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Kupplung mit begrenzter Kraftübertragung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplung zur Übertragung der Drehbewegung zwischen einer angetriebenen und einer mitgenommenen Welle.
Es ist bereits eine Anzahl von Kupplungen mit begrenzter Kraftübertragung bekannt, bei denen zwischen zwei Scheiben, die von den zu kuppelnden Wellenenden getragen werden, Kugeln vorgesehen sind.
Beispielsweise sind bei einem solchen Kraftübertragungssystem die Kugeln in Löchern einer mit der antreibenden Welle verbundenen Scheibe eingesetzt, wobei jede der Kugeln unter der Wirkung einer Feder steht und in entsprechende Bohrungen eines Zwischenorganes, welches mit der mitgenommenen Scheibe verbunden ist, eindringen können.
Einrichtungen dieser Art sind äusserst schwierig zu regeln. Ausserdem verursacht der Umstand, dass jede Kugel unter dem Einfluss einer eigenen, für sich in ihrer Spannung veränderbaren Feder steht, dass die Kugeln dieses Systems praktisch nicht abrollen, sondern an den Wänden schleifen, wodurch ein rascher Verschleiss und eine baldige Änderung in der Einstellung des Systems auftritt.
Überdies muss die Einstellung des Systems für jede. Kugel erfolgen, was eine langwierige, schwierige und genaue Arbeit erfordert.
Eine andere bekannte Art von Kupplungen mit begrenzter Kraftübertragung besitzt einen Aufbau, bei dem Kugeln, anstatt selbst eine Auslösung der Kupplungshälften unter dem Einfluss einer Überlast zu bewirken, indirekt über eine Scheiben-oder Klauenkupplung wirken. Es ist auch eine Kupplung bekannt, bei der Kugeln in zylindrischen Höhlungen mit verschiedenen Radien einrasten.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekannten Kupplungen zu beseitigen, und eine Kupplung mit begrenzter Kraftübertragung mit zwischen einer angetriebenen und einer mitgenommenen Scheibe befindlichen und in Höhlungen derselben einrastenden Kugeln zu schaffen, die von einfacher Konstruktion und leicht einstellbar ist, und die stossfrei arbeitet, welche Stösse auf das Einrasten der Kugeln in ihre Sitze zurückzuführen wären.
Das Hauptmerkmal der Erfindung besteht darin, dass die Höhlungen halbkugelig mit demselben Radius wie die Kugeln ausgebildet und aneinander stossend angeordnet sind.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die beiden Scheiben entsprechend den Mittelpunktkreisen der Höhlungen mit bei Überlastung wirksam werdenden, als Laufbahn für die Kugeln dienenden Kreisnuten versehen sind, deren Profil dem der Kugeln entspricht, deren Tiefe jedoch kleiner ist als die der Höhlungen.
Erfindungsgemäss greffez schliesslich die Scheiben, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von andern Bauteilen schachtelartig ineinander, so dass die in den Räumen zwischen den Kugeln eingeschlossene Luft eine Bremswirkung bezüglich der gegenseitigen axialen Bewegungen beider Scheiben ausübt.
Um die Erfindung besser zu verstehen, wird anschliessend ein Ausführungsbeispiel beschrieben, Es zeigen : Fig. l einen Schnitt durch die Achse der Kupplung, Fig. 2 eine Aufsicht mit Teilschnitt nach der Linie AB der Fig. l, bei abgehobenem Deckel, Fig. 3 ist in grösserem Massstab eine Teilansicht nach CD der Fig. 2, geschnitten nach der Linie EF der Fig. 1, wobei sich die Kupplung in normaler Betriebsstellung befindet. Die Fig. 4 ist die gleiche Darstellung wie in Fig. 3, doch befinden sich die Kugeln in abrollendem Zustand zwischen den Höhlungen, d. h. im Augenblick des Entkuppelns.
Fig., 5 zeigt einen Teilschnitt
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der Einrichtung in dem Augenblick, in dem sich die Kugel in abrollendem Zustand zwischen den Höhlungen befindet, d. h. im Augenblick des Entkuppeln.
Auf der Motorwelle 1 (Fig. l) ist eine Scheibe 2 aufgekeilt, in der im Kreise eine Reihe von halbkugelförmigen, aneinanderstossenden Höhlungen 4 und eine Abrollnut 3 eingearbeitet sind.
Die Höhlungen 4 und die Nut 3 sind auf demselben um die Welle der Scheibe 2 konzen : rischen Kreis gelegen.
Die Querschnitte der halbkugeligen Höhlungen 4 und der Rollnut 3 haben den gleichen Radius, die Tiefe der Rollnut ist jedoch geringer als die der Höhlungen.
Auf der andern Seite ist eine Scheibe 5 auf der mitgenommenen Welle 6 aufgekeilt, die koaxial mit der Motorwelle 1 ist. Diese Scheibe ist mit einem Flansch 7 durch eine Reihe von Zähnen und Nuten 8 verbunden. Der Flansch 7 kann sich also in Richtung der Längsachse gegenüber der Scheibe 5 verstellen, ist aber drehfest mit ihr gekuppelt.
Auf dem Flansch 7 ist ein Ringkörper 9 und auf diesem ein Deckel 10 befestigt. Alle Teile zusammen (7, 9,10) können sich also in Richtung der Längsachse gegenüber der Scheibe 5 verstellen, aber keine Drehbewegung ausführen.
Der Ringkörper 9 trägt an seiner der Scheibe 2 anliegenden Fläche 11 die gleichen halbkugeligen Höhlungen 12 und die Abrollnut 12 wie jene (4 und 3) auf der Scheibe 2, auf demselben Kreis wie diese liegend und konzentrisch zur Achse der Einrichtung.
Die kugelförmigen Höhlungen, die durch die gegenüberliegenden halbkugeligen Höhlungen der Scheibe 2 und des Körpers 9 gebildet sind, nehmen die gleich grossen Kugeln 14 auf.
Im Deckel 10 und festgehalten durch Schraubstöpsel 16 befinden sich eine Anzahl Federn 15, welche die Scheibe 2 gegen die Fläche 11 des Ringkörpers 9 drücken, u. zw. unter ZwischePlage eines Reibringes 17.
Eine ringförmige Nase 19 des Körpers 9 umgreift mit geringem Spiel den Umfang der Scheibe 2.
Ebenso greift ein zylindrischer Ansatz 20 der Scheibe 2 mit geringem Spiel in die Ausdrehung des Körpers 9 ein.
Die Wirkungsweise der soeben beschriebenen Kupplung ist folgende :
Die Einrichtung überträgt ein vorbestimmtes Drehmoment von einer angetriebenen Scheibe 2 auf eine mitgenommene Scheibe 5, die auf einer motorisch angetriebenen Welle 1 und der mitzunehmenden Welle 6 aufgekeilt sind, durch Vermittlung der Kugeln 14.
Wenn aus irgendeinem Grunde die Welle 6 ein Gegendrehmoment ausübt, das den vorbestimmten und eingestellten Grenzwert überschreitet, werden die Kugeln 14, die von der Scheibe 2 mitgenommen werden, aus ihren Höhlungen herausgehoben und rollen zwischen den Nuten 3 und 12 und springen in die Jeweils nächstfolgende Höhlung hinein.
Das für diese Ortsveränderung erforderliche Drehmoment hängt von der relativen Tiefe der Nuten 3 und 12 und der Höhlungen 4, 13 ab. Dieses Drehmoment ist umso kleiner, je mehr sich die Tiefe der Nut der der Höhlungen nähert. Der Grenzwert des Drehmomentes ist somit Null, wenn die Tiefe der Nuten gleich der der Höhlungen ist (in diesem Fallc würden die Kugeln ungehindert in der kreisformigen Nut abrollen) und es wäre unendlich, wenn die Tiefe der Nuten Null wäre.
Es wäre sehr einfach, den Grenzwert des Drehmomentes je nach dem Drehsinn der Kupplung verschieden zu bemessen, indem man die Wände der Höhlungen in Richtung des Drehsinnes mit dem geringeren Grenzwert des Drehmomentes mehr abflacht Zu diesem Zwecke wurde es genügen, wenn man beispielsweise die Höhlungen mit einem zylindrischen Fräser mit abgerundetem Ende aus der Scheibe ausarbeiten würde, den man dabei in der entsprechenden Richtung neigt.
Indem die Kugeln 14 von einer Höhlung zur andern wandern, drücken sie die Federn 15 zusammen, indem das ganze, aus den Teilen 7,9 und 10 bestehende Gebilde axial verschoben wird. Man kann diese Verschiebung dazu benutzen, um ein Hilfsgerät 18 zur Ausschaltung des Antriebsmotors zu betätigen.
Während des Weiterwanderns der Kugeln 14 gleitet die Reibscheibe 17, gegen die sich die Federn 15 abstützen, auf der Fläche 23 der Scheibe 2.
Sobald die Kugeln wieder in die Höhlungen eingetreten sind, kehrt das aus den Teilen 7,9 und 10 bestehende Gebilde wieder in seine Ausgangsstellung zurück. Es würde also ein ziemlich heftiger Schlag entstehen, wenn die Scheibe 2 und der Teil 9 unter dem Einfluss der Federn zusammentreffen.
Um diese sowohl für die Kupplung selbst, als auch für die gekuppelten Wellen abträgliche Erscheinung zu beseitigen, wird die Rückbewegung der Teile 7,9, 10 in folgender Weise durch einen pneumatischen Dämpfer gebremst : Bei normalem Betrieb unterhalb des Grenzdrehmomentes füllen die Kugeln 14 die halbkugeligen Höhlungen der Scheibe 2 und des Körpers 9 völlig aus. Leer sind nur die kleinen Zwi-
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schnell wachsenden leeren Zwischenraum 22 (Fig. 4 uüd 5).
In diesem Raum 22 bildet sich ein UnterdruEK ? a zufolge des Absatzes 20 der Scheibe 2 und der Nase 19 des Körpers 9 die Luft nicht sofort nachströmen kann. Erst wenn die Kugeln etwa die Hälfte des Weges zwischen zwei Höhlungen zurückgelegt haben, hat die durch den Ringspalt 21 nachströmende Luft den toten Raum 22 wieder erfüllt, Dies ist dadurch ermöglicht, dass die Nase 19 schmäler ausgeführt ist, als der grösstmögliche Abstand zwischen den Teilen 2 und 9.
Wenn nun die Kugeln 14 unter dem Einfluss der Federn 15 in die folgenden Höhlungen eintreten, nähern sich die Teile 2 und 9 wieder, der Spalt 21 schliesst sich und die im Raum 22 eingeschlossene Luft wird verdichtet, wodurch die Rückkehrbewegung des Körpers 9 gegen die Scheibe 2 gebremst wird.
Die Kreisnuten 3 und 12 der Scheibe 2 und des Ringkörpers 9 gestatten, wie oben ausgeführt wurde, das Festlegen des gewünschten Grenzmomentes, indem ihre Tiefe relativ zu der der Höhlungen entsprechend bemessen wird. Die Feineinstellung kann durch Nachregelung der Spannung der Federn 15 bewirkt werden.
Die Nuten 3 und 12 haben darüber hinaus auch den Zweck, den Kreislauf der Kugeln zu sichern, ohne dass weitere Hilfsmittel, wie Kugelkäfig u. dgl., erforderlich wären. Die Wirkungsweise ist also mi : geringstem Aufwand ermöglicht. Die Kugeln rollen ohne Reibung in den Nuten und keinerlei Führungmittel sind erforderlich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kupplung mit begrenzter Kraftübertragung mit zwischen einer angetriebenen und einer mitgenommenen Scheibe befindlichen und in Höhlungen derselben einrastenden Kugeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhlungen halbkugelig mit demselben Radius wie die Kugeln ausgebildet und aneinandersto- ssend angeordnet sind.
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Limited power transmission clutch
The present invention relates to a coupling for transmitting the rotary movement between a driven and a driven shaft.
A number of couplings with limited power transmission are known in which balls are provided between two disks carried by the shaft ends to be coupled.
For example, in such a power transmission system, the balls are inserted into holes in a disk connected to the driving shaft, each of the balls being under the action of a spring and being able to penetrate into corresponding bores of an intermediate member which is connected to the driven disk.
Such facilities are extremely difficult to regulate. In addition, the fact that each ball is under the influence of its own spring, which can be changed in its tension, means that the balls in this system practically do not roll off, but rather rub against the walls, which causes rapid wear and an early change in the setting of the System occurs.
In addition, the setting of the system must be for each. Ball are made, which requires a lengthy, difficult and accurate work.
Another known type of couplings with limited power transmission has a structure in which balls, instead of causing the coupling halves to release themselves under the influence of an overload, act indirectly via a disc or dog clutch. A coupling is also known in which balls snap into cylindrical cavities with different radii.
The present invention aims to obviate the disadvantages of the known clutches and to provide a clutch with limited power transmission with balls located between a driven and a driven disk and engaging in cavities thereof, which is simple in construction and easily adjustable and which operates smoothly which shocks would be due to the balls snapping into their seats.
The main feature of the invention is that the cavities are hemispherical with the same radius as the balls and are arranged in abutment.
Another feature of the invention is that the two disks are provided corresponding to the center circles of the cavities with circular grooves which become effective when overloaded and serve as a raceway for the balls, the profile of which corresponds to that of the balls but whose depth is smaller than that of the cavities.
According to the invention, finally, the disks, optionally with the interposition of other components in a box-like manner, so that the air trapped in the spaces between the balls exerts a braking effect with regard to the mutual axial movements of both disks.
In order to better understand the invention, an exemplary embodiment is described below, in which: FIG. 1 shows a section through the axis of the coupling, FIG. 2 shows a plan view with partial section along the line AB of FIG. 1, with the cover lifted off, FIG. 3 is a partial view on a larger scale according to CD of FIG. 2, sectioned along the line EF of FIG. 1, the clutch being in the normal operating position. Fig. 4 is the same as in Fig. 3, but the balls are in the rolling state between the cavities, i. H. at the moment of uncoupling.
Fig. 5 shows a partial section
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the device at the moment when the ball is in the rolling state between the cavities, d. H. at the moment of uncoupling.
A disk 2 is keyed onto the motor shaft 1 (FIG. 1), in which a number of hemispherical, abutting cavities 4 and a rolling groove 3 are incorporated in a circle.
The cavities 4 and the groove 3 are located on the same concentric circle around the shaft of the disk 2.
The cross-sections of the hemispherical cavities 4 and the rolling groove 3 have the same radius, but the depth of the rolling groove is smaller than that of the cavities.
On the other side, a disk 5 is keyed on the driven shaft 6, which is coaxial with the motor shaft 1. This disc is connected to a flange 7 by a series of teeth and grooves 8. The flange 7 can thus be adjusted in the direction of the longitudinal axis with respect to the disk 5, but is coupled to it in a rotationally fixed manner.
An annular body 9 is attached to the flange 7 and a cover 10 is attached to it. All parts together (7, 9, 10) can therefore be adjusted in the direction of the longitudinal axis with respect to the disk 5, but cannot perform any rotary movement.
The ring body 9 carries the same hemispherical cavities 12 and the rolling groove 12 as those (4 and 3) on the disk 2 on its surface 11 lying against the disk 2, lying on the same circle as this and concentric to the axis of the device.
The spherical cavities, which are formed by the opposing hemispherical cavities of the disk 2 and the body 9, receive the balls 14 of the same size.
In the cover 10 and held by screw plug 16 there are a number of springs 15 which press the disc 2 against the surface 11 of the annular body 9, u. between with the interposition of a friction ring 17.
An annular nose 19 of the body 9 surrounds the circumference of the disc 2 with little play.
Likewise, a cylindrical extension 20 of the disk 2 engages in the recess of the body 9 with little play.
The mode of operation of the coupling just described is as follows:
The device transmits a predetermined torque from a driven disk 2 to a driven disk 5, which are keyed on a motor-driven shaft 1 and the shaft 6 to be driven, by means of the balls 14.
If for any reason the shaft 6 exerts a counter-torque that exceeds the predetermined and set limit value, the balls 14, which are carried along by the disc 2, are lifted out of their cavities and roll between the grooves 3 and 12 and jump into the next following one Cavity inside.
The torque required for this change in location depends on the relative depth of the grooves 3 and 12 and the cavities 4, 13. This torque is all the smaller, the closer the depth of the groove to that of the cavities. The limit value of the torque is thus zero if the depth of the grooves is equal to that of the cavities (in this case the balls would roll freely in the circular groove) and it would be infinite if the depth of the grooves were zero.
It would be very easy to measure the limit value of the torque differently depending on the direction of rotation of the clutch by flattening the walls of the cavities in the direction of rotation with the lower limit value of the torque.For this purpose it would be sufficient if, for example, the cavities with would work out a cylindrical milling cutter with a rounded end from the disc, inclining it in the appropriate direction.
As the balls 14 migrate from one cavity to the other, they compress the springs 15 in that the entire structure consisting of the parts 7, 9 and 10 is displaced axially. You can use this shift to operate an auxiliary device 18 to turn off the drive motor.
As the balls 14 move on, the friction disk 17, against which the springs 15 are supported, slides on the surface 23 of the disk 2.
As soon as the balls have re-entered the cavities, the structure consisting of parts 7, 9 and 10 returns to its original position. So there would be a rather violent blow if the disc 2 and the part 9 meet under the influence of the springs.
In order to eliminate this phenomenon, which is detrimental to both the coupling itself and the coupled shafts, the return movement of the parts 7, 9, 10 is braked in the following way by a pneumatic damper: During normal operation below the limit torque, the balls 14 fill the hemispherical ones Holes of the disc 2 and the body 9 completely. Only the small spaces are empty
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rapidly growing empty space 22 (Fig. 4 and 5).
In this room 22 an underpressure forms? a according to the paragraph 20 of the disc 2 and the nose 19 of the body 9, the air can not flow immediately. Only when the balls have covered about half of the way between two cavities has the air flowing in through the annular gap 21 again filled the dead space 22. This is made possible by the fact that the nose 19 is made narrower than the greatest possible distance between the parts 2 and 9.
If the balls 14 now enter the following cavities under the influence of the springs 15, the parts 2 and 9 approach again, the gap 21 closes and the air enclosed in the space 22 is compressed, which causes the return movement of the body 9 against the disc 2 is braked.
The circular grooves 3 and 12 of the disk 2 and of the ring body 9 allow, as stated above, the definition of the desired limit torque by dimensioning their depth relative to that of the cavities accordingly. The fine adjustment can be effected by readjusting the tension of the springs 15.
The grooves 3 and 12 also have the purpose of ensuring the circulation of the balls without the need for other aids such as ball cage and the like. Like., would be required. The mode of action is therefore possible with the least possible effort. The balls roll without friction in the grooves and no guide means are required.
PATENT CLAIMS:
1. Coupling with limited power transmission with balls located between a driven and a driven disk and engaging in cavities of the same, characterized in that the cavities are hemispherical with the same radius as the balls and are arranged abutting one another.