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Sicherheitskupplung
Alle bisher bekannten und für die Praxis von Bedeutung gewordenen Sicherheitskupplungen verhindern das Überschreiten eines höchstzulässigen Drehmomentes entweder durch eine irgendwie geartete Sollbruchstelle oder durch Rutschen einer einstellbaren kraftschlüssigen Reibungskupplung. Beide Arten haben bestimmte Nachteile : eine eingebaute Sollbruchstelle zwingt zur Entfernung und zum Ersatz des gebrochenen Teiles und dies ist selbst im einfachsten Falle ein unliebsamer Aufenthalt. Eine Reibungskupplung entwickelt bei längerem Rutschen eine derartige Wärme, dass sie sich selbst und gegebenenfalls benachbarte Teile zerstört und einen noch längeren Ausfall einer Maschine bedeuten kann.
Zwar kann man durch geeignete Massnahmen, wie die Kombination von Wärmefühler mit Schützen u. dgl., die Zerstörung einer Reibungskupplung verhindern, doch ist dies in den meisten Fällen zu aufwendig.
Es sind auch Sicherheitskupplungen bekannt geworden, die bereits ein Ausschalten bei Überlast durch Ansprechen kraftschlüssig gebundener Abweisflächen zwischen dem treibenden und getriebenen Kupplungsteil ermöglichen. Aber auch eine solche Vorrichtung stellt noch nicht eine für die Praxis optimale Lösung dar, denn :
1. muss bei ihr nach dem Abschaltvorgang die eingefallene Verriegelung in umständlicher Weise wieder gelöst und die Kupplung funktionsbereit gemacht werden.
2. ist es nicht möglich, mit ihr das meist beim Anfahren erhöhte Moment in solcher Weise zu be- rUcksichtigen, dass zwar ein zulässiger Anfahrstoss übertragen werden kann, der gegenüber dem abzusi- chernden Betriebsmoment beträchtlich erhöht sein kann und dessen Moment mit einem höheren Wert abgesichert wird, unbeschadet des niedrigen abzusichernden Betriebsmomentes.
Eine wirklich praktische Sicherheitskupplung muss in der Lage sein
1. die zu schützende Maschine bei Überlastung vom antreibenden Teil zu trennen ohne sich zu zerstören,
2. den überlasteten Teil stillzusetzen und dadurch die Aufmerksamkeit der Überwachung oder Bedie- nung zu wecken, und
3. nach Beseitigung der Überlast sofort wieder voll funktionsfähig sein.
Diese Forderung erfüllt für den Anfahr- wie auch für den Betriebszustand der nachfolgend beschriebene und in den Fig. 1-4 der Zeichnungen dargestellte Erfindungsgegenstand. Die Fig. l und 3 zeigen der Deutlichkeit wegen die beiden Kupplungshälften auseinandergerUckt. F ig. 2 zeigtdie entsprechende stirnseitigeAnsichtdertreibendenKupplungshälfte und inFig. 4 ist einemöglicheForm der Mitnehmer dargestellt.
IndenFig. 1-3 ist jeweils in der unteren Figurenhälfte die Lage der Fliehgewichte im Stillstand und in der obe- renFigurenhälfte die Lage der Fliehgewichte im Betriebszustand gezeichnet.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Sicherheitskupplung dargestellt, die-wie allgemein-aus einem treibenden 1 und einem getriebenen Kupplungsteil 2 besteht. In jedem dieser Teile oder Flanschen sind in Ausnehmungen 3 radial bewegliche Fliehgewichte 4 untergebracht, die durch Federn 5 zentripetal gerichtete Kräfte erfahren. Die im getriebenen Flansch gelagerten Fliehgewichte tragen beispielsweise drehbare Rollen 6 an Ansetzen, die durch radial gerichtete Schlitze 7 in den Raum zwischen die Stirnseiten der Kupplungsflanschen ragen.
Die im treibenden Flansch gelagerten Fliehgewichte tragen beispielsweise an entsprechenden Ansätzen, die ebenfalls durch radial gerichtete Schlitze 7 in den Raum zwischen die Kupplungsflanschen ragen, Mitnehmer mit Abweisflächen 8, die nach einer bestimmten Gesetzmässigkeit geneigt sind bezüglich der BerUhrungsnormalen 9 zur Tangente 10 des durch den Berührungspunkt be-
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schriebenen Kreises um die System achse. Die Federn sind bei Betrieb mit konstanter Antriebsdrehzahl in diese Gesetzmässigkeit nur dargestellt mit einbezogen, dass die Fliehgewichte durch die ihnen zugeordneten Federn bei Erreichen der Nenndrehzahl ihre äussere-durch Anschläge gegebene - Lage ohne wesentlichen Verlust an Fliehkraft einnehmen können.
Es bestehen also zwischen Fliehkraft, Federkraft, dem maximal zu UbertragendenDrehmoment und dem Neigungswinkel der oben erwähnten Abweisflächen bei konstanter Antriebsdrehzahl folgende Beziehungen, in denen der Reibungseinfluss vernachlässigt ist.
Allgemein gilt :
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mit n = Antriebsnenndrehzahl r = Abstand des Fliehgewichtschwerpunktes von der Systemachse m = Masse aller Fliehgewichte im getriebenen Kupplungsteil Im besonderen gilt für den stationären Betriebszustand :
EMI2.2
EMI2.3
j. ig 6,.., + P pmit Pu = Umfangskraft am Berührungspunkt
81 = Neigungswinkel der Abweisflächen zur Tangente des durch den Berührungspunkt beschriebenen Kreises zur Systemachse im Anfahrzustand, Ö 2 = Neigungswinkel der Abweisflächen zur Tangente des durch den Berührungspunkt beschriebenen Kreises zur Systemachse im Betriebszustand bei Nenndrehzahl,
Pp = Federkraft Für den nicht überlasteten Betriebszustand ergibt sich deshalb die Gleichung
EMI2.4
Für den überlasteten Betriebszustand werden die Fliehgewichte durch die entsprechend dem Drehmoment grösser gewordene Zentripetalkraft nach innen getrieben und Gleichung (3) heisst deshalb
EMI2.5
Bei innerhalb gewisser Grenzen nicht konstanter Drehzahl wird Pfl variabel ; um trotzdem das zur Sicherung vorgegebene P von einem konstanten Betrag abziehen zu können, muss entsprechend der Anordnung nach Fig. 3 P f1 der Ausdruck für den nicht überlasteten Betrieb
EMI2.6
für den überlasteten Betrieb
EMI2.7
gesetzt werden.
Dabei wird unter Pp2 die Federspannung der Rückholfeder 5 und Pin'dise Federspannung der Anpressfeder 11 in Fig. 3 verstanden, jedesmal bei der äussersten möglichen Lage der Fliehgewichtkombination bestehend aus den Fliehgewichten 4 und 4a in der getriebenen Kupplungshälfte. Es ist also für den Fall der nicht konstanten Antriebsdrehzahl im wesentlichen eine Federkraft der Massstab für Pz, so lange n nicht kleiner wird als es die Auslegung der Kupplung zulässt. Dadurch, dass einerseits die als Rollen ausgebildeten Mitnehmer der Fliehgewichte 4 nichtmasselos sein können, anderseits das Hauptfliehgewicht 4a nicht unbeschränkt in seiner Masse sein kann, lässt sich nicht vermeiden, dass noch eine gewisse Drehzahlabhängigkeit bestehen bleibt, die aber in der Praxis sehr flach gehalten werden kann.
An den Mitnehmern mit Abweisflächen entsprechend der Darstellung in Fig. 4 ist eine Nase 12 als Begrenzung der Abweisflächen dargestellt, die dem Zwecke dient, dass die Fliehgewichte mit den Rollenmitnehmern zusammen mit den Mitnehmern mit Abweisflächen sich radial nach aussen bewegen können ohne den Kontakt miteinander zu verlieren.
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Die Wirkungsweise ist nun folgende :
Bei Stillstand beider Wellen mit ihren Flanschhälften befinden sich die Fliehgewichte in den beiden Flanschen durch die Kraft ihrer Rückholfedern in einer Lage möglichst nahe der Systemachse. Dabei liegen die Mitnehmer mit Abweisflächen mit etwas Spiel zwischen den Rollen der Fliehgewichte des getriebenen Kupplungsteiles. Wird nun die Antriebswelle in Drehung versetzt, so nehmen die Mitnehmer mit Abweisflächen die Rollen mit und damit die getriebene Welle, wobei die Fliehgewichte in beiden Flanschen durch die entstehende Fliehkraft gegen die Kraft der Rückholfedern nach aussen bewegt werden.
Befinden sich die Fliehgewichte in ihrer äussersten Lage, so kann durch die getroffene Wahl der Fliehgewichte und des Neigungswinkels der Abweisflächen ab einer gewissen Drehzahl eine bestimmte Umfangskraft gerade noch übertragen werden. Wird diese Umfangskraft überschritten, so gleiten die Rollen an den geneigten Flächen der Mitnehmer nach einwärts und verlassen diese schliesslich vollends. Dadurch ist der Kraftfluss zur getriebenen Welle unterbrochen und sie steht nach kurzer Zeit still. Die Fliehgewichte mit ihren Rollen liegen wieder ganz innen, während die nun unbelastet laufende Antriebswelle ihre Fliehgewichte mit den Abweisflächen aussen behält.
Wird nun nach Beseitigung der Überlast und Stillsetzen der treibenden Welle - wobei sich die Mitnehmer mit Abweisflächen Im treibenden Kupplungsteil wieder zwischen die Rollen gesetzt haben-der Antrieb wieder eingeschaltet, so beginnt das Spiel von neuem, d. h. die Fliehgewichte in beiden Kupplungshälften bewegen sich gemeinsam nach aussen und bleiben solange in dieser Stellung, solange keine Überlast auftritt.
Um beim Anfahrstoss, der je nach Umstand eine kurzzeitige nicht vermeidbare Überlast darstellt, die Kupplung nun nicht in der oben beschriebenen Weise zum Ansprechen zu bringen, sind die Abweisflächen mit zwei Neigungen dergestalt versehen, dass während des Anfahrvorganges eine Fläche mit einer kleineren Neigung ó1 an den Rollen anliegt, so dass die entstehende Zentripetalkomponente der Umfangskraft nicht grösser als die Fliehkraft wird. Um das zu erreichen sind die radialen Entfernungen der Ab-
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den Flächenteil mit der grösseren Neigung ö2 die Kraft auf die Rollen übertragen wird.
Dabei ist es nicht erforderlich, dass die beiden Flächentelle mit verschiedener Neigung zueinander eine scharfe Grenze bilden, vielmehr können sie durch eine Fläche mit nach innen (in Richtung zur System achse) zunehmenden Neigungswinkel 5 ersetzt werden (Fig. 4).
Ebensogut können die Mitnehmer mit Abweisflächen und Rollen in bezug auf An- und Abtrieb vertauscht werden, wenn die Forderung nach Unterbrechung des Kraftflusses auf die getriebene Kupplungshälfte durch konstruktive Mittel erfüllt ist.
Ferner ist es möglich die Kupplung durch Einbau elastischer Glieder zu einer ausserdem elastischen Anfahrkupplung zu machen.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Sicherheitskupplung mit bei Überlast radial zueinander verschiebbaren Mitnehmern, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Mitnehmer (8) am treibenden Kupplungsteil (1) als auch die Mitnehmer (6) am getriebenen Kupplungsteil (2) durch Fliehkraft gegen eine Federkraft radial verschiebbar ausgebildet sind und die Mitnehmer (8) des treibenden Kupplungsteiles (1) Abweisflächen aufweisen, die die Mitnehmer (6) des getriebenen Kupplungsteiles (2) bei Überlast nach innen ablenken (Fig. 1 und 3).