CN112303145A - 具有模块化结构的隔离式过载离合器 - Google Patents

具有模块化结构的隔离式过载离合器 Download PDF

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R·纽豪泽
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Abstract

提出了一种通过施加外力重新接合的形状锁合的过载离合器，其由部件法兰和压力法兰组成，压力法兰通过轴承相对于部件法兰可旋转地进行支承。过载离合器具有布置在部件法兰的节圆上的阶梯孔，在压力法兰上的与阶梯孔同轴地布置的同步开口与阶梯孔相对置。阶梯孔具有传递区域和接收区域，其中，在至少一个阶梯孔中容纳螺栓、支撑盘、一组切换段或切换滚珠、压力盘、弹簧元件和调节螺母，其中，至少在压力法兰的与该阶梯孔同心地相对置的同步开口中容纳具有凹槽的压力件，其中，螺栓通过弹簧元件的力被压入压力件的凹槽中并由此传递扭矩。本发明的特征在于，至少一个阶梯孔被直接地引入到部件法兰中并与部件法兰一起形成一体式的几何形状。

Description

具有模块化结构的隔离式过载离合器
技术领域
机械过载离合器在工业驱动技术的领域中已经证实是用于避免因过大的扭矩而造成损坏的可靠的机械部件。特别地，在此具有施加力的形状锁合的传递部件的结构型式的特征在于在释放扭矩方面上的高精确性。
根据技术要求，在施加力的、形状锁合地工作的机械过载离合器中，可以找到不同的功能设计：
-用于较简化的驱动器的棘轮过载离合器。
-具有保角的重新接合的同步过载离合器。
-具有通过旋转方向反转进行的重新接合的过载离合器。
-具有通过施加外力进行的重新接合的隔离式过载离合器。
在此提出的本发明的主题是对最后提到的具有通过施加外力进行的重新接合的隔离式过载离合器的设计进行技术改进。
背景技术
从现有技术中已知具有通过施加外力进行的重新接合的隔离式过载离合器，其中，具有相关联的压力件的隔离部件被整合由两个可相对于彼此旋转的法兰组成的简单结构中。这种类型的隔离部件或这种类型的具有通过施加外力进行的重新接合的隔离式过载离合器，其在以下称为过载离合器，在申请人的EP0156993B1中进行了描述。
根据EP0156993B1的教导的过载离合器的优点在于，在此使用的隔离部件可以与其部件壳体一起容易地与现有设计结构组合。其缺点是成本高并且大多数需要大的安装空间，其原因是离合器的功能划分为两个区域：由相对于彼此支承的法兰组成的第一区域和由布置在节圆上的优选拧上的隔离部件和压力件组成的第二区域。
发明内容
因此，本发明基于的目的是提出一种尽可能模块化构造的过载离合器，该过载离合器能够实现具有高功率密度的紧凑结构型式并且能够廉价地制造。
为了实现该目的，建议建造由部件法兰和与该部件法兰同心布置的并且可旋转地支承的压力法兰组成的过载离合器。
来自现有技术的释放部件的部件壳体集成到离合器的部件法兰中。为此目的，先前的部件壳体的内部几何形状以轴向或径向指向的阶梯孔的形式被引入到部件法兰中。在部件法兰的阶梯孔中内置有过载离合器的传递扭矩的功能部件，该功能部件由螺栓、压力盘、支撑盘、多个切换段或滚珠、弹簧元件和调节环形成。弹簧元件在此可以由一个或多个与螺栓同心布置的螺旋弹簧或一组层状的碟形弹簧组成。同步开口与部件法兰的阶梯孔同轴地引入压力法兰中，在同步开口中安装有压力件。
阶梯孔和同步开口在此可以以有利的方式以相同的角间距布置在节圆上。
为了使过载离合器适应要传递的扭矩，可以仅为一部分阶梯孔和同步开口装配上螺栓或压力件并且例如用盖子封闭不需要的阶梯孔。
使过载离合器适应要传递的扭矩的另一种可能性在于改变弹簧元件的预紧力。为此目的，调节环可以设计成带有外螺纹的调节螺母，其在带有对应的内螺纹的阶梯孔中的轴向位置可以通过旋转来改变。调节螺母可以通过以摩擦力锁合的或形状锁合的方式作用的部件来锁止，以防止意外旋转。
通过将弹簧法兰的螺栓通过弹簧元件经由压力盘、支撑盘和切换段或滚珠压入在压力法兰的同步开口中嵌入的压力件的优选锥形设计的凹槽中，过载离合器将扭矩从部件法兰传递到压力法兰。当脱开过载离合器时，通过扭矩作用到螺栓和压力件上的圆周力超过了通过弹簧元件的预张力限定的水平。因此，螺栓沿轴向从压力件的凹槽中运动出来并且释放在部件法兰和压力法兰之间的旋转。通过螺栓、压力盘、支撑盘、切换段或滚珠和弹簧元件的特殊的几何设计构造和布置，螺栓保持在其与压力件接合之外的位置上，并且过载离合器可以在螺栓和压力件之间没有进一步的接触下停止下来。
过载离合器的脱开或接合状态可以通过传感器检测，该传感器检测在部件法兰中的螺栓的位置。如果螺栓配设有公共的切换盘，该切换盘相对于部件法兰的轴向位置然后被查询，则可以进一步改善这种检测。
为了使过载离合器重新接合，在驱动器停止的情况下，使部件法兰和压力法兰如此地相对于彼此旋转，即螺栓和压力件的中心轴线对齐。然后，通过在压力件的方向上施加外力，可以使螺栓再次与压力件的凹槽形状锁合地接合。为了便于螺栓和压力件的中心轴线的对准，可以在部件法兰和压力法兰的外圆周上安置清晰可见的分度孔或其他标记。
通过在这里简要描述的结构型式和功能，可以提供一种过载离合器，该过载离合器可以在紧凑的结构型式下传递高的扭矩。此外，通过将阶梯孔整合到部件法兰中，可以实现过载离合器对所需扭矩的高的模块化和适应性。另外，根据本发明的过载离合器允许简单且可靠地检测运行状态，并且可以成本非常有利地进行制造。
附图说明
根据本发明的过载离合器的其他特征和有利的细节由在下面示出的优选实施方式的描述得出。在此，在其功能上相一致的部件在所有附图中均配设有相同的附图标记。
不言而喻，本发明不限于权利要求书或说明书中的特征组合。对于技术人员来说，从任务的提出中将得出权利要求的其他有意义的组合和/或来自权利要求书和/或说明书中的特征和/或来自附图中的特征的其他有意义的组合。
图1示出了通过根据本发明的、作为法兰实施方案的处于接合状态下的具有轴向指向的阶梯孔的轴向过载离合器的纵截面图A-A和横截面图B-B。
图2示出了来自图1的、根据本发明的、具有轴向指向的阶梯孔的轴向过载离合器的作为半截面图的细节图C和细节图D。
图3示出了通过根据本发明的、在与弹性体离合器组合下的、处于脱开状态的具有轴向指向的阶梯孔的第二轴向过载离合器的纵截面图C-C。
图4示出了来自图3的、根据本发明的、具有轴向指向的阶梯孔轴向的过载离合器的细节图E以及通过投影从细节图E中推导出的细节图F。
图5示出了通过根据本发明的、作为用于空心轴电动机的实施方案的处于接合状态的具有轴向指向的阶梯孔的第三轴向过载离合器的纵截面图D-D。
图6示出了通过根据本发明的、在与抗扭转的全钢离合器组合下的、处于接合状态的具有轴向指向的阶梯孔的第四径向过载离合器的纵截面图E-E。
具体实施方式
从图1中可以看见根据本发明的第一轴向过载离合器K1的基本结构。在此，部件法兰1通过轴承3与压力法兰2连接并且围绕旋转轴线R相对于压力法兰2可旋转地进行支承。在部件法兰1的与旋转轴线R同心的节圆上优选地以相同的角间距引入多个轴向指向的阶梯孔5。在压力法兰2上，相应的同步开口22与阶梯孔5相对置，在该同步开口中容纳具有优选为锥形的凹槽24的压力件23，其中，阶梯孔5和凹槽24的中心轴线彼此对准。在这里，压力件23通过固定螺钉25固定在压力法兰2的同步开口22中。在本示例中，四个阶梯孔5中仅有两个被用于传递扭矩，另外的两个阶梯孔5被用封闭盖27封闭。部件法兰1的阶梯孔5由传递区域6和接收区域7组成，其中，接收区域7具有大于传递区域6的直径。
从图1中，并且特别是从具有细节D的图2中可以看出，如何在阶梯孔5中，从压力件23开始，按所述顺序各布置装配有传递滚珠13的螺栓9、支撑盘14、切换段16、压力盘15、板簧组形状的弹簧元件18和调节螺母19。作为装配有传递滚珠13的螺栓9的两部分式结构的替代方案，螺栓9在其端部处也可以一体式地配设有被拧上的滚珠几何形状或为圆锥体。
离合器的扭矩被从部件法兰1传递到压力法兰2上。为了确保这一点，弹簧元件18用调节螺母19沿轴向进行预张紧并且将其力传递到压力盘15。由此切换段16被轴向地夹紧在配设有内锥体的压力盘15和同样具有内锥体的支撑盘14之间，并且通过这些内锥体表面施加径向指向螺栓9的力。在此情况下，切换段16位于螺栓9的外圆周上的锥体表面上，并且与嵌入在螺栓9的孔中的传递滚珠13一起在压力件23的方向上推挤该螺栓。在此情况下，在部件法兰1和压力法兰2之间产生的并作用在轴承3上的轴向力由轴承盖4吸收，该轴承盖与压力法兰2螺纹连接在一起。
调节螺母19通过锁止板20锁止，以防止意外的旋转，其中，锁止板20通过在细节图C中示出的十二角以形状锁合的方式围卡调节螺母19的六角，并且其中，锁止板20同时通过锁止螺钉21被固定在部件法兰1的外圆周上。这种状况允许以30度的步幅灵敏地调节和锁定调节螺母19。
为了防止润滑剂泄漏到环境中以及防止污垢进入轴向过载离合器K1中，在部件法兰1和压力法兰2之间布置外密封28，并且在轴承盖4与部件法兰1之间布置内密封29。为了润滑，螺栓9具有润滑通道10，该润滑通道可以从部件法兰1的外圆周开始通过润滑接头12和润滑孔11供给润滑剂。
如果在部件法兰1和压力法兰2之间传递的扭矩超过由弹簧元件18的力限定的值，则部件法兰1和压力法兰2开始围绕旋转轴线R相对于彼此旋转。在此情况下，配设有传递滚珠13的螺栓9在螺栓脱开方向D1的方向上运动，并且切换段16从螺栓9的锥体表面滑动到其外圆周表面上，该外圆周表面与阶梯孔5的传递区域6接触。轴向过载离合器K1现在处于隔离开的状态下，该状态在图3中以及在图4中，在细节E和细节F中示出。
在图3中以及在细节E和细节F中的轴向过载离合器K1在其功能上与来自图2中的轴向过载离合器相对应，但是被装备用于在两个轴之间传递扭矩，该轴附加地具有在部件法兰1上的离合器毂K3和具有在压力法兰2上的形状锁合的弹性体离合器K2。
此外，在图3中和在图4中示出的轴向过载离合器K1具有环形的切换部件30，该切换部件由切换环31和接片32组成并且借助于接片螺钉33被固定在螺栓9上。当脱开轴向过载离合器K1时，螺栓9与切换部件30一起在螺栓脱开方向D1上执行轴向提升运动，其中，该切换部件30的位置通过传感器44检测并被转递给控制器。通过该信号可以例如使驱动器在脱开轴向过载离合器K1之后停止。传感器44可以被设计为机械的或非接触式的开关的形式。
在关掉驱动器之后，可以重新接合此时静止的轴向过载离合器K1。为此目的，将部件法兰1和压力法兰2相对于彼此旋转到如此程度，即分度孔26和因此螺栓9和压力件23对准地面对彼此。在该位置上，螺栓9在其面对切换部件30的端部上通过锤击或轴向压力沿螺栓接合方向D2朝着压力件23运动，直到它们在那里再次接合或者直到切换段16再次位于螺栓9的外锥体表面上并且在朝着压力件23的方向上对螺栓施加限定的力为止。螺栓9的接合可以单个地进行或在借助于专门的接合装置下也可以成组地进行，其中，切换部件30以这种的方式设计，即它可以弹性地吸收切换环31和接片32在此期间发生的变形。在此情况下可以通过手动的辅助动作或通过自动化装置来进行螺栓9的接合。
在图5中示出的根据本发明的轴向空心轴过载离合器K4，其特别地被设计用于采矿应用，就其功能而言对应于先前的实施例。然而，与先前的实施例相比，轴承的设计是反过来的，其中，轴承3以其内环支承在部件法兰1的管状延伸部分上，并且具有压力件23的压力法兰2被可旋转地支承在其上方。作用在轴承3上的轴向力在此也被轴承盖4吸收。轴向空心轴过载离合器K4的压力法兰2通过锥体法兰35连接到驱动器的，优选地电动机的空心轴34上。在此，配备有外锥体36的锥体法兰35通过配设有内锥体38的并且被施加了夹紧螺钉39的夹紧环37以摩擦力锁合的方式被夹紧在空心轴34的圆柱形的圆周表面上。替代地，空心轴34的圆周面也可以通过外齿形成，其中，锥体法兰35此时具有对应的内齿，并且也可以借助于夹紧环37无间隙地固定在空心轴34上。代替夹紧环连接，也可以通过滑键连接、夹紧毂或夹紧环毂或液压中空套-夹紧套来实现在空心轴34和锥体法兰35之间的扭矩传递。部件法兰1在其内径处具有轴向齿，该轴向齿与齿轴40处于形状锁合的连接中，其中，齿轴40以轴身径向地位于空心轴34内部并且轴向地穿过该空心轴。齿轴40通过拉出螺钉43与保持法兰41连接并且被锁止以防止轴向运动，其中，保持法兰41通过保持螺钉42被固定在部件法兰中。在驱动器被激活情况下的扭矩传递从驱动器的空心轴34开始，经由锥体法兰35、压力法兰2、压力件23、传递滚珠13、螺栓9、阶梯孔5的传递区域6和部件法兰1延伸到齿轴40，该齿轴将扭矩通过空心轴34传递到位于空心轴34另一侧上的输出端上。该输出端例如可以由变速器，优选地行星齿轮变速器形成。
借助于图5描述的轴向空心轴过载离合器K4的优点在于，它位于空心轴34的自由端处并且因此易于接近以进行维护工作，以及在常规维修工作中可以容易地进行更换。
图6示出了作为最后一个实施例的径向过载离合器K5，其由部件法兰1和压力法兰2组成，其中，在此处，部件法兰1沿径向在压力法兰2外部与该压力法兰同心地布置，并且通过轴承3可相对于压力法兰旋转地进行固定。沿径向位于内部的压力法兰2具有与旋转轴线R同心的孔45，用以直接地固定到驱动轴上。与上述示例相反，阶梯孔5在部件法兰1中径向地布置，并且螺栓9与沿径向位于压力法兰2的同步开口22内部的压力件23形状锁合地连接。在此情况下，螺栓9具有一体的滚珠形或圆锥形的几何形状，通过该几何形状螺栓与压力件23处于接触中。在该示例中，螺栓9通过弹簧元件18、压力盘15、切换滚珠17和支撑盘14被压入压力件23的凹槽24中，其中，弹簧元件18的预张力可以通过调节螺母19来施加和改变。在该示例中，调节螺母19被两部分式地构造并且通过两个盘状的半部的轴向伸开被以摩擦力锁合的方式夹紧在阶梯孔5的内螺纹8中。
所示的径向过载离合器K5用于在两个轴之间传递扭矩，其中，部件法兰1为此被连接到抗扭转的弹性的全钢离合器K6上。径向过载离合器K5的特别的优点是轴向结构长度小并且避免力作用到轴承3上，因为作用在螺栓9和压力件23之间的力在径向过载离合器K5的圆周上彼此抵消。由此可以使用具有较低额定载荷的较小轴承3，由此可以实现更紧凑的设计结构并且由此可以进一步降低成本。本发明的其他有利的特征由以下的独立和从属权利要求得出。
附图标记列表：
1 部件法兰
2 压力法兰
3 轴承
4 轴承盖
5 阶梯孔
6 传递区域
7 接收区域
8 内螺纹
9 螺栓
10 润滑通道
11 润滑孔
12 油脂接头
13 传递滚珠
14 支撑盘
15 压力盘
16 切换段
17 切换滚珠
18 弹簧元件
19调节螺母
20 锁止板
21 锁止螺钉
22 同步开口
23 压力件
24 压力件的凹槽
25 压力件的固定螺钉
26 分度孔
27 封闭盖
28 外密封圈
29 内部密封圈
30 切换部件
31 切换环
32 接片
33 接片螺钉
34 空心轴
35 锥体法兰
36 外锥体
37 夹紧环
38 内锥体
39夹紧螺钉
40 齿轴
41 保持法兰
42 保持螺钉
43 拉出螺钉
44 传感器
45 孔
D1 螺栓脱开方向
D2 螺栓接合方向
K1 轴向过载离合器
K2 弹性体离合器
K3 离合器毂
K4 轴向空心轴过载离合器
K5 径向过载离合器
K6 全钢离合器
R 旋转轴线

Claims (12)

1.一种具有通过施加外力进行的重新接合的形状锁合的过载离合器，其由部件法兰(1)和压力法兰(2)组成，压力法兰(2)通过轴承(3)可相对于部件法兰(1)旋转地进行支承，其中，过载离合器具有布置在部件法兰(1)的节圆上的阶梯孔(5)，在压力法兰(2)上的与阶梯孔同轴布置的同步开口(22)与阶梯孔相对置，其中，阶梯孔(5)具有传递区域(6)和接收区域(7)，
其中，在至少一个阶梯孔(5)中容纳螺栓(9)、支撑盘(14)、一组切换段(16)或切换滚珠(17)、压力盘(15)、弹簧部件(18)和调节螺母(19)，
其中，至少在与该阶梯孔(5)同心地相对置的同步开口(22)中容纳具有凹槽(24)的压力件(23)，
其中，至少一个螺栓(9)通过弹簧部件(18)的力被压入至少一个压力件(23)的凹槽(24)中并由此传递扭矩，
其特征在于，
至少一个阶梯孔(5)被直接地引入到部件法兰(1)中并与部件法兰(1)一起形成一体式的几何形状。
2.根据权利要求1所述的过载离合器，其特征在于，在部件法兰(1)上的至少一个阶梯孔(5)布置在节圆上，其中，至少一个阶梯孔(5)的中心轴线与旋转轴线(R)形成零角度的角。
3.根据权利要求1所述的过载离合器，其特征在于，在部件法兰(1)上的至少一个阶梯孔(5)布置在节圆上，其中，至少一个阶梯孔(5)的中心轴线与旋转轴线(R)形成90角度的角。
4.根据权利要求1所述的过载离合器，其特征在于，在部件法兰(1)上的至少一个阶梯孔(5)布置在节圆上，其中，至少一个阶梯孔(5)的中心轴线与旋转轴线(R)形成在零角度和90角度之间的角。
5.根据前述权利要求中的至少一项所述的过载离合器，其特征在于，至少一个螺栓(9)在其面对压力件(23)的端部处装配有传递滚珠(13)。
6.根据前述权利要求中的至少一项所述的过载离合器，其特征在于，至少一个螺栓(9)在其面对压力件(23)的端部处一体式地装配有滚珠形的或圆锥形的传动几何形状。
7.根据前述权利要求中的至少一项所述的过载离合器，其特征在于，过载离合器具有至少两个螺栓(9)，并且螺栓(9)在其背离压力件(23)的端部处与环形的切换部件(30)连接，该切换部件由切换环(31)和接片(32)组成并且其轴向位置可以通过传感器(44)来查询。
8.根据前述权利要求中的至少一项所述的过载离合器，其特征在于，弹簧部件(18)的预张力可以通过调节螺母(19)改变，所述调节螺母可调节地布置在阶梯孔(5)的内螺纹(8)中。
9.根据前述权利要求中的至少一项所述的过载离合器，其特征在于，在部件法兰(1)上的调节螺母(19)以摩擦力锁合的方式锁止或者通过锁止板(20)和锁止螺钉(21)来固定，以防止无意的旋转。
10.根据前述权利要求中的至少一项所述的过载离合器，其特征在于，部件法兰(1)中的仅一部分的阶梯孔(5)装配有扭矩传递部件，并且其他部分的阶梯孔(5)通过封闭盖(27)来封闭。
11.根据前述权利要求中的至少一项所述的过载离合器，其特征在于，压力法兰(2)通过锥体法兰(35)以传递扭矩的方式与驱动器的空心轴(34)连接，其中，部件法兰(1)通过其轴向内齿以传递扭矩的方式与齿轴(40)连接，所述齿轴穿过空心轴(34)将扭矩传递到空心轴(34)的与过载离合器背离的一侧上，而传递到输出端，优选地到变速器。
12.根据前述权利要求中的至少一项所述的过载离合器，其特征在于，压力法兰(2)通过锥体法兰(35)无间隙地与驱动器的空心轴(34)连接，其中，带有外锥体(36)的锥体法兰(35)与具有内锥体(38)的夹紧环(37)作用连接并通过夹紧螺钉(39)夹紧在空心轴(34)上。
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