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Lamellenkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuggetriebe Die Erfindung
bezieht sich auf eine Lamellenkupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuggetriebe,
bei der die durch ein Steuerglied in beiden Antriebsdrehrichtungen lösbaren und
aneinander anpreßbaren Lamellen auf einer mit dem treibenden Kupplungsteil über
eine Schraube verbundenen Mutter mit Steilgewinde zwischen zwei Endflanschen axial
verschiebbar angeordnet sind und die Mutter gegenüber dem treibenden und dem getriebenen
Kupplungsteil zwischen zwei äußeren, auf der Schraube befestigten Anschlägen begrenzt
axial verschiebbar und zusaminen mit einem Teil der Lamellen verdrehbar ist, wobei
die durch das Steuerglied geschlossene Lamellenkupplung bei einer Drehzahl - der
treibenden Welle, die gleich oder größer als die der getriebenen Welle ist, geschlossen
gehalten wird, dagegen bei einer Drehzahl der treibenden Welle, die kleiner als
die der. getriebenen Welle ist, selbsttätig geöffnet wird.
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Bekannt ist eine als Reibungsüberholkupplung arbeitende Lamellenkupplung,
bei der durch Relativbewegung zwischen dem treibenden Kupplungsteil und dem getriebenen
Kupplungsteil ein z. B. aus Schraube und Mutter gebildeter Antrieb in Tätigkeit
gesetzt wird, der beim Voreilen des treibenden Kupplungsteils Reibungsschluß zwischen
diesem Teil und einer gegenüber den erwähnten Kupplungsteilen verdrehbaren Scheibe
herbeiführt bzw. vorbereitet und herbeiführt, die ihrerseits den getriebenen Kupplungsteil
bei eingerückter Kupplungsscheibe mitnimmt, während beim Voreilen des getriebenen
Kupplungsteils der Antrieb im umgekehrten Sinne beeinflußt und dadurch der Reibungsschluß
wieder aufgehoben wird. Lamellenkupplungen dieser Art sind sowohl für nur eine als
auch für beide Drehrichtungen bekannt. Bei diesen Lamellenkupplungen ist jeder der
beiden Kupplungsteile für sich im Sinne des Schließens und Offnens der Lamellenkupplung
zwischen zwei Endstellungen beweglich angeordnet, wobei der eine Kupplungsteil willkürlich
durch ein von außen zu betätigendes Steuerglied bei allen Betriebszuständen in die
Kuppelstellung oder aus dieser bewegbar ist, während sich der andere selbsttätig
in die eine seiner beiden Endlagen, die der Kuppel- und Entkuppelstellung entsprechen,
in Abhängigkeit von der Richtung des auf ihn einwirkenden Drehmomentes einstellt.
Die die Innen- oder Außenlamellen führende Mutter ist zwischen zwei äußeren Anschlägen
begrenzt axial verschiebbar und zusammen mit einem Teil der Lamellen verdrehbar,
wobei die durch das Steuerglied geschlossene Lämellenkupplung bei einer Drehzahl
der treibenden Welle, die gleich oder größer als die der getriebenen Welle ist,
geschlossen gehalten wird, dagegen bei einer Drehzal der treibenden Welle, die kleiner
als die der getriebenen Welle ist, selbsttätig geöffnet wird.
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Bei einer als Reibungsüberholkuppiung dienenden Lamellenkupplung für
mehrstufige Zahnräderwechselgetriebe mit zwei unabhängig voneinander im Sinne des
Öffnens und Schließens der Lamellenkupplung verschiebbaren Kupplungsteilen, von
denen der eine willkürlich bewegbar ist, -während der andere sich selbsttätig in
Abhängigkeit des auf ihn einwirkenden Drehmomentes einstellt, ist es bekannt, den
treibenden Kupplungsteil mit einer steilgängigen Schraube zu verbinden bzw. auszustatten,
der von einer Mutter umfaßt wird, welche zwei Endflansche aufweist, zwischen denen
die Lamellen angeordnet sind. Diese Reibungsüberholkupplung weist zwei unabhängig
voneinander lösbare oder aneinanderpreßbare Lamellenpakete auf, d. h. das zwischen
den Endflanschen der Mutter angeordnete Lamellenpaket wird unabhängig von dem anderen
Lamellenpaket durch ein Steuerglied beeinflußt, das mit diesem Lamellenpaket zwischen
den beiden Endflanschen der Mutter angeordnet ist. Das andere Lamellenpaket, das
durch ein weiteres Steuerglied becinflußbar ist, legt sich in, eingerücktem Zustand
dieses zweiten Kupplungsteils gegen die Außenfläche des einen Endflansches der vorerwähnten
Mutter an. Dieser Endflansch ist so gestaltet, daß er zum Führen der Außenlamellen
dieses Lamellenpaketes dient.
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Bei einer anderen, als Lamellenkupplung gestalteten Reibungsüberholkupplung
steht der antreibende Teil ebenfalls mit einer steilgängigen Schraube in Verbindung,
die von einer zwischen Anschlägen begrenzt axial beweglichen Mutter umfaßt wird,
welche als Träger für die Innenlamellen eines Lamellenpaketes dient, das durch zwei
Steuerglieder lösbar und aneinander anpreßbarist. DieInnenlamellendiesesLamellenpaketes
sind zwischen als Sprengringe gestalteten Begrenzungsmitteln
gegenüber
der Mutter axial v erschiebbar geführt. Abgesehen davon, daß die die axiale V erschiebbarkeit
der Lamellen begrenzenden Sprengringe nicht in der Lage sind, die Einrückkräfte
aufzunehmen, weist eine derart gestaltete Lamellenkupplung den Nachteil auf, daß
sich die die Innenlamellen führende Mutter nicht immer in eine Mittellage zwischen
ihren Endanschlägen einstellt, wenn das Lamellenpaket durch äußere Kräfte unbeeinflußt
ist. Befindet sich die Mutter in der Nähe eines ihre axiale Verschiebbarkeit begrenzenden
Anschlages oder liegt sie an einem dieser Anschläge an, so ist das zum Lüften der
Lamellen für Überholungszwecke unbedingt erforderliche Spiel nicht mehr oder nicht
in ausreichendem Maße vorhanden, d. h., die Innen- und Außenlamellen reiben aneinander,
werden dadurch stark erhitzt, was zu einem Verschweißen der Lamellen führen kann.
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Hinzu kommt, daß die Bewegung der das Lamellenpaket dieser Kupplung
steuernden Glieder in Richtung auf die durch die schwimmende Mutter geführten Lamellen
begrenzt ist. Befindet sich die schwimmende Mutter in einer der vorerwähnten Endstellungen,
d. h. an einem Anschlag, der dem zu betätigenden Steuerglied abgewandt ist, d. h.
in Überholstellung, und wird nun das Steuerglied in Richtung auf das Lamellenpaket
hin bewegt, bis zu dem seine Bewegung begrenzenden Anschlag, dann ist nicht immer
sichergestellt, daß dieses Steuerglied eine der Lamellen des Lamellenpaketes beeinflußt,
beispielsweise dann, wenn sich die Lamellen schon etwas abgenutzt haben, d. h. die
Lamellenkupplung wird nicht geschlossen. Befindet sich die Mutter mit dem Lamellenpaket
in der gleichen vorbeschriebenen Endlage und berührt das nun betätigte Steuerglied
gerade noch die ihm zugewandte äußere Innenlamelle, dann bewegt sich die die Innenlamellen
führende Mutter infolge der Erregung schlagartig in Richtung auf das gerade beeinflußte
Steuerglied, so daß die Lamellenkupplung nicht mehr geeignet ist, die umlaufenden
Massen gleichförmig zu beschleunigen.
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Man könnte nun, um dafür zu sorgen, daß sich die einen Teil der Lamellen
führende Mutter, wenn das Lamellenpaket durch äußere Kräfte unbeeinflußt ist, automatisch
in eine Mittellage einstellt, zwischen den Begrenzungsmitteln der Mutter gegenüber
der von ihr umfaßten Schraube und der Mutter Federn anordnen, die die Mutter in
der Mittelstellung halten. Dies bedingt aber, da,ß die zwischen dem einen Begrenzungsmittel
und der Mutter und der Mutter und dem anderen Begrenzungsmittel vorgesehenen Federn
gleiche Druckkräfte ausüben, ganz davon abgesehen, daß beide Federn bzw. Federgruppen
so stark dimensioniert werden müssen, daß sie in der Lage sind, die auftretenden
Reibungskräfte zwischen der Schraube und der Mutter zu überwinden. Da auch dann,
wenn die Federn beim Einbau gleiche Druckkräfte ausüben, infolge Ermüdungserscheinungen
Abweichungen in den ausgeübten Druckkräften auftreten, läßt sich somit nie erreichen,
daß die Mutter im unbeeinflußten Zustand des Lamellenpaketes ständig eine Mittelstellung
einnimmt. Die Einstellung der Mutter auf eine Mittellage ist aber auch schon deswegen
unbedingt erforderlich, damit z. B. bei mechanischer Steuerung der Lamellenkupplung
immer ein konstanter Einrückweg vorhanden ist, wobei selbstverständlich zwischen
dem die Bewegung des Steuergliedes bewirkenden Schalthebel und dem Steuerglied ein
elastisches Mittel vorzusehen ist, welches die zulässige Abnutzung der Lamellen
ausgleicht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Nachteile
zu vermeiden.
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Die Erfindung bei einer Lamellenkupplung der eingangs genannten Art
besteht darin, daß die Endflansche auf den einander abgewandten Enden von zwei die
Schraube umgebenden Muttern befestigt sind, zwischen denen ein innerer Anschlag
oder zwei innere Anschläge auf der Schraube befestigt sind und von denen die eine
Mutter mit dem einen äußeren Anschlag durch mindestens eine Feder und die andere
Mutter mit dem anderen äußeren Anschlag durch mindestens eine zweite Feder verbunden
ist, wobei zwischen zwei Gruppen der Lamellen ein Füllkörper angeordnet ist, der
breiter ist als der Abstand zwischen den beiden Muttern, wenn diese an den beiden
äußeren Anschlägen anliegen, und der Abstand zwischen dem Endflansch der einen Mutter
und der dieser zugewandten Lamelle der geschlossenen Lamellenkupplung größer ist
als der Abstand zwischen dieser Mutter und dem inneren Anschlag bzw. zwischen der
anderen Mutter und dem dieser benachbarten äußeren Anschlag, wenn diese andere Mutter
am inneren Anschlag anliegt. Zweckmäßig ist es, das Steuerglied mit zwei Flächen
zu versehen, die abwechselnd. an die eine bzw. an die andere Larnellengruppe anlegbar
sind, und dafür zu sorgen, daß deren Abstand voneinander einstellbar ist. Das Steuerglied
sollte bei gleichbleibender Drehrichtung aus der dem ausgekuppelten Zustand entsprechenden
Lage axial nach beiden Richtungen so weit verschiebbar sein, daß die Kamellen auch
dann noch formschlüssig kuppelbar sind, wenn sich die eine Mutter infolge Überholens
an den ihr zugeordneten äußeren Anschlag angelegt hat. Weiterhin empfiehlt es sich,
zwischen den Endflanschen der beiden Muttern und den Lamellengruppen reibungsverringernde
Mittel, wie Bronzeringe, Wälzlager, insbesondere Nadellager, deren Achsen radial
zur Drehachse der Teilkörper verlaufen, anzuordnen und gegenüber den Lamellen-Begrenzungsmitteln
zu führen bzw. zu lagern.
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Bei Anwendung dieser Lamellenkupplung bei einem mehrgängigen Zahnräderwechselgetriebe
können zum Erreichen einer Leistungsübertragung ohne Zugkraftunterbrechung in beiden
Drehrichtungen mindestens zwei dieser Lamellenkupplungen entweder gleichachsig hintereinander
oder ungleichachsig angeordnet und wechselweise schaltbar sein, In den Zeichnungen
sind zwei Ausführungsbeispiele der Lamellenkupplung nach der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Larnellenkupplung, Fig. 2 einen Schnitt
nach der Linie A-B des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach
der Linie C-D des Ausführungsbeispiels nach Fig, 2 und Fig. 4 einen dem der Fig.
1 entsprechenden Axialschnitt durch eine abgeänderte Lamellenkupplung mit einer
zweiteiligen, durchgehende Steigung aufweisende Schraube.
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Auf der antreibenden Welle 1 ist über einen in einer Nut 2 liegenden.
Keil 3 eine die antreibende Welle umfassende Schraube 4' mit durchgehender Steigung
festgelegt, die äußere Anschläge 5 bzw. 6 aufweist, die aufgeschraubt und gesichert
sind. In das Gewinde der Schraube 4' greifen zwei Muttern 7' und 7" ein, die als
Träger mit Längsnuten zum Führen von Innenlamellen 8 gestaltet sind. An den einander
abgewandten Enden der beiden Muttern ist je ein Endflansch 9 bzw. 10 zum Begrenzen
der Lamellenpakete der Kupplung festgelegt, beispielsweise durch Aufschrauben und
Sichern.
Zwischen jedem äußeren Anschlag 5 bzw. 6 und der zugeordneten Mutter 7' bzw. 7"
sind Federn 11 bzw. 11' vorgesehen, deren Achsen in Richtung der Gewindesteigung
der Schraube 4 verlaufen, so daß die Muttern bestrebt sind, sich aufeinander zu
zu bewegen, wenn die Lamellen nicht miteinander im Eingriff sind.
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Innerhalb der aus den Naben 12 bzw. 13 aufweisenden Flanschen 14 bzw.
15 und dem Mittelteil 16, welches innen den Längsnuten der Muttern 7' bzw. 7" entsprechende
Nuten aufweist, gebildeten Kupplungsglocke sind außer den Innenlamellen 8 Außenlamellen
17 abwechselnd hintereinander angeordnet. Ein aus einem topfartigen Teil 18, einem
Ringteil 19 und Verbindungsschrauben 20 gebildetes Steuerglied wirkt mit der Fläche
21 eines mit dem topfartigen Teil 18 verschraubten Ringes 18' und mit der Fläche
22 des Ringteiles 19 auf die außen angeordneten verstärkten Außenlamellen .ein.
Der Ring 18' ist angeordnet, damit der topfartige Teil 18 mit einer Kreisringfläche
auf die zugeordnete Außenlamelle einwirkt. In den einander zugewandten Flächen der
Endflansche 9 und 10 sind beispielsweise Nadellager 23, 24 angeordnet.
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Die Naben 12 und 13 aufweisenden Flansche 14 und 15 stehen über jeweils
vier mit ihnen ,einstöckige Ansätze 25 und 26 und Schrauben 27 und 28 sowie Mittelteil
16 miteinander in Verbindung. Diese Einheit ist einerseits über Nadellager 29 und
über ein Wälzlager 38 andererseits auf der antreibenden Welle 1 gelagert. Die Kupplungsglocke
ist also als Abtriebsteil gestaltet, und zwar dadurch, daß ihr ein Zahnrad 39 zugeordnet
ist. Selbstverständlich kann an Stelle eines Zahnrades 39 auch ein eine Nabe aufweisender
Flansch vorgesehen sein' der den die Nabe 13 aufweisenden Flansch 15 ersetzt, also
mit dem Mittelteil 16 umläuft, und die Nabe kann mit einer getriebenen Welle verbunden
sein, z. B. durch Aufkeilen, deren Achse in dergleichen Richtung verläuft wie .die
Achse der antreibenden Welle 1, wobei diese getriebene Welle unter Zwischenfügen
eines Nadellagers od. dgl. dicantreibende Welle 1 umfaßt, die- dann kurz hinter
dem äußeren Anschlag 6 endet.
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Auf dem topfartigen Teil 18 ist über ein Kugellager 30 ein eine Nut
31 aufweisender Ring 32 angeordnet, der durch ein Steuermittel 33 mit dem Steuerglied
18, 19,20 .axial hin- und herbewegt werden kann.
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Während in den Ausführungsbeispielen angenommen ist, .daß ;der .topfartige
Teil 18 und der Ringteil 19
über die Verbindungsschrauben 20 miteinander
verbunden sind und der Abstand, des topfartigen Teiles 18 von :dem Ringteil 19 veränderlich
ist, kann man den topfartigen Teil 18 und den Ring-teil 19 auch für sich lagern
und so steuern,;daß .entweder nur der topfartige Teil 18 oder nur der Ringteil
19 je für sich verschoben wird. In beiden Fällen kann auftretender Lamellenverschleiß
.ausgeglichen werden. Die abwechselnde Verschiebung des kopfartigen Teiles 18 und
des Ringteiles erfolgt im letzterwähnten Falle dann über ein zusätzliches Steuerglied,
beispielsweise einen Schaltnocken.
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Auf der Schraube 4' ist in .der Mitte ein innerer Anschlag 36 angeordnet.
Wird die Schraübe aus zwei Teilen mit gleichgerichtetem.Gewinde .hergeste@llt, dann
werden an Stelle des inneren Anschlages 36 zwei innere Anschläge 36' und 36" vorgesehen,
die j e auf einer der Schrauben 4" bzw. 4"' festgelegt sind.
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Das aus den Innenlamellen 8 und Außenlamellen 17 gebildete Lamellenpaket
ist durch einen Füllkörper 37 in zwei Gruppen aufgeteilt. Der Füllkörper 37 ist
breiter als der Abstand a zwischen den beiden Muttern 7' und 7", wenn diese an den
beiden äußeren Anschlägen 5 bzw. 6 anliegen, und der Abstand zwischen dem Endflansch
9 der einen Mutter 7' und der dieser zugewandten Lamelle der geschlossenen Lamelleükupplung
ist größer als der Abstand zwischen dieser Mutter 7' und dem inneren Anschlag 36
bzw. zwischen der anderen Mutter 7" und dem dieser benachbarten äußeren Anschlag
6, wenn diese andere Mutter 7" am inneren Anschlag 36 anliegt. Entsprechendes gilt
für den Fall der Anordnung zweier innerer Anschläge 36' und 36", wenn an Stelle
einer einteiligen Schraube eine zweiteilige vorgesehen ist.
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Läuft die antreibende Welle 1 beispielsweise im Sinne des Pfeiles
34 um, so bewegt sich im dargestellten Fall bei rechtsgängiger Schraube 4' die Mutter
7' unter Zusammendrücken der Federn 11 gegen den äußeren Anschlag 5, während die
andere Mutter 7" gegen den inneren Anschlag 36 anläuft, der aus einem zweiteiligen
Ring gebildet wird. Dadurch wird der Kuppelvorgang vorbereitet. Das Steuermittel
33 wird in Richtung des Pfeiles 35 bewegt, so. daß die Fläche 21 auf das Lamellenpaket
einwirkt und die Lamellenkupplung geschlossen wird. Da die Dicke des Füllkörpers
37, in axialer Richtung gesehen, größer ist als der doppelte Abstand der Muttern
7' und 7" voneinander, wird bei geöffneter Lamellenkupplung, gleichgültig nach welcher
Seite hin sie geöffnet ist, ein Durchfallen der Innenlamellen verhindert. Die Zahl
der Reibflächen jeder der beiden Gruppen des Lamellenpaketes richtet sich in erster
Linie nach dem zu übertragenden Drehmoment. Darüber hinaus ist aber dafür zu sorgen,
daß folgende Bedingung erfüllt wird:
wobei I, eine Sicherheitsschmierölkonstante darstellt, die etwa den Wert 2 ,aufweist,
.a dem Steigungswinkel des Steilgewindes der Schraube 4' bzw. den Schrauben 4" und
4"' und o dem Reibungswinkel des Gewindes entspricht. Der Winkel o beträgt etwa
5°, 40'. r bedeutet den mittleren Teilkreisradius des Steilgewindes der Schrauben
4', 4", 4"'. ,u entspricht dem Reibwert zwischen den Innen- und Außenlamellen, i
bezeichnet die Zahl der Reibflächen und R den mittleren Reibflächenradius der Innen-
und Außenlamellen.
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Es soll angenommen werden, daß ein Drehmoment von 20 mkg durch beide
Lamellengruppen insgesamt übertragen werden soll. Würde man beispielsweise zum Viertragen
eines bestimmten. Drehmomentes, wie im Ausführungsbeispiel angenommen, jede der
beiden Gruppen des Lamellenpaketes mit zwölfeinhalb Reibflächen versehen, dann würde
die Lameilenkupplung das Drehmoment einwandfrei übertragen. In diesem Fall ist noch
nicht sicher, daß auch beim Bewegen des Steuermittels 33 die jeweilige Mutter 7'
bzw. 7" immer an .dem mittleren Anschlag anliegt. Damit sichergestellt ist, daß
die jeweilige Mutter 7' bzw. 7" an dem Anschlag 36 bzw. an den Anschlägen 36', 36"
auch während des Kuppelns .anliegt, muß man dann der entsprechenden Gruppe noch
weitere Lamellen zuordnen, wenn die für eine Gruppe in die oben angegebene Gleichung
eingesetzte Reibflächenzahl z die oben angegebene Gleichung nicht erfüllt.
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Ist die Kupplung geschlossen, dann liegen die Nadellager 24 des Endflansches
10 an dem Lamellenpaket an, d. h., das eingeleitete Drehmoment wird übertragen.
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Beim Voreilen des angetriebenen Zahnrades 39 gegenüber der antreibenden
Welle 1 beginnt der Überholvorgang. Das Zahnrad 39 läuft in der gleichen Drehrichtung
wie die Welle 1 um, jedoch mit höherer
Drehzahl. Dadurch schraubt
sich die Mutter 7" in Richtung des Pfeiles 35 auf der Schraube 4' auf, drückt die
Federn 11' zusammen und öffnet das Lamellenpaket. Die Lamellenkupplung überholt
also. Verringert sich die Drehzahl des Zahnrades 39, dann tritt wieder Kraftschluß
ein, wenn sich die Lage des Steuermittels 33 nicht geändert hat. Die Lamellenkupplung
ist geschlossen, wenn die antreibendeWelle 1 und das Zahnrad 39 mit gleicher Drehzahl
umlaufen.
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Läuft die antreibende Welle 1 entgegen der Richtung des Pfeiles 34
um, so drückt die Mutter 7" die Federn 11' etwas zusammen, bewegt sich also um ein
geringes Maß in Richtung des Pfeiles 35. Soll nun das Zahnrad 39 in der gleichen
Drehrichtung mitgenommen werden, so ist es erforderlich, das Steuermittel 33 entgegen
der Richtung des Pfeiles 35 zu bewegen, so daß die Fläche 22 auf das Lamellenpaket
einwirkt. Die Lamellenkupplung wird geschlossen. Für das Lösen und Kuppeln gilt
dann sinngemäß das gleiche wie oben ausgeführt.
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Soll die Lamellenkupplung zum Bremsen verwendet werden, so ist das
Steuermittel 33 noch weiter nach rechts bzw. links zu bewegen, als dies zum
normalen Kuppeln, je nach der Drehrichtung, erforderlich ist. Hierdurch wird dann
die Lamellenkupplung, je nach Drehrichtung der antreibenden Welle, blockiert. Stehen
der topfartige Teil 18 und der Ringteil 19 nicht miteinander in Verbindung,
dann können beide Teile gemeinsam und unabhängig voneinander aufeinander zu bewegt
werden, um ebenfalls ein Blockieren der Lamellenkupplung zu erzielen. Unter Blockieren
der Larnellenkupplung wird der Zustand verstanden, der jede Überholungsmöglichkeit
ausschließt.
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Aus vorstehendem ergibt sich, daß, trotzdem die Schraube 4' bzw. die
Schrauben 4" und 4"' und die Muttern 7' und 7" nur nach einer Richtung geschnitten
sind, ein einwandfreies Kuppeln und Entkuppeln möglich ist, und zwar unabhängig
von der Drehrichtung der jeweiligen antreibenden Welle. Das Gleiche gilt auch für
den Fall, daß das Zahnrad 39 angetrieben und die Welle 1 als getriebene Welle benutzt
wird.
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Selbstverständlich kann man an Stelle der dargestellten Teile. auch
anders gestaltete Teile vorsehen, wenn diese die gleiche Aufgabe lösen. Werden mehr
als zwei Schrauben einer Welle zugeordnet, dann sind entsprechend mehr Anschläge
vorzusehen. Ob die Beeinflussung des Steuermittels 33 mechanisch, hydraulisch, pneumatisch,
elektrisch, insbesondere magnetisch, oder kombiniert erfolgt, ist an sich gleichgültig.
Es ist natürlich auch möglich, unmittelbar, beispielsweise auf den topfartigen Teil
18, einzuwirken.