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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur schaltbaren Kopplung einer Basis mit zwei koaxialen Wellen, nämlich einer als Hohlwelle ausgebildeten Außenwelle und einer radial innerhalb der Außenwelle angeordneten Innenwelle, umfassend eine axial verschieblich und drehfest zur Basis gelagerte Schiebehülse, die eine erste Wirkverbindungsanordnung, welche in einer ersten Schiebestellung der Schiebehülse eine drehfeste Verbindung mit einer korrespondierenden Wirkverbindungsanordnung der Innenwelle bildet, sowie eine zweite Wirkverbindungsanordnung, welche in einer zweiten Schiebestellung der Schiebehülse eine drehfeste Verbindung mit einer korrespondierenden Wirkverbindungsanordnung der Außenwelle bildet, aufweist.
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Diese Druckschrift offenbart eine Doppelkupplung, mit der das Moment einer Antriebswelle alternativ auf eine von zwei Abtriebswellen übertragbar ist, die koaxial zueinander als innenliegende Vollwelle und außenliegende Hohlwelle angeordnet sind. Die axial benachbart zur innenliegenden Abtriebswelle angeordnete Antriebswelle weist einen hohlzylindrischen Kragen auf, der sie axial verlängert und einen Endzapfen der innenliegenden Abtriebswelle umgreift. Außen auf diesem Kragen ist eine Schiebehülse angeordnet, die axial verschieblich gelagert ist und mittels einer Tellerfeder drehfest mit dem Kragen verbunden ist. Die Schiebehülse weist ein im Schnitt U-förmiges, nach radial innen geöffnetes Profil auf. Einer der U-Schenkel ist an seiner Spitze mit einer Innenverzahnung bewehrt, die mit einer Außenverzahnung auf einem Kragen der außenliegenden Abtriebswelle korrespondiert. Bei geeigneter Axialstellung der Schiebehülse greifen beide Verzahnungen ineinander, sodass eine drehfeste Verbindung zwischen der Antriebs- und der außenliegenden Abtriebswelle entsteht. Der andere U-Schenkel weist an seiner Innenseite eine Reibfläche auf, die mit einer Reibfläche an einem Kragen der innenliegenden Abtriebswelle, welche die außenliegende Abtriebswelle axial überragt, korrespondiert. Bei geeigneter Axialstellung der Schiebehülse kommen beide Reibflächen miteinander in Reibkontakt, sodass eine drehfeste Verbindung zwischen der Antriebswelle und der innenliegenden Abtriebswelle entsteht. Der U-Bogen ist so dimensioniert und auf den Abstand der Kragen der Abtriebswellen abgestimmt, dass jeweils höchstens eine der vorgenannten drehfesten Wirkverbindungen zustande kommt. Nachteilig bei der bekannten Koppelvorrichtung sind der erhebliche radiale Bauraumbedarf sowie die ungünstigen Hebelverhältnisse, die sich aus der die Kragen der Abtriebswelle außen umgreifenden Ausgestaltung der Schiebehülse ergeben.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Koppelvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die insbesondere einen geringeren Bauraumbedarf hat.
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Schiebehülse radial zwischen der Innenwelle und der Außenwelle angeordnet und an einer basisfesten Nabe gelagert ist, auf der außen die Außenwelle und in der innen die Innenwelle gelagert ist, wobei die Nabe schlitzartige Radialdurchbrüche aufweist, durch welche eine der Wirkverbindungsanordnungen der Schiebehülse hindurchragt.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Zunächst sieht die Erfindung vor, die Schiebehülse nicht als ein sowohl die Basis als auch beide koaxiale Wellen außen umgreifendes Element zu gestalten, sondern sie vielmehr radial zwischen Außenwelle und Innenwelle anzuordnen. Hieraus folgt, dass ihre erste Wirkverbindungsanordnung im Bereich ihrer Innenfläche und ihre zweite Wirkverbindungsanordnung im Bereich ihrer Außenfläche angeordnet sein muss. Insbesondere wechselwirken ihre erste Wirkverbindungsanordnung mit einer korrespondierenden Wirkverbindungsanordnung, die im Bereich der Außenfläche der Innenwelle angeordnet ist, und ihre zweite Wirkverbindungsanordnung mit einer korrespondierenden Wirkverbindungsanordnung, die im Bereich der Innenfläche der Außenwelle angeordnet ist. Es ist offensichtlich, dass hierdurch kein zusätzlicher radialer Bauraum benötigt wird.
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Zunächst problematisch bei diesem Ansatz erscheint die notwendige Lagerung der Schiebehülse, die einerseits axial verschieblich und andererseits drehfest zur Basis zu erfolgen hat. Diese Problematik löst die Erfindung, indem sie die Schiebehülse in einem Element lagert, welches einerseits fest mit der Basis verbunden ist und andererseits als Nabe für die koaxialen Wellen dient. Insbesondere ist die Innenwelle innen in der Nabe und die Außenwelle außen auf der Nabe gelagert. Damit die Schiebehülse mit ihren Wirkverbindungsanordnungen radial beiderseits des Nabenkörpers mit beiden Wellen wechselwirken kann, ist es erforderlich, dass sie an irgendeiner Stelle den Nabenkörper in radialer Richtung durchsetzt. Hierzu weist die Nabe schlitzförmige Durchbrüche auf, durch welche eine der Wirkverbindungsanordnungen, vorzugsweise die zweite, d.h. die mit der Außenwelle wechselwirkende Wirkverbindungsanordnung, hindurchragt. Die Gestaltung der Durchbrüche als axial erstreckte Schlitze hat dabei den zusätzlichen Vorteil, dass diese in Wechselwirkung mit der sie durchgreifenden Wirkverbindungsanordnung eine Rotation der Schiebehülse relativ zur Nabe verhindern und gleichzeitig eine Axialführung für die axiale Verschieblichkeit der Schiebehülse bilden.
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Die Ausgestaltung der Basis ist grundsätzlich unerheblich. Beispielsweise kann eine rotierbare Welle als Basis dienen. In diesem Fall würde die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kopplung dieser Welle mit den beiden koaxialen Wellen dienen. Allerdings ist es auch möglich und bevorzugt vorgesehen, als Basis ein festes Element, z.B. ein Getriebegehäuse, zu wählen. In diesem Fall würde die erfindungsgemäße Kopplungsvorrichtung als Bremse wirken, mittels derer die koaxialen Wellen an der festen Basis festgelegt werden können.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Wirkverbindungsanordnung der Schiebehülse als ein mit einem Außenverzahnungsabschnitt der Innenwelle korrespondierender Innenverzahnungsabschnitt und/oder die zweite Wirkverbindunganordnung der Schiebehülse als ein mit einem Innenverzahnungsabschnitt der Außenwelle korrespondierender Außenverzahnungsabschnitt ausgebildet ist. Bevorzugt ist nämlich vorgesehen, dass die Wirkverbindung zwischen Schiebehülse und Welle formschlüssig erfolgt, insbesondere, jedoch nicht zwingend, durch Verzahnungseingriff. Der Begriff der Verzahnung ist hier weit zu verstehen und umfasst nicht nur klassische Steckverzahnungen, sondern insbesondere auch sporadisch über den Umfang eines der zu koppelnden Elemente verteilte Vorsprünge, die in korrespondierende Nuten im Umfang des anderen zu koppelnden Elementes angeordnet sind.
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Alternativ zur formschlüssigen Wirkverbindung kann selbstverständlich auch eine reibschlüssige Wirkverbindung vorgesehen sein, beispielsweise in Form miteinander wechselwirkender Reibkonen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in der zuvor erläuterten Formschlussvariante ist vorgesehen, dass die Schiebehülse einen Hülsenkörper aufweist, an dessen vorderem Rand und über seinen Umfang verteilt, mehrere axial erstreckte Finger angeordnet sind, die gemeinsam den Außenverzahnungsbereich der Schiebehülse bilden. Eine derart geformte Schiebehülse kann als kronenartig beschrieben werden. Der Innenverzahnungsbereich einer solchen Schiebehülse sitzt vorzugweise an der Innenfläche des Hülsenkörpers, der die Innenwelle umgreift. Die Finger, welche die Radialdurchbrüche der Nabe von innen nach außen durchsetzen, bilden den Außenverzahnungsbereich der Schiebehülse, der mit dem Innenverzahnungsbereich der außen auf der Nabe gelagerten Außenwelle wechselwirkt.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass die Finger nach radial außen gerichtet sind oder zumindest nach radial außen abgewinkelte Abschnitte aufweisen. Dies ist erforderlich, wenn die Nabe über ihre gesamte Länge einen gleichbleibenden Durchmesser aufweist. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die Nabe einen hinteren Bereich größeren Durchmessers und einen vorderen Bereich kleineren Durchmessers aufweist, wobei die schlitzartigen Radialdurchbrüche den vorderen Bereich sowie einen diesen mit dem hinteren Bereich verbindenden Übergangsbereich durchsetzen. Bei dieser Ausgestaltung ist es möglich, dass die Finger sich rein axial in axialer Fortsetzung des Hülsenkörpers erstrecken, die Nabe im Übergangsbereich von innen nach außen durchstoßen und ihre seitliche Führung in den Schlitzfortsätzen im vorderen Nabenbereich finden.
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Bei dieser Ausführungsform ist es besonders günstig, wenn der Innendurchmesser des hinteren Bereichs der Nabe dem Außendurchmessers des Hülsenkörpers angepasst ist. Anpassung bedeutet in diesem Zusammenhang eine Abstimmung beider Durchmesser, sodass eine möglichst spielarme Linearführung der Schiebehülse in der Nabe gewährleistet ist.
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Analog hierzu wird als günstig angesehen, wenn der Innendurchmesser des vorderen Bereichs der Nabe dem Innendurchmesser der Schiebehülse im Bereich deren Finger angepasst ist, wobei die Radialausdehnung der Finger wenigstens bereichsweise größer ist als die Materialstärke des vorderen Bereichs der Nabe. Der Innendurchmesser der Nabe ist an den Außendurchmesser der in ihr gelagerten Innenwelle angepasst. In etwa gleiche Ausgestaltung von Naben-Innendurchmesser und Schiebehülsen-Innendurchmesser gewährleistet eine quasi-kontinuierliche Fortsetzung der Nabe durch die Schiebhülse, sodass Hohlräume und Spalten, in denen sich Verschmutzungen absetzen können, vermieden werden. Die Schiebehülse weist also im Bereich ihres Hülsenkörpers sowie im Bereich ihrer Finger den gleichen Innendurchmesser auf. Damit die Finger im Sinne eines Verzahnungseingriffs mit der außen auf der Nabe gelagerten Außenwelle wechselwirken können, müssen wenigstens Bereiche von ihnen radial über die Nabe hinausragen. Somit ist es also erforderlich, dass die Finger-Materialstärke wenigstens bereichsweise größer ist als die Materialstärke der Nabe.
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Zur Betätigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es erforderlich, die Schiebehülse axial zu verschieben. Insbesondere in Fällen, in denen die Nabe an einer festen Basis festgelegt ist, ist hierzu bevorzugt vorgesehen, dass die Schiebehülse in ihrem hinteren Bereich, mit dem sie über die Nabe hinausragt, einen azimutalen Schlitz aufweist, in den ein gekröpfter Abschnitt eines nabenfest gelagerten Rotationsstabes eingreift. Der Rotationsstab ist bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zur Hülsenachse angeordnet. Durch Rotation des Rotationsstabes wird sein gekröpfter Abschnitt verschwenkt, wobei er sowohl eine tangentiale als auch eine axiale Bewegungskomponente ausführt. Der azimutale Schlitz, in den er eingreift, sorgt dabei für eine isolierte Übertragung allein der Axialkräfte, die eine Axialverschiebung der Schiebehülse bewirken.
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Das der Schiebehülse abgewandte Ende des Rotationstabes ist bevorzugt mit einem motorischen Rotations-Stelltrieb gekoppelt, mit dem die gewünschte Axialverschiebung der Schiebehülse präzise einstellbar ist. Hierzu eignet sich, wie bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, wegen seiner Selbsthemmung insbesondere ein Schneckentrieb.
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Wie eingangs bereits erläutert, ist es die vornehmliche Aufgabe der erfindungsgemäßen Koppelvorrichtung, die Basis in einer ersten Schiebestellung der Schiebehülse mit der Innenwelle und in einer zweiten Schiebstellung der Schiebehülse mit der Außenwelle zu verbinden. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind noch eine oder mehrere weitere Schiebestellungen vorgesehen, insbesondere eine dritte Schiebestellung, in der keine der Wirkverbindungsanordnungen der Schiebehülse mit einer korrespondierenden Wirkverbindungsanordnung einer der Wellen eine drehfeste Verbindung bildet. Beide Wellen sind in dieser Schiebestellung von der Basis entkoppelt. Alternativ oder zusätzlich kann eine vierte Schiebestellung vorgesehen sein, in der beide Wirkverbindungsanordnungen der Schiebehülse mit der jeweils korrespondierenden Wirkverbindungsanordnung der Wellen eine drehfeste Verbindung bilden. In dieser Stellung sind also beide Wellen, d.h. die Innenwelle und die Außenwelle, mit der Basis verbunden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung,
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2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung in vier Schaltstellungen.
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Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche oder analoge Elemente hin.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung 10, die hier ohne Basis 12 und ohne Wellen 14, 16 dargestellt ist. Deren Anordnung ist der schematischen Darstellung von 2 zu entnehmen, auf die weiter unten im Detail eingegangen werden soll.
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Zentraler Bestandteil der erfindungsgemäßen Kopplungsvorrichtung ist eine Nabe 18, die einen hinteren Bereich 181 größeren Durchmessers und einen vorderen Bereich kleineren Durchmessers 182 aufweist. Zwischen dem hinteren Bereich 181 und dem vorderen Bereich 182 ist ein Übergangsbereich 183 angeordnet, in dem sich die Nabe 18 verjüngt. Am hinteren Bereich 181 ist ein Flansch 184 angeordnet, mit dem die Nabe 18 an der Basis 12 angeflanscht werden kann. Der Übergangsbereich 183 sowie der hintere Teil des vorderen Bereichs 182 der Nabe 18 ist mit axial erstreckten, schlitzartigen Radialdurchbrüchen 185 versehen.
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Im Inneren des hinteren Bereichs 181 der Nabe 18 ist eine kronenartige Schiebehülse 20 geführt. Diese weist einen Hülsenkörper 201 auf, an dessen vorderem Rand eine Mehrzahl von axial erstreckten Fingern 202 angeordnet sind. Diese Finger durchsetzen die Radialdurchbrüche 185 im Übergangsbereich 183 und sind an deren Breite im vorderen Bereich 182 derart angepasst, dass eine spielarme Linearführung realisiert ist. Die Materialstärke der Finger 202 ist wenigstens bereichsweise größer als die Materialstärke der Nabe 18 in deren vorderem Bereich 182, wie insbesondere in 2 erkennbar.
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Im Inneren des Hülsenkörpers 201 sind, über dessen Umfang verteilt, nach innen ragende Innenzähne 203 angeordnet.
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In der Nähe ihres hinteren Randes weist die Schiebehülse 20 einen Azimutalschlitz 204 auf, in den ein gekröpfter Bereich 221 eines Rotationsstabes 22 eingreift. Der Rotationsstab 22 ist in einem am Flansch 184 festgelegten Radiallager 24 gelagert. Der Rotationsstab 22 ist im Wesentlichen senkrecht zur Achse der Nabe 18 und der Schiebehülse 20 angeordnet. An seinem der Nabe 18 und der Schiebehülse 22 abgewandten Ende ist der Rotationsstab 22 drehfest mit einem Schneckenrad 26 verbunden, welches mit einer Schnecke 28 kämmt, die von einem Elektromotor 30 angetrieben wird. Betätigung des Elektromotors 30 führt zu einer Rotation des Rotationsstabes 22 und somit zu einer Verschwenkung dessen gekröpften Abschnitts 221. Die Axialkomponente (bezogen auf die Nabe 18 und die Schiebehülse 20) dieser Bewegung wird über den Azimutalschlitz 204 auf die Schiebehülse 20 übertragen, sodass deren Axialbewegung resultiert.
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Die Funktion der erfindungsgemäßen Koppelvorrichtung soll nachfolgend anhand von 2 erläutert werden. In 2a ist eine erste Schiebestellung der Schiebehülse 20 dargestellt, bei der die die schlitzartigen Radialdurchbrüche 185 durchgreifenden Finger 202, die eine Außenverzahnung der Schiebehülse 20 bilden, in eine korrespondierende Innenverzahnung 161 der Außenwelle 16 eingreifen. Ein Relativmoment zwischen der Außenwelle 16 und der Nabe 18, die an der Basis 12 festgelegt ist, wird über die von den Radialdurchbrüchen 185 gebildete seitliche Führung der Finger 202 übertragen. In dieser Stellung liegt somit eine drehfeste Kopplung zwischen der Außenwelle 16 und der Nabe 18, d.h. der Basis 12 vor. Die Innenzähne 203, die an der Innenseite des Hülsenkörpers 201 angeordnet sind, stehen in dieser Schiebestellung in keiner Wechselwirkung mit irgendeinem Element, insbesondere nicht mit einer korrespondierenden Außenverzahnung 141 der Innenwelle 14.
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In der in 2b gezeigten Schiebestellung, in der die Schiebehülse 20 etwas nach hinten, d.h. in 2 nach links, verschoben ist, greifen die Finger 202 noch immer in die Innenverzahnung der Außenwelle 16 ein. Diesbezüglich ergibt sich somit keine wesentliche Änderung zur Stellung von 2a. Die Innenzähne 203 der Schiebehülse 20 greifen in dieser Stellung jedoch in die Außenverzahnung 141 der Innenwelle 14 ein, sodass auch diese in der gezeigten Stellung mit der Nabe 18 und somit mit der Basis 12 drehfest verbunden ist.
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Bei der in 2c gezeigten Schiebestellung, in der die Schiebehülse 20 noch weiter nach hinten, d.h. in 2 nach links, verschoben ist, sind die Finger 202 außer Eingriff mit der Innenverzahnung 161 der Außenwelle 16 geraten. Deren Kopplung mit der Nabe 18 und somit mit der Basis 12 ist damit aufgehoben. Allerdings besteht noch immer ein Zahneingriff zwischen den Innenzähnen 203 der Schiebehülse 20 und der Außenverzahnung 141 der Innenwelle 14. Diese ist demnach, wie auch in der zuvor beschriebenen Schaltstellung, drehfest mit der Nabe 18 und somit mit der Basis 12 verbunden.
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Schließlich zeigt 2d eine Schiebstellung, in der die Schiebehülse noch weiter nach hinten, d.h. in 2 nach links, verschoben ist. In dieser Stellung sind nunmehr auch die Innenzähne 203 der Schiebehülse 20 außer Eingriff mit der Außenverzahnung 141 der Innenwelle 14 geraten, sodass in dieser Stellung keine drehfeste Kopplung irgendeiner der Wellen 14, 16 mit der Nabe und somit mit der Basis 12 mehr gegeben ist.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere kann durch andersartige Gestaltung der Verzahnungen eine Koppelvorrichtung geschaffen werden, die nicht alle in 2 gezeigte Schaltstellungen realisiert. Insbesondere wird es dem Fachmann leicht möglich sein, beispielsweise durch schmalere Gestaltung der Außenverzahnung 141 der Innenwelle 14, die in 2b gezeigte simultane Kopplung beider Wellen 14, 16 mit der Nabe 18 zu vermeiden. Auch die Schiebebetätigung der Schiebehülse 20 kann auf andere Weise als in 1 gezeigt, erfolgen. Dies wird insbesondere dann erforderlich sein, wenn die Nabe 18 nicht an einer festen Basis 12, sondern an einem selbstbeweglichen Teil, beispielsweise einer dritten Welle festgelegt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Koppelanordnung
- 12
- Basis
- 14
- Innenwelle
- 141
- Außenverzahnung von 14
- 16
- Außenwelle
- 161
- Innenverzahnung von 16
- 18
- Nabe
- 181
- hinterer Bereich von 18
- 182
- vorderer Bereich von 18
- 183
- Übergangsbereich zwischen 181 und 182
- 184
- Flansch
- 185
- Radialdurchbruch
- 20
- Schiebehülse
- 201
- Hülsenkörper
- 202
- Finger
- 203
- Innenzähne
- 204
- Azimutalschlitz
- 22
- Rotationsstab
- 221
- gekröpfter Bereich von 22
- 24
- Radiallager
- 26
- Schneckenrad
- 28
- Schnecke
- 30
- Elektromotor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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