DE19912687A1

DE19912687A1 - Multi-purpose torque limiting clutch for both dry and lubricated applications

Info

Publication number: DE19912687A1
Application number: DE1999112687
Authority: DE
Inventors: Olis Haase; Sibylla Haase; Peter Haase
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-20
Filing date: 1999-03-20
Publication date: 2000-09-21

Abstract

A drive unit delivers motive power via a transmission and clutch with two plates (2, 3) which are linked by a corrugated spring disc profile (1). When engaged, the spring profile rests within plate recesses which alternate in their facing position. When excess torque is applied, the spring slips from one recess to the next until the torque has been reduced to the minimum acceptable value.

Description

Die Erfindung betrifft eine form- und kraftschlüssige, drehmomenteinstellbare, dreh richtungsunabhängige Schalt- und Sicherheitskupplung.The invention relates to a positive and non-positive, torque adjustable, rotating directional switching and safety clutch.

Abgesehen von den Schalt- und Sicherheitskupplungen mit Reibbelag, beruht die Mehrzahl der Kupplungen dieses Verwendungsbereichs auf dem Funktionsprinzip, daß federbelastete Formschlußglieder schräg zur Richtung der Drehkraft in entsprechend passende Aussparungen, Kerben, Bohrungen und dergleichen eingreifen, aus welchen sie bei Überlast, bzw. nach Erreichen des mittels Federn vorgegebenen maximalen Drehmoments, herausgedrückt werden und über die angrenzenden Bauteile hinweg ratschen bzw. hinwegrutschen. Diese Kupplungen sind in vielen Fällen aus einer größeren Anzahl von Bauteilen zusammengesetzt, deren Anfertigung Präzision erfordert und deren Montage aufwendig ist.Apart from the shift and safety clutches with friction lining, the Majority of the couplings of this area of application on the principle of operation that spring-loaded form-locking members obliquely to the direction of the torque in accordance engage matching recesses, notches, holes and the like from which they in case of overload or after reaching the maximum specified by springs Torque, be pushed out and over the adjacent components ratchet or slide away. In many cases, these couplings are of a larger size Number of components assembled, the manufacture of which requires precision and their Assembly is complex.

Aufgabe der hier vorgeschlagenen Konstruktion ist es, eine robuste, drehmoment einstellbare Schalt- und Sicherheitskupplung mit wenigen Bauteilen und geringem Montageaufwand herzustellen; und die sich - gewissermaßen als Universalkupplung - für einen großen Einsatzbereich eignet. Darüber hinaus kann sie sowohl trocken als auch geschmiert oder in Getriebeöl umlaufen. Ihr Aufbau ist in den Zeichnungen dargestellt und entsprechend beschrieben.The task of the construction proposed here is to provide a robust, torque adjustable switching and safety clutch with few components and low Manufacture assembly costs; and which - as a kind of universal coupling - for a wide range of applications. In addition, it can be both dry and lubricated or circulated in gear oil. Their structure is shown in the drawings and described accordingly.

Die Zeichnungen zeigen inThe drawings show in

Fig. 1 u. 2 das Funktionsschema, welches vereinfacht als Abwicklung gestreckt gezeich net ist. Fig. 1 u. 2, the functional diagram, which is shown as a simplified stretched execution.

Fig. 3 einen Kreisausschnitt mit Blick auf eine Kupplungsscheibe und zwei davor befindlichen wellenförmigen Ringfedern. Fig. 3 shows a circular section with a view of a clutch disc and two wave-shaped ring springs located in front of it.

Fig. 4 ein einstufiges Ausführungsbeispiel für zwei axial fluchtende Wellenenden. Fig. 4 shows a one-stage embodiment for two axially aligned shaft ends.

Fig. 5 ein zweistufiges Ausführungsbeispiel ebenfalls für zwei Wellenenden in einer Flucht. Fig. 5 shows a two-stage embodiment also for two shaft ends in one flight.

Fig. 6 ein zweistufiges Ausführungsbeispiel für zwei nebeneinander angeordnete Wellen mit Zahnrad-Kraftübertragung. Fig. 6 shows a two-stage embodiment for two shafts arranged side by side with gear power transmission.

Fig. 7 ein vierstufiges Ausführungsbeispiel für drei nebeneinander befindliche Wellen mit Zahnrad- und Kettenrad-Kraftübertragung. Fig. 7 shows a four-stage embodiment for three adjacent shafts with gear and sprocket power transmission.

Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, besteht der wirksame Bausatz dieser Kupplung lediglich aus drei Teilen: Jeweils aus dem Bauteil mit der radial genuteten Planflanke an der Antriebsseite, einem ebenso radial genuteten an der Abtriebsseite und - dem wichtigsten Teil dieser Kupplung - der wellenförmigen Ringfeder. Diese allein ist das verbindende, drehmomentübertragende Glied zwischen den beiden Kupplungsseiten. Sie wirkt formschlüssig durch den Eingriff ihrer Wellen in die Nuten und kraftschlüssig sowie drehmomenteinstellbar durch die variierbare Federkraft.As can be seen from the drawings, the effective kit of this coupling is made only from three parts: each from the component with the radially grooved face the drive side, an equally radially grooved on the output side and - the most important part of this coupling - the wave-shaped ring spring. This alone is that connecting, torque-transmitting link between the two coupling sides. she acts positively through the engagement of their shafts in the grooves and non-positively as well adjustable torque due to the variable spring force.

Infolge der symmetrischen Wellenform der Ringfeder, ist die Kupplung gleichermaßen für Links- und Rechtslauf geeignet.Due to the symmetrical waveform of the ring spring, the clutch is equally suitable for Suitable for left and right rotation.

Pulsierendes Durchrutschen beim Einkuppeln ermöglicht sanftes Anfahren bis zum Gleichlauf. Pulsating slipping when engaging enables smooth starting up to Synchronism.

In Fig. 1 und 2 ist die Funktion der Kupplung vereinfacht - als Abwicklung gestreckt gezeichnet - dargestellt. Hierbei ist F = Drehkraft, M = Drehmoment und A = variierbarer Abstand zwischen den beiden Kupplungsseiten.In Fig. 1 and 2, the function of the clutch is shown in simplified form - drawn as a development. Here F = torque, M = torque and A = variable distance between the two coupling sides.

Zwischen dem antreibenden Bauteil 2 und dem angetriebenen Bauteil 3 ist die wellen förmige Ringfeder 1 so angeordnet, daß ihre Wellen wechselseitig im Grund der Nuten anliegen. Die Nuten sind so breit hergestellt, daß zwischen der Ringfeder und den schrägen Nutenflanken ein Zwischenraum vorhanden ist. Dieser ist erforderlich, weil beim axialen Vorspannen und Einstellen des vorgesehenen Drehmoments und in erhöhtem Maße, wenn durch Überlast oder ein Hindernis die Abtriebsseite gestoppt wird (M-Stopp) und die Federwellen etwas gestreckt an der einen Seite in den Nuten verbleiben, während sie an der anderen Seite aus den Nuten herausgedrückt, über die zwischen den Nuten verbliebenen Flächen hinwegrutschen. Dabei wird der Durchmesser der Ringfeder von D1 auf D2 vergrößert. Dadurch ist es notwendig, den Durchmesser der genuteten Kupplungsteile entsprechend größer zu wählen als es der Durchmesser der entspannten Ringfeder ist, Fig. 3.Between the driving component 2 and the driven component 3 , the wave-shaped ring spring 1 is arranged so that their shafts lie alternately in the bottom of the grooves. The grooves are made so wide that there is a space between the ring spring and the oblique groove flanks. This is necessary because when axially preloading and setting the intended torque and to an increased extent, when the output side is stopped by an overload or an obstacle (M-stop) and the spring shafts remain somewhat stretched on one side in the grooves while they are on the other side pushed out of the grooves, slide over the areas remaining between the grooves. The diameter of the ring spring is increased from D1 to D2. This makes it necessary to choose the diameter of the grooved coupling parts to be correspondingly larger than the diameter of the relaxed ring spring, FIG. 3.

Das Einstellen, bzw. Variieren, des einer Kupplung zugehörigen Drehmoments erfolgt durch Änderung des Abstandes A zwischen den An- und Abtriebsteilen der Kupplung, indem die Ringfeder 1 mehr oder minder vorgespannt wird.The setting or varying of the torque associated with a clutch is carried out by changing the distance A between the input and output parts of the clutch, in that the annular spring 1 is preloaded more or less.

Hierbei darf ein minimaler Abstand nicht unterschritten werden, damit die beim Durchrutschen etwas flacher gedrückte Ringfeder nicht irreversibel verformt wird. Eine Spannungsreserve sollte in jedem Fall erhalten bleiben.A minimum distance must not be undercut here, so that the Sliding slightly flattened ring spring is not irreversibly deformed. A The voltage reserve should always be retained.

Eine Änderung des Drehmoments kann auch erzielt werden, indem die Blechdicke sowie die Breite des Ringes der Ringfeder innerhalb optimaler Möglichkeiten gewählt wird.A change in torque can also be achieved by changing the sheet thickness as well the width of the ring of the ring spring is chosen within optimal possibilities.

Darüber hinaus kann das übertragbare Drehmoment, ohne Änderung der Baugröße, dadurch vervielfacht werden, daß anstelle von nur einer, zwei, drei oder mehrere Ringfedern konzentrisch ineinander eingesetzt werden, wie das beispielsweise mit zwei Ringfedern in Fig. 3 dargestellt ist.In addition, the transmissible torque can be multiplied without changing the size by using concentrically one inside the other instead of just one, two, three or more ring springs, as is shown for example with two ring springs in FIG. 3.

Eine Verdoppelung oder Vervierfachung der übertragbaren Drehkraft wird erreicht, wenn die Kupplung bausatzweise zwei- oder vierstufig, also mit zwei oder vier Ringfeder- Radialreihen, hergestellt wird; das ist aus den Ausführungsbeispielen ersichtlich.The transferable torque is doubled or quadrupled if the coupling in two or four stages, i.e. with two or four ring spring Radial rows is produced; this can be seen from the exemplary embodiments.

In Fig. 4 ist jedoch vorausgehend als erstes eine einstufige Kupplung mit nur einer Ringfeder gezeichnet. Diese Kupplung ist geeignet für eine Kraftübertragung zwischen zwei axial fluchtenden Wellenenden.In FIG. 4, however, is shown previously as the first stage a clutch with only one ring spring. This coupling is suitable for power transmission between two axially aligned shaft ends.

Die hier allein eingesetzte Ringfeder 1 - weitere könnten konzentrisch eingegliedert sein - greift mit ihren Wellen einerseits in die Radialnuten der Kupplungsscheibe 4 und andererseits in diese der Kupplungsscheibe 5. In dem Verbindungskäfig 6 ist, zum Vorspannen der Ringfeder und Einstellen des vorgesehenen Drehmoments, die Spannscheibe 7 eingeschraubt und mit einem oder mehreren Gewindestiften 8 gegen unerwünschtes Verdrehen gesichert. Das Axialnadellager 9 überträgt den Federdruck auf die Kupplungsscheibe 5 und ermöglicht widerstandsfreies Weiterdrehen des Antriebes, wenn die Kupplungsscheibe 5 stoppt und die Ringfeder darüber hinwegrutscht, bis die Überlast beseitigt oder der Antriebsmotor ausgeschaltet ist.The ring spring 1 used here alone - others could be integrated concentrically - engages with its shafts on the one hand in the radial grooves of the clutch disc 4 and on the other hand in the clutch disc 5 . In the connecting cage 6 , for tensioning the ring spring and adjusting the intended torque, the clamping disk 7 is screwed in and secured with one or more setscrews 8 against undesired rotation. The axial needle bearing 9 transmits the spring pressure to the clutch disc 5 and enables the drive to continue rotating without resistance when the clutch disc 5 stops and the ring spring slides over it until the overload is eliminated or the drive motor is switched off.

Fig. 5 veranschaulicht eine, ebenfalls für zwei axial fluchtende Wellen bestimmte Kupplung, deren Kupplungsscheibe 10 der Antriebsseite beidseitig für den Eingriff der Ringfeder 1 genutet ist. Für den Abtrieb sind demzufolge zwei Kupplungsscheiben 11 und 12 erforderlich. Eine für den Wellenzapfen und eine zweite, die durch den innen genuteten Synchronkäfig 13 mit Paßfeder 14, die in die Außennuten der beiden Kupplungsscheiben ragt und die an der anderen Seite zur Kupplungsscheibe 10 die Ringfeder aufnimmt. Für das Einstellen des Federdrucks und Drehmoments ist an jeder Seite ein Spannring 15 im Synchronkäfig 13 verstellbar eingeschraubt. Fig. 5 illustrates one particular also for two axially aligned shafts clutch whose clutch disc 10 of the drive side is grooved on both sides for the engagement of the ring spring 1. Accordingly, two clutch disks 11 and 12 are required for the output. One for the shaft journal and a second one, which through the internally grooved synchronous cage 13 with key 14 , which protrudes into the outer grooves of the two clutch plates and which receives the ring spring on the other side to the clutch plate 10 . To adjust the spring pressure and torque, a clamping ring 15 is screwed into the synchronizing cage 13 so that it can be adjusted.

Die in dieser Kupplung den gleichen Zweck betreffenden Nuten müssen sich jeweils in gleicher Winkelposition zueinander befinden. Diese, Kupplung kann - gegenüber der Kupplung gemäß Fig. 4 - die doppelte Drehkraft übertragen.The grooves that have the same purpose in this coupling must each be in the same angular position to one another. This clutch can - compared to the clutch according to FIG. 4 - transmit twice the torque.

Bei diesen beiden Ausführungsbeispielen, Fig. 4 und 5, spielt es keine Rolle, welche Seite für den An- und welche für den Abtrieb gewählt wird.In these two exemplary embodiments, FIGS. 4 and 5, it does not matter which side is chosen for the input and which side for the output.

In Fig. 6 ist ein symmetrisch gestaltetes, zweistufiges Ausführungsbeispiel dargestellt für die Kraftübertragung mittels eines Zahnradpaares zwischen zwei nebeneinander liegenden Wellen. Zwischen zwei gleichen, auf dem Antriebszapfen drehstarr, jedoch axial verschiebbar, gelagerten Kupplungsscheiben 11 ist das an beiden Flanken radial genutete Zahnrad 16, welches das Zahnrad 17 antreibt, angeordnet. Im Zahnrad 16 ist eine Laufbuchse 18 eingepresst, die verschiebbar auf den Naben der beiden Kupplungsscheiben ruht und in der, bei Überlaststopp des Zahnrades, der Antrieb weiterdrehen kann. Zwischen den Kupplungsscheiben und dem Zahnrad ist an jeder Seite die Ringfeder 1 eingesetzt. Auch hier könnten weitere Ringfedern konzentrisch eingegliedert sein. Die Spannscheibe 19 und Sechskantschraube 20 dienen dem Einstellen des Drehmoments und Federdrucks.In Fig. 6 a symmetrically designed, two-stage embodiment is shown for power transmission by means of a gear pair between two adjacent shafts. The gear wheel 16 , which drives the gear wheel 17 and is radially grooved on both flanks, is arranged between two identical clutch discs 11 , which are mounted on the drive pin in a rotationally rigid but axially displaceable manner. In the gear 16 a bushing 18 is pressed, which rests displaceably on the hubs of the two clutch disks and in which the drive can continue to rotate when the gear is stopped. Between the clutch discs and the gear, the ring spring 1 is inserted on each side. Here, too, further ring springs could be integrated concentrically. The clamping disc 19 and hexagon screw 20 are used to adjust the torque and spring pressure.

Fig. 7 stellt gewissermaßen eine Verdoppelung der Kupplung von Fig. 6 dar. Sie eignet sich für die Kraftübertragung zwischen drei Wellen nebeneinander. In dem einen Bausatz mit Hilfe eines Zahnradpaares, wie in Fig. 6, und in dem anderen mittels eines Kettenradpaares 21 und 22 sowie dazugehöriger Rollenkette 23. Zahnrad und Kettenrad wirken somit als beidseitig genutete Kupplungsscheiben des Abtriebs. Beide Bausätze verbindet die beidseitig radial genutete Kupplungs Mittelscheibe 24. Das Vorspannen der Ringfeder und Einstellen des Drehmoments erfolgt durch die Spannmutter 25. Das Kugellager 26 stützt den hier verlängerten Antriebszapfen. Fig. 7 represents a doubling of the coupling of Fig. 6 to a certain extent. It is suitable for the power transmission between three shafts side by side. In one kit using a pair of gears, as in FIG. 6, and in the other using a pair of sprockets 21 and 22 and the associated roller chain 23 . The gearwheel and sprocket thus act as clutch disks on both sides of the output. Both kits are connected by the clutch disc 24 , which is radially grooved on both sides. The ring spring is pretensioned and the torque is adjusted by the clamping nut 25 . The ball bearing 26 supports the drive pin extended here.

Ausführungsbeispiele mit Schaltelementen für das Ein- und Auskuppeln sind in diesen Unterlagen nicht dargestellt. Hierfür gibt es eine Vielzahl, dem jeweiligen Zweck entsprechend angepaßte mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigte Schalt vorrichtungen.Exemplary embodiments with switching elements for engaging and disengaging are in these Documents not shown. There is a multitude for this, the respective purpose appropriately adapted mechanically, hydraulically or pneumatically operated switching devices.

Wie aus den Ausführungsbeispielen ersichtlich ist, können Schalt- und Sicherheits kupplungen dieser Erfindung vielseitig für einen großen Bereich der Technik Verwendung finden.As can be seen from the exemplary embodiments, switching and safety Couplings of this invention are versatile for a wide range of engineering uses Find.

Es ist z. B. denkbar, eine solche Kupplung in Kraftfahrzeug-Schaltgetrieben einzusetzen. Sanftes Anfahren ergäbe sich durch anfängliches Rutschen der Abtriebsteile über die Ringfedern hinweg, bis zum Synchronlaut. Dabei könnte von Vorteil sein, daß die Motorkraft pulsierend auf die Räder übertragen wird, diese nicht durchdrehen und auf glatter oder unebener Straße das Fahrzeug nicht aus der Spur geraten würde.It is Z. B. conceivable to use such a clutch in motor vehicle gearboxes. A gentle start would result from the output parts initially sliding over the Ring springs away until the synchronized sound. It could be advantageous that the Engine power is pulsatingly transmitted to the wheels, do not spin them up and on smooth or uneven road the vehicle would not get off track.

Claims

1. form and force-locking, torque-adjustable, independent of rotation switching and safety coupling, characterized in that in each case between a radially grooved plan flank of the driving and a well of the driven member of the clutch grooved a wave-shaped annular spring (1) is arranged, the shafts are mutually in the Grip grooves and, in the event of overload, pushed out by the torque, slide over the surfaces of the driving or driven coupling part remaining between the grooves.

2. Switching and safety clutch according to claim 1, characterized in that with the same size, the transmissible torque is multiplied in stages by instead of just one, two, three or more ring springs ( 1 ) are arranged concentrically one inside the other in a clutch stage ( Fig. 3) .

3. switching and safety clutch according to claim 1, characterized in that the transmissible torque with one and the same clutch within certain limits is reduced or enlarged by thinning the sheet thickness of the ring spring or is chosen thicker.

4. switching and safety clutch according to claim 1, characterized in that in a two- or three-shaft version, the entire coupling on a shaft or axis is non-rotatably, but axially displaceably mounted; wherein the gear, sprocket or the like of the output, which is radially grooved on both sides, with inserted sound bushing, is rotatable on the hubs of the drive clutch disks and is arranged between the ring springs by slipping ( FIGS. 6 and 7).

5. Switching and safety clutch according to claim 1, characterized in that for Purpose of engaging and disengaging and setting the intended torque effective, slidably arranged coupling parts by means known in the art Actuators - mechanical, hydraulic, pneumatic or electromagnetic - be moved axially.