Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung zur Drehmomentbegrenzung, insbesondere für die Anwendung bei Handwerkzeugmaschinen wie etwa Bohrmaschinen und speziell Bohrhämmern. Insbesondere bei mit leistungsfähigen Motoren ausgestatteten Werkzeugmaschinen wie mittelschweren bis schweren Bohrhämmern ist die Verwendung einer solchen Kupplung unabdingbar, um zu verhindern, dass bei einem Festfressen des Bohrers der Motor zum Stehen kommt und durch einen Überstrom beschädigt wird oder, schlimmer noch, die Maschine dem Benutzer aus der Hand gerissen wird und diesen oder andere Personen möglicherweise verletzt.
Als Beispiel für eine solche Werkzeugmaschine beziehungsweise eine darin verwendete Sicherheitskupplung wird auf DE 3 844 311 A1 hingewiesen. Die dort beschriebene Bohrmaschine verfügt entlang der Achse, auf der auch der Bohrer montiert wird, über ein Zahnrad mit Rastvertiefungen und ein Gegenkupplungsteil mit Rastmulden, die flacher ausgebildet sind als die Rastvertiefungen. In die Rastvertie fungen sind Rastkörper eingelegt, die beim Überschreiten eines Grenzdrehmoments die ihnen zugeordneten Rastmulden unter gleichzeitigem Zusammendrücken einer axial orientierten Spiralfeder verlassen und so den Motor vom Bohrer entkoppeln.
Es ist auch eine Sicherheitskupplung bekannt, bei der Rastvertiefungen und Rastmulden sich in radialer Richtung gegenüberliegen und eine Feder die Rastkörper radial nach innen in die Rastmulden drückt.
Diese Konstruktion mit radial beweglichen Rastkörpern ist zwar vorteilhaft, weil bei ihr das Ausrasten der Kupplung nicht zwangsläufig auch zu einer axialen Verschiebung von auf einer Welle der Kupplung montierten Komponenten wie insbesondere Zahnrädern führt; es hat sich jedoch gezeigt, dass das Grenzdrehmoment, bei dem eine solche Kupplung ausrastet, sich im Laufe der Lebensdauer der Feder infolge von Setzungserscheinungen des Materials der Feder relativ stark verschiebt und zu starken Streuungen neigt. Vorteile der Erfindung
Es hat sich herausgestellt, dass, wenn bei einer Sicherheitskupplung mit einem Käfig, in dem in Ra dialrichtung bewegliche Rastkörper aufgenommen sind, und einem Endstück, in dem Mulden zur Aufnahme von aus dem Käfig vorspringenden Bereichen der Rastkörper gebildet sind, und einer Federeinrichtung, die zum Beaufschlagen der Rastkörper mit einer Kraft in Richtung der Aussparungen dient, das Endstück den Käfig radial aussen umgreifend angeordnet ist und die Kraft der Federeinrichtung die Rast-element radial nach aussen treibt, ein besser reproduzierbares und durch das Setzen der Feder wenig veränderliches Grenzmoment erhalten wird, und dass sich eine solche Sicherheitskupplung insbesondere zur Anwendung bei hohen Drehzahlen eignet.
Der Grund dafür ist, dass bei einer solchen erfindungsgemässen Kupplung die bei Drehung des Käfigs auf die Rastkörper wirkende Fliehkraft die Rastkörper in Richtung der Aussparungen treibt, anstatt die Federeinrichtung zu belasten. Die Kraft, mit der die Rastkörper in die zugeordneten Mulden gedrückt werden, ist somit die Summe aus der durch die Federeinrichtung ausgeübten Kraft und der Fliehkraft, wohingegen es bei der herkömmlichen Konstruktion die Differenz ist. Es ist offensichtlich, dass sich Alterungserscheinungen der Feder auf diese Summe anteilig wesentlich weniger auswirken können als auf die Differenz.
Das Endstück, in dem die Mulden gebildet sind, hat vorzugsweise die Form eines Bechers, in dessen zy lindrischer Wand die Mulden ausgebildet sind. Eine grosse Zahl von Mulden am Innenumfang des Bechers ist erwünscht, damit ein ausgerasteter Rastkörper möglichst schnell wieder auf eine Mulde zum Einrasten trifft, andererseits darf der Abstand zwischen Mulden nicht so klein sein, dass dazwischen verbleibende Stege von darüber hinwegschleifenden Rastkörpern abgetragen werden können. Von daher ist es zweckmässig, wenn die gesamte Breite der Mulden in Umfangsrichtung etwa der Hälfte des Innenumfangs des Bechers entspricht.
Für eine sichere, achsfeste Drehmomentübertragung sind wenigstens drei Rastkörper erwünscht, ihre Zahl kann aber je nach benötigtem Grenzdrehmoment erhöht werden.
Die Rastkörper können kugel- oder zylinderförmig sein, wobei im Fall eines hohen Grenzdrehmoments die zylindrische Form wegen der grösseren Kontaktfläche zwischen dem Rastkörper und der Mulde beziehungsweise insbesondere dem Rand der Mulde bevorzugt ist.
Der Käfig ist vorzugsweise mit einem hohlzylindrischen Abschnitt ausgebildet, der in das Endstück eingreift, wobei die Rastkörper in Durchbrechungen der Wände des hohlzylindrischen Abschnitts aufge nommen sind. So kann durch die Durchbrechungen hindurch eine im Innern des hohlzylindrischen Abschnitts untergebrachte Federeinrichtung auf die Rastkörper einwirken.
Diese Federeinrichtung umfasst vorzugsweise wenigstens eine Ringfeder. Insbesondere, wenn die Dicke der Wand des hohlzylindrischen Abschnitts kleiner als der Durchmesser der Rastkörper ist, kann diese Ringfeder direkt an der inneren Umfangsfläche des hohlzylindrischen Abschnitts anliegen. Es kann eine einzelne Ringfeder vorgesehen werden, denkbar ist aber auch die Verwendung einer Vielzahl von dünnen, konzentrisch ineinander geschachtelten Federn.
Damit die Ringfeder zusammengedrückt werden kann, darf sie sich nicht über einen Winkel von 360 DEG erstrecken, sondern muss einen sektorförmigen Ausschnitt besitzen. Um zu verhindern, dass durch eine Drehung der Feder hinter einer Durchbrechung des Käfigs zu liegen kommt und somit keine Kraft auf den darin aufgenommenen Rastkörper ausüben kann, ist zweckmässigerweise eine Verdrehsicherung vorgesehen. Diese kann aus einer radial orientierten Zunge des hohlzylindrischen Abschnitts bestehen, die in den Ausschnitt der Ringfeder eingreift; alternativ kann die Ringfeder auch punktuell an dem hohlzylindrischen Abschnitt befestigt sein, zum Beispiel durch Nieten.
Eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemässen Kupplung sind Bohrmaschinen, insbesondere mittelschwere bis schwere Bohrhämmer. Allgemein ist aber der Einsatz der Kupplung in beliebigen motorgetriebenen Maschinen denkbar, insbesondere in Maschinen, in denen ein Werkzeug oder Werkstück über ein Untersetzungsgetriebe von einem Motor angetrieben ist, wobei in diesem Fall die Kupplung vorzugsweise im hochtourig drehenden Teil der Maschine zwischen dem Motor und dem Übersetzungsgetriebe angeordnet ist. Insbesondere hier bietet die erfindungsgemässe Kupplung ferner den Vorteil, dass sie sehr klein und kompakt gebaut werden kann, da sie für Drehmomente ausgelegt werden kann, die im Vergleich zu denen im niedertourigen Teil der Maschine abtriebsseitig vom Untersetzungsgetriebe relativ klein sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Figuren Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Maschine mit einer erfindungsgemä ssen Kupplung im Schnitt entlang der Achse der Kupplung; Fig. 2 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Achse der Kupplung entlang der in Fig. 1 mit II-II bezeichneten Ebene gemäss einer ersten Ausgestaltung der Erfindung; und Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einem Querschnitt entsprechend dem aus Fig. 2 gemäss einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
Die erfindungsgemässe Kupplung ist in Fig. 1 in eine Maschine eingebaut gezeigt. Bei dieser Maschine kann es sich zum Beispiel um einen Bohrhammer handeln. Die Kupplung besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen 1, 3, hier als Endstück 1 und Käfig 3 bezeichnet, die ineinander greifen und um eine gemeinsame Achse drehbar montiert sind. Das Endstück 1 hat die Form eines Bechers, das heisst eines Gefässes mit flachem Boden 8 und einer im Wesentlichen senkrecht zum Boden verlaufenden, zylinderförmigen umlaufenden Wand 9. Das Endstück 1 umgreift den Käfig 3, der hier einen zum Boden 8 parallelen Flansch 10, eine auf eine Welle 4 aufgepresste Muffe 11 und einen hohlzylindrischen Abschnitt 12 umfasst, der in Fig. 2 in Draufsicht gezeigt ist.
Der hohlzylindrische Abschnitt 12 erstreckt sich konzentrisch zur Muffe 11 und ist durch Durchbrechungen 13 seiner Wände in vier Teile unterteilt, die sich jeweils über einen Winkelsektor von knapp 90 DEG erstrecken. In jeder der Durchbrechungen 13 ist ein Rastkörper 2 untergebracht, der die Form eines Zylinders mit zur Achse der Welle 4 parallele Achse hat. Die Wandstärke des hohlzylindrischen Abschnitts 12 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der Rastkörper 2. Eine Federeinrichtung 5 in Gestalt einer Ringfeder schmiegt sich an die Innenoberfläche des hohlzylindrischen Abschnitts 12 an und hält Bereiche der Rastkörper, die über die Aussen-oberfläche des hohlzylindrischen Abschnitts 12 vorstehen, in Mulden 14 gedrückt, die am Innenumfang der Wand 9 des Bechers gleichmässig verteilt sind.
Jede Mulde hat in Umfangsrichtung des hohlzylindrischen Abschnitts 12 zwei seitliche Flanken 15, an denen ein in die Mulde 14 eingreifender Rastkörper zu liegen kommt, wenn ein Drehmoment zwischen dem Käfig 3 und dem Endstück 1 übertragen wird. Die Gestalt dieser Flanken 15 bestimmt zusammen mit der Steife der Federeinrichtung 5, die die Rastkörper 2 in die Mulden 14 drückt, das Grenzdrehmoment, welches die Kupplung zu übertragen in der Lage ist.
Wenn für Rechts- oder Linkslauf unterschiedliche Grenzdrehmomente erwünscht sind, können die Verläufe der zwei Flanken 15 jeder Mulde 14 unterschiedlich sein.
Wenn das Grenzdrehmoment überschritten wird, zum Beispiel weil ein über die Kupplung angetriebener Bohrer stecken bleibt, werden die Rastkörper 2 von der Flanke 15, an der sie anliegen, radial nach innen entgegen der Kraft der Federeinrichtung 5 gepresst; diese weicht der Kraft nach innen aus, und es kommt zum Überrasten der Kupplung.
Die Federeinrichtung 5 hat im hier gezeigten Ausführungsbeispiel die Form eines Rings mit einem Ausschnitt 16, in den eine radial nach innen gerichtete Zunge 6 des hohlzylindrischen Abschnitts 12 eingreift. Die Zunge 6 beschränkt eine ansonsten mögliche Drehung der Federeinrichtung 5 in Umfangsrichtung, so dass ausgeschlossen ist, dass der Ausschnitt 16 infolge einer Drehung der Federeinrichtung 5 gegenüber einer Durchbrechung 13 zu liegen kommt, und so der in der Unterbrechung 13 untergebrachte Rastkörper 2 nach innen herausfallen kann.
Die Federeinrichtung 5 ist in der Figur einteilig dargestellt, sie kann aber auch aus vielen dünnen, konzentrisch ineinander geschachtelten einzelnen Ringfedern aufgebaut sein. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass sich eine Belastung der Feder durch die nach innen drückenden Rastkörper auf eine Vielzahl von Einzelfedern verteilt, die spezifische Belastung jeder einzelnen Feder somit geringer ist und eine Änderung ihrer Form und/oder ihrer Steife im Laufe des Betriebs der Kupplung in engeren Grenzen gehalten werden kann, als dies mit einer einteiligen Federeinrichtung 5 möglich ist.
Fig. 3 zeigt einen partiellen radialen Schnitt durch eine Kupplung gemäss einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Der axiale Schnitt durch diese Kupplung ist identisch mit dem in Fig. 1 gezeigten und wird nicht erneut beschrieben. Die Ausgestaltung nach Fig. 3 unterscheidet sich von der nach Fig. 2 dadurch, dass anstelle der Zunge 7 ein Stift 7, zum Beispiel eine Niete, durch Bohrungen des hohlzylindrischen Abschnitts 12 und der Federeinrichtung 5 verläuft und so eine punktuelle Befestigung dieser Federeinrichtung 5 am hohlzylindrischen Abschnitt 12 schafft, die eine Verdrehung beider gegeneinander ausschliesst. Der Stift hat, wie in der Figur deutlich zu sehen ist, an seinem radial inneren Ende 17 keinen Kopf, so dass er einer Einwärtsbewegung der Federeinrichtung 5 durch von ihm benachbarten Rastkörper 2 ausgeübten Druck nicht entgegenwirkt.
So ist sichergestellt, dass die Fe derkonstante, mit der die Rastkörper 2 von der Federeinrichtung 5 in die Mulden 14 gedrückt werden, für alle Rastkörper die gleiche ist.
The invention relates to a safety clutch for limiting torque, in particular for use in portable power tools such as drills and especially drills. In particular, in machine tools equipped with powerful motors, such as medium to heavy hammer drills, the use of such a coupling is essential to prevent the motor from stalling when the drill seizes and being damaged by an overcurrent or, worse, the machine to the user is torn out of hand and may injure this person or others.
As an example of such a machine tool or a safety coupling used therein, reference is made to DE 3 844 311 A1. The drilling machine described therein has along the axis on which the drill is mounted, via a gear with locking recesses and a mating coupling part with locking recesses which are formed flatter than the locking recesses. In the Rastvertie tests latching bodies are inserted, which leave when they exceed a limit torque their associated locking recesses with simultaneous compression of an axially oriented coil spring and decouple the engine from the drill.
It is also known a safety coupling, in the locking recesses and detent recesses facing each other in the radial direction and a spring pushes the detent body radially inwardly into the detent recesses.
Although this construction with radially movable locking bodies is advantageous because in her the disengagement of the clutch does not necessarily lead to an axial displacement of mounted on a shaft of the clutch components such as gears in particular; However, it has been found that the limit torque at which such a clutch disengages, relatively shifts in the life of the spring due to subsidence of the spring material and tends to large variations. Advantages of the invention
It has been found that when in a safety coupling with a cage in which dialysis direction in Ra movable latching body are added, and an end piece, are formed in the troughs for receiving protruding from the cage areas of the detent body, and a spring means, the for applying the locking body with a force in the direction of the recesses is used, the end of the cage is arranged radially outwardly embracing the cage and the force of the spring means the locking element drives radially outward, a better reproducible and by setting the spring little variable limit torque is obtained , And that such a safety coupling is particularly suitable for use at high speeds.
The reason for this is that in such a clutch according to the invention, the centrifugal force acting on the detent bodies upon rotation of the cage drives the detent bodies in the direction of the recesses instead of loading the spring device. The force with which the locking bodies are pressed into the associated recesses is thus the sum of the force exerted by the spring means and the centrifugal force, whereas in the conventional construction it is the difference. It is obvious that aging phenomena of the spring can affect this sum proportionally much less than the difference.
The end piece, in which the troughs are formed, preferably has the shape of a cup, in whose zy-cylindrical wall, the troughs are formed. A large number of wells on the inner circumference of the cup is desired so that a disengaged latching body meets as quickly as possible to a trough for locking, on the other hand, the distance between troughs may not be so small that therebetween remaining webs can be removed by abrading clogging bodies. Therefore, it is expedient if the entire width of the wells in the circumferential direction corresponds to about half of the inner circumference of the cup.
For a safe, axle torque transmission at least three locking body are desired, but their number can be increased depending on the required limit torque.
The locking body may be spherical or cylindrical, wherein in the case of a high limit torque, the cylindrical shape is preferred because of the larger contact surface between the locking body and the trough or in particular the edge of the trough.
The cage is preferably formed with a hollow cylindrical portion which engages in the end piece, wherein the locking body in openings of the walls of the hollow cylindrical portion are taken up. Thus, through the apertures through a housed inside the hollow cylindrical portion spring means acting on the locking body.
This spring device preferably comprises at least one annular spring. In particular, when the thickness of the wall of the hollow cylindrical portion is smaller than the diameter of the detent body, this annular spring may abut directly against the inner peripheral surface of the hollow cylindrical portion. It can be provided a single annular spring, but it is also conceivable to use a plurality of thin, concentric nested springs.
In order for the ring spring to be compressed, it must not extend over an angle of 360 °, but must have a sector-shaped cutout. In order to prevent that comes to rest through a rotation of the spring behind an opening of the cage and thus can exert no force on the latching body received therein, a rotation is conveniently provided. This may consist of a radially oriented tongue of the hollow cylindrical portion which engages in the cutout of the annular spring; Alternatively, the annular spring may also be selectively attached to the hollow cylindrical portion, for example by riveting.
A preferred application of the inventive coupling are drills, in particular medium to heavy rotary hammers. In general, however, the use of the clutch in any motor-driven machines is conceivable, especially in machines in which a tool or workpiece via a reduction gear is driven by a motor, in which case the clutch preferably in the high-speed rotating part of the machine between the engine and the Transmission gear is arranged. In particular, here the coupling according to the invention also has the advantage that it can be built very small and compact, since it can be designed for torques which are relatively small on the output side of the reduction gear compared to those in the low-speed part of the machine.
Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments. FIG. 1 shows a detail of a machine with a clutch according to the invention in section along the axis of the clutch; FIG. 2 shows a section perpendicular to the axis of the coupling along the plane designated II-II in FIG. 1 according to a first embodiment of the invention; and FIG. 3 shows a detail of a cross section corresponding to that of FIG. 2 according to a second embodiment of the invention.
The inventive coupling is shown installed in Fig. 1 in a machine. This machine may be, for example, a hammer drill. The coupling consists essentially of two parts 1, 3, here referred to as end piece 1 and cage 3, which engage with each other and are rotatably mounted about a common axis. The end piece 1 has the shape of a cup, that is, a vessel with a flat bottom 8 and a substantially perpendicular to the bottom running, cylindrical circumferential wall 9. The tail 1 surrounds the cage 3, here a parallel to the bottom 8 flange 10, a comprises a sleeve 11 pressed-on a shaft 4 and a hollow cylindrical portion 12 which is shown in Fig. 2 in plan view.
The hollow cylindrical portion 12 extends concentrically to the sleeve 11 and is divided by openings 13 of its walls into four parts, each extending over an angular sector of almost 90 °. In each of the openings 13, a locking body 2 is housed, which has the shape of a cylinder with the axis of the shaft 4 parallel axis. The wall thickness of the hollow cylindrical portion 12 is slightly smaller than the diameter of the detent body 2. A spring means 5 in the form of an annular spring nestles against the inner surface of the hollow cylindrical portion 12 and holds portions of the detent bodies projecting beyond the outer surface of the hollow cylindrical portion 12 , pressed into depressions 14, which are evenly distributed on the inner circumference of the wall 9 of the cup.
Each trough has in the circumferential direction of the hollow cylindrical portion 12 has two lateral flanks 15 at which a catch body engaging in the recess 14 comes to rest when a torque between the cage 3 and the end piece 1 is transmitted. The shape of these flanks 15, together with the stiffness of the spring means 5, which pushes the locking body 2 into the troughs 14, determines the limit torque which the coupling is capable of transmitting.
If different limit torques are desired for clockwise or anti-clockwise rotation, the profiles of the two flanks 15 of each trough 14 can be different.
If the limit torque is exceeded, for example because a driven via the coupling drill bit gets stuck, the locking body 2 are pressed by the flank 15 on which they rest, radially inwardly against the force of the spring means 5; this deviates from the force to the inside, and it comes to the locking of the clutch.
The spring device 5 has in the embodiment shown here the shape of a ring with a cutout 16, in which a radially inwardly directed tongue 6 of the hollow cylindrical portion 12 engages. The tongue 6 restricts an otherwise possible rotation of the spring device 5 in the circumferential direction, so that it is precluded that the cutout 16 comes to rest against an opening 13 as a result of a rotation of the spring device 5, and thus the latching body 2 accommodated in the interruption 13 will fall out inwardly can.
The spring device 5 is shown in one piece in the figure, but it can also be composed of many thin, concentric nested individual ring springs. Such a configuration has the advantage that a load of the spring distributed by the inwardly pressing detent body on a plurality of individual springs, the specific load of each spring is thus lower and a change in their shape and / or their stiffness in the course of operation Clutch can be kept within narrow limits, as is possible with a one-piece spring device 5.
Fig. 3 shows a partial radial section through a coupling according to a second embodiment of the invention. The axial section through this coupling is identical to that shown in Fig. 1 and will not be described again. The embodiment of FIG. 3 differs from that of FIG. 2 in that instead of the tongue 7, a pin 7, for example a rivet, extends through bores of the hollow cylindrical portion 12 and the spring means 5 and thus a selective attachment of this spring means 5 am hollow cylindrical section 12 creates that excludes a rotation of both against each other. The pin has, as can be seen clearly in the figure, at its radially inner end 17 no head, so that it does not counteract an inward movement of the spring means 5 by pressure applied by him detent body 2 pressure.
This ensures that the Fe derkonstante, with the locking body 2 are pressed by the spring means 5 in the wells 14, the same for all locking body.