriegelt.
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Zwecks: Entkuppelns der beiden Wellen i und 5 wird der Schalthebel
23 nach rechts gezogen, wodurch der Konus 15 am Anschlag 17 zur Anlage kommt. Sobald
dies geschehen ist, wird die Ausnehmung 2o Drehpunkt für den Hebel 18, so daß durch
diesen das Zwischenstück 8 nach rechts herausgezogen wird. Gleichzeitig suchen die
Reibungskräfte, die zwischen dem Konus 15 und dem festen Anschlag 17 entstehen,
das Zwischenstück 8 so zu verdrehen, daß sich der Bolzen io von selbst in den abgewinkelten
Teil der Nut i i hineindreht und in die Ausgangsstellung zurückgelängt.
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Soll die Schaltung bei einer Anordnung erfolgen, bei der die treibende
Welle zunächst eine höhere Drehzahl aufweist als die getriebene Welle, so ändern
sich an der gesamten Kupplung nur die Führungsnut i i, die spiegelbildlich zur Abszisse
ausgeführt werden muß, sowie die Innenverzahnung 9, bei der die Zähne 9a und 9b
vertauscht werden müssen.
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Das- zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten in der
Hauptsache dadurch, daß die Ausnehmung, in der der kuppelnde Teil mittels eines
Ansatzes geführt ist, vierfach so geknickt ist, daß sie zwei schräg und drei parallel
zur Drehachse verlaufende Teile aufweist. Diese Kupplung ist für Wechselgetriebe
geeignet.
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Auf einer Welle 24, die von der Sekundärseite eines Strömungsgetriebes
angetrieben wird, sitzen ein für den zweiten Gang bestimmtes Zahnrad 25 und ein
für den ersten Gang bestimmtes Zahnrad 26. Beide Zahnräder sind mittels Buchsen
27 und 28 auf der Welle 24 gelagert. Das Zahnrad 25 trägt noch einen normalen Zahnkranz
29, dem ein Lücken aufweisender, an der Welle 2.4 sitzender
Zahnkranz
30 gegenüberliegt. Das Zahnrad 26 trägt noch einen normalen Zahnkranz 31,
dem ein Lücken aufweisender, gleichfalls an der Welle 24 sitzender Zahnkranz 32
gegenüberliegt. Zum Kuppeln der Welle entweder mit dem Zahnrad 25 oder mit dem Zahnrad
26 dient ein auf der Welle 24 drehbar und längs verschiebbar gelagertes Zwischenstück
33, das an seinen Enden je zwei Verzahnungen 34, 35 und 36, 37 trägt. Die Verzahnungen
34 und 36 weisen Lücken auf, die den Lücken der Verzahnungen 30 und 32 entsprechen,
während zwei nebeneinanderliegende Zähne der Verzahnungen 35 und 37 genau in eine
Lücke der Verzahnungen 30 und 32 passen. Die Bewegungsmöglichkeit des Zwischenstückes
33 wird begrenzt durch einen an ihm sitzenden Bolzen 38 und eine in der Welle 24
vorgesehene Nut 39, in die der Bolzen 38 eingreift. Die Nut 39 ist vierfach geknickt,
und zwar so, daß sie drei parallel und zwei schräg zur Drehachse verlaufende Teile
aufweist. Auf dem Zwischenstück 33 ist längs verschiebbar, aber undrehbar eine Trommel
40 gelagert, die auf der linken Seite in einem Reibungskegel 41 und auf der rechten
Seite in einem keibungskegel42 endet. Dem Reibungskegel 41 liegt eine am Zahnrad
25 vorgesehene Kegelfläche 43 und dem Reibungskegel 42 eine am Zahnrad 26 vorgesehene
Kegelfläche 44 gegenüber. Der Abstand der Kegelflächen 44 42 voneinander ist geringer
als der Abstand zwischen den Kegelflächen 43 und 44. Auf der Trommel 40 befindet
sich die Schaltmuffe 45. Diese trägt an einem Arm 46 einen schwenkbaren doppelarmigen
Hebel 47, dessen Schwenkbarkeit durch am Arm 46 sitzende Anschlagflächen 48 und
49 begrenzt ist. Der obere gabelförmig ausgebildete Arm des Hebels 47 umgreift einen
in einem Ausschnitt der Trommel 4o an dieser befestigten Bolzen 5o, während der
untere, gleichfalls gabelförmig ausgebildete Arm des Hebels 47 einen am Zwischenstück
33 befestigten Bolzen 51 umfaßt.
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Zum Verständnis der Arbeitsweise der erläuterten Zweigangschaltung
sei folgendes vorausgeschickt. Beim Schalten vom ersten in den zweiten Gang ist
i. die Kupplung vom Drehmoment zu entlasten, damit die Zähne außer Eingriff gebracht
werden können, 2. die Welle 24 zu bremsen, da ihre Drehzahl höher ist als die des
zu kuppelnden Zahnrades 25; 3. beim synchronen Lauf der Welle 24 und des Zahnrades
25 kann gekuppelt werden, worauf die Welle 24 wieder beschleunigt wird.
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Beim Schalten vom zweiten in den ersten Gang ist i. die Kupplung vom
Drehmoment zu entlasten (Pumpenschaufeln des Wandlers schließen), um den zweiten
Gang lösen zu können, und 2. die Welle 24 zu beschleunigen, da diese langsamer läuft
als das Zahnrad 25.
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In der Zeichnung ist die Kupplung in einer Zwischenstellung beim Schalten
vom ersten in den zweiten Gang veranschaulicht; es ist der Augenblick, in dem das
Einrücken des zweiten Ganges beginnt. Auf der Schaltmuffe 45 lastet ein nach links
gerichteter Schaltdruck, so daß der Reibungskegel 41 gegen die Kegelfläche 43 des
Zahnrades 25 gedrückt wird und jetzt der Bolzen 5o den Schwenkpunkt für den Hebel
47 bildet. Dieser sucht dann über den Bolzen 51 das Zwischenstück 33 nach links
zu verschieben. Solange aber die Welle 24 noch schneller läuft als das Zahnrad 25,
bleibt der Bolzen 38 in der in Fig. 6 bzw. 8 gezeichneten Lage, so* daß eine
Verschiebung des Zwischenstückes 33 nicht möglich ist. Sobald jedoch die Welle 24
die Drehzahl des Zahnrades 25 unterschreitet, gleitet der Bolzen 38 in den schrägen
Teil der Nut 39 nach links hinein. Bei dieser Bewegung des Zwischenstückes 33 kommt
die Verzahnung 34 mit dem Zahnkranz 29 zum teilweisen Eingriff. Darauf gleitet das
Zwischenstück 33 mit seiner Verzahnung 34 vollends nach links, wobei die als Riegel
dienenden Zähne 35 in die Lücke der Verzahnung 30 eintreten und damit die
Kupplung verriegeln. Der Hebel 47 hat sich inzwischen so verdreht, daß er am Anschlag
48 anliegt.
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Wird nun vom zweiten Gang in den ersten umgeschaltet, so wirkt der
Schaltdruck in der Schaltmuffe 45 nach rechts. Infolgedessen werden die Trommel
4o und das Zwischenstück 33 nach rechts gezogen, wobei der Bolzen 38 im linken geraden
Teil der Nut 39 nach rechts gleitet. Da die Welle 24 bei dieser Schaltung, wie oben
erwähnt ist, beschleunigt wird, gleitet der Bolzen 38 auch im anschließenden schrägen
Teil der Nut 39 und danach in ihrem mittleren geraden Teil weiter nach rechts. Während
der letztgenannten Bewegung des Bolzens 38 werden die Verzahnung 34 und der Zahnkranz
3o außer Eingriff sowie die Verzahnung 36 und der Zahnkranz 32 in Eingriff gebracht.
Der keibungskegel 42, der sich hierbei zusammen mit dem Zwischenstück 33 nach rechts
verschoben hat, läuft jetzt gegen die Kegelfläche 44 des mit höherer Drehzahl umlaufenden
Zahnrades 26, und es wird von diesem die Trommel 40 in Drehrichtung gehalten. Erst
wenn die Welle 24 so weit beschleunigt wird, daß die synchrone Drehzahl erreicht
ist, kann sich der Bolzen 38 in dem rechten schrägen Teil der Nut 39 nach rechts
bewegen, wobei dann die Verzahnung 36 in Eingriff mit dem Zahnkranz 32 kommt. Unter
dem Einfluß des immer noch auf die Schaltmuffe 45 nach rechts wirkenden Schaltdruckes
wird das Zwischenstück 33 durch Vermittlung des Hebels 47 noch weiter nach rechts
verschoben, da die Trommel 4o infolge der Anlage des Reibungskegels 42 an der Kegelfläche
44 sich nicht weiter verschieben kann und somit der Bolzen 50 zu einem festen
Drehpunkt für den Hebel 47 geworden ist. In der rechten Endstellung ist dann die
Verzahnung 36 voll im Eingriff mit dem Zahnkranz 31, während die Riegelzähne 37
zwischen den Zahnlücken des Zahnkranzes 31 liegen, so daß jetzt der erste Gang verriegelt
ist.
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Bei der erläuterten Kupplung ist es wesentlich, daß während des Auskuppelns
aus einem Gang die Reibkegel 41 und 42 nicht gegen die entsprechenden Kegelflächen
der Zahnräder 25 und 26 stoßen, daßi vielmehr diese Reibflächen erst beim Einschalten
in den anderen Gang wirksam werden. Wie sich
aus dem Vorstehenden
ergibt, wird dies dadurch erreicht, daß der Abstand der Kegelflächen 41,
42
voneinander wesentlich geringer ist als der Abstand- zwischen den Kegelflächen
43 und 44 der Zahnräder 25 und 26, und dadurch; daß der Hebel 47 beim Herausziehen
der Kupplung aus einem Gang zur Anlage an die Anschlagflächen 48, 49 kommt, wodurch
sichergestellt ist, daß immer erst das Zwischenstück 33 aus dem Gang herausgezogen
wird, ehe die Reibungskegel 41, 42 auf der Gegenseite anlaufen. Wird der Unterschied
der beiden Abstände gleich der Länge, gemessen über die Verzahnung 29 und 3o bzw.
31 und 32, ge-%vählt, so wird dadurch sichergestellt, daß die gegenüberliegende
Reibungskupplung erst dann in Tätigkeit tritt, wenn die Innenverzahnung aus den
zugehörigen Außenverzahnungen vollkommen herausgezogen ist; z. B. tritt die Reibungskupplung
42, 44 erst in Tätigkeit, nachdem die Zahnkränze 34,35 aus den Zahnkränzen 29, 3o
herausgezogen sind.