DD279932A1

DD279932A1 - Sicherheitskupplung

Info

Publication number: DD279932A1
Application number: DD32549489A
Authority: DD
Inventors: Bernd Poegel; Steffen Roetz
Original assignee: Zwickau Ing Hochschule
Priority date: 1989-02-03
Filing date: 1989-02-03
Publication date: 1990-06-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung, die beim Ueberschreiten einstellbarer Drehmomente oder anderer unzulaessiger Betriebsbedingungen selbsttaetig in Axialrichtung ausrueckt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitskupplung, die beim Ueberschreiten einstellbarer Drehmomente oder anderer Betriebsbedingungen selbsttaetig in Axialrichtung ausrueckt, zu schaffen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die zur formschluessigen Drehmomentuebertragung zwischen den Kupplungsscheiben dienenden Bolzen in einer Druckscheibe drehbar und begrenzt axial verschiebbar gelagert und durch zwischen der Druckscheibe und den Bolzen angeordnete Druckfedern mit einer definierten Axialkraft vorgespannt sind und, dass die Druckscheibe auf einem Kolben drehbar gelagert und zusammen mit diesem axial verschiebbar ist, wobei die das uebertragbare Drehmoment bestimmende Axialkraft unter Beruecksichtigung der von den Federn aufgebrachten Gegenkraft durch eine im Kupplungsgehaeuse eingespannte und mit dem Kolben in Wirkverbindung stehende druckluftbeaufschlagte Membran aufgebracht wird. Fig. 1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung, die beim Überschreiten einstellbarer Drehmomente oder anderer unzulässiger Betriebsbedingungen selbsttätig in Axialrichtung ausrückt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Übertragung des Drehmomentes bei formschlüssigen Sicherheits- und Überlastkupplungen oder anderen Einrichtungen zur Drehmomentbegrenzung erfolgt durch zwischen den Kupplungshälften angeordnete Wälzkörper (DE 2517910, DD 149335), durch an den Stirnseiten der Kupplungshälften angeordnete Verzahnungen (DE 3502666) oder durch in einer Kupplungshälfte angeordneten Bolzen, die drehbar und axial verschiebbar gelagert sein können, und deren stirnseitige Zähne, Zahnlücken oder andere Formelemente in die Zahnlücken, Zähne oder anderen Gegenformelemente der gegenüberliegenden Kupplungshälfte eingreifen (DE 3602232, EP 177922).

Die koaxial angeordneten Kupplungshälften sind entweder axial unverschiebbar (DE 3602282) oder es ist mindestens eine Kupplungshälfte axial verschiebbar (DE 3502666).

Das übertragbare Drehmoment wird durch das Wirken einer Federkraft auf die in einer Kupplungshälfte mindestens axial verschiebbar gelagerten Bolzen (DE 3602282) oder auf die axial verschiebbar angeordnete Kupplungshälfte (DE 3602666) bestimmt Nachteilig ist hierbei, daß die Einstellung bzw. Veränderung nur bei Stillstand der Maschine manuell erfolgen kann.

Die Federkraft kann durch entsprechende Einrichtungen auf eine definierte Größe manuell eingestellt werden (DE 2517910, DE 3502666, DE 3602282).

Spielfreie Formpaarungen zwischen axial unverschiebbaren Kupplungshälften werden dadurch erreicht, daß jeder in einer Kupplungshälfte mindestens axial verschiebbar gelagerte Bolzen separat mit einer Federkraft beaufschlagt wird (DE ?602282).

Spielfreie Formpaarungen zwischen den Kupplungshälften, von denen mindestens eine axial verschiebbar ist, und dem Kupplungsgehäuse werden dadurch erreicht, daß der Formschluß zwischen den Kupplungshälften durch eine Kegel verzahnung realisiert wird und die axial verschiebbare Kupplungshälfte radial veränderbar ausgebildet ist (DE 3502666).

Das hat den Nachteil, daß ein hoher fertigungstechnischer Aufwand erforderlich ist.

Pei Überschreiten des übertragbaren Drehmomentes erfolgt ein Durchratschen (DE 3502666) oder das Ausrücken (DE 3502282) der Kupplung. Diese Zustände können mittels Grenztaster erfaßt werden.

Nachteilig ist hierbei das Einrücken der Kupplung, welches manuell oder mit einer separaten mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigten Schalteinrichtung (DE 2517910, DE 3602282) erfolgt.

Für alle diese bekannten Kupplungen ist folgender Nachteil gemeinsam: Sie reagieren nur auf die Überschreitung des zulässigen Drehmoments.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine formschlüssige Sicherheitskupplung zu schaffen, die bei Überschreiten beliebig voi (jebbarer und/oder veränderbarer physikalischer Größen, Zustände oder Bedingungen selbsttätig ausrückt. Dabei soll das Einrücken ohne zusätzlichen manuellen Aufwand ermöglicht werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, eine Sicherheitskupplung, die beim Überschreiten einstellbarer Drehmomente oder anderer Betriebsbedingungen selbsttätig in Axialrichtung ausrückt, zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die zur formschlüssigen Drehmomentübertragung zwischen den Kupplungsscheiben dienenden Bolzen in einer Druckscheibe drehbar und begrenzt axial verschiebbar gelagert und durch zwischen der Druckscheibe und den Bolzen angeordnete Druckfedern mit einer definierten Axialkraft vorgespannt sind und, daß die Druckscheibe auf einem Kolben drehbar gelagert und zusammen mit diesem axial verschiebbar ist, wobei die das übertragbare Drehmoment bestimmende Axialkraft unter Berücksichtigung der von den Federn aufgebrachten Gegenkraft durch eine im Kupplungsgehäuse eingespannte und mit dem Kolben in Wirkverbindung stehende druckluftbeaufschlagte Membran aufgebracht wird.

Des weiteren ist der Kolben im Kupplungsgehäuse axial verschiebbar gelagert und der Hub des Kolbens wird beim Ausrücken der Kupplung durch einen stoßdämpfenden Anschlag begrenzt.

Weiterhin ist der Hub des Kolbens beim Einrücken der Kupplung dadurch Logrenzt, daß sich ein Kräftegleichgewicht zwischen der auf den Kolben wirkenden Axialkraft, der das Ausrücken der Kupplung bewirkenden Federkraft und der zum Vorspannen der Bolzen dienenden Federkraft nach dem Ausbilden des Formschlusses zwischen den an den Stirnseiten der Bolzen angeordneten Formelemente und den entsprechenden Gegenformelementen der Kupplungsscheibe einstellt.

Dabei ist die das Ausrücken der Kupplung bewirkende Axialkraft eine Federkraft. Wobei die Federkraft durch zwischen der Kupplungsscheibe und der Druckscheibe angeordnete Druckfedern aufgebracht wird.

Erfindungsgemäß wird der auf die Membran wirkende Druck in Abhängigkeit beliebiger physikalischer Größen bzw. beliebiger Bedingungen oder Zustände zu beliebigen Zeiten veränderbar.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein sofortiges Ausrücken der Kupplung beim Überschreiten des Übertragbaren Drehmomentes durch ein von einem die Drehwinkeldifferenz zwischen den Kupplungsscheiben oder die axiale Verschiebung des Kolbens bzw. der Druckscheibe erfassenden Sensor ausgelöstes Steuersignal bewirkt wird.

Dabei wird das Steuersignal ausgelöst, bevor der Eingriff zwischen den an den Stirnseiten der Bolzen angeordneten Formelemente und den entsprechenden Gegenformelementen der Kupplungsscheibe vollständig aufgehoben ist.

Des weiteren kann das Steuersignal, welches ein sofortiges Ausrücken der Kupplung bewirkt, in Abhängigkeit von bel'ebigen physikalischen Größen bzw. beliebigen Bedingungen oder Zuständen auch bei NichtÜberschreiten des übertragbaren Drehmomentes ausgelöst werden.

Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Sicherheitskupplung. Die mit der Kupplungsscheibe 11 a verbundene Welle 11 b ist mittels Wälzlager 44 in der Kupplungsgehäusehälfte 2 drehbar, aber axial unverschiebbar und mittels Wälzlager 47 in der mit der Kupplungsscheibe 3a verbundenen Hohlwelle 3 b drehbar gelagert. Die Hohlwelle 3 b stützt sich über das Wälzlager 43 an der in sie hineinragenden Stirnfläche der Welle 11 b ab. Bei der in Fig. 1 dargestellten Variante als Aufsteckkupplung ist es erforderlich, daß de Hohlwelle 3b über das in sie eingreifende Wellenende zusätzlich gelagert wird.

Die Bolzen 7 sind in der Kupplungsscheibe 3a drehbar und axial verschiebbar gelagert. An den vorderen Stirnseiten der Bolzen 7 sind Formelemente angeordnet. Entsprechende Gegenformelemente befinden sich in der Kupplungsscheibe 11 a. In don im hinteren Bereich als Hohlzylinder ausgebildeten Bolzen 7 sind mit diesen verbundene Stife 10 angeordnet. Die Stifte 10, welche die hinteren Stirnflächen der Bolzen 7 überragen, sind in der Druckscheibe 6 drehbar und axial verschiebbar gelagert. Die axiale Verschiebebewegung wird durch die Sicherungsringe 39 und die hinteren Stirnflächen der Bolzen 7 begrenzt. Durch zwischen den Bolzen 7 und der Druckscheibe 6 angeordnete Druckfedern 31 werden die Bolzen 7 mit einer definierten Axialkraft beaufschlagt.

Die Druckscheibe 6 ist mittels Wälzlager 45 auf dem Kolben 4 drehbar, aber axial unverschiebbar gelagert. Der Kolben 4 ist in der Kupplungsgehäusehälfte 2 und in dem mit der Kupplungsgehäusehälfte 1 verbundenen Flansch 15 axial verschiebbar gelagert.

Die mit dem Kolben 4 in Wirkverbindung stehende Membran 19 ist zwischen den Kupplungsgehäusehälften 1,2 eingespannt und durch die Mutter 49 und den Druckring 5 mit dem Kolben 4 verbunden. Da der Kolben 4 keine Drehbewegung ausführt, entfällt die aufwendige Druckluftzufuhr auf umlaufende Teile. Der Druckluft,mschluß 55 befindet sich in der Kupplungsgehäusehälfte 1.

Die zum Ausrücken der Kupplung erforderliche Federkraft wird durch zwischen der Kupplungsscheibe 3 a und der Druckscheibe 6 angeordnete Druckfedern 32 erzeugt, die von den Bolzen 7 geführt werden.

Das Einrücken der Kupplung erfolgt durch die Verschiebung des Kolbens 4 infolge der auf ihnen wirkenden Axialkraft nach Beaufschlagen der Membran 19 mit Druckluft. Der Kolbenhub wird dadurch begrenzt, daß sich nach Ausbilden des Formschlusses zwischen den an den vorderen Stirnseiten der Bolzen 7 angeordneten Formelemente und den entsprechenden Gegenformelementen in der Kupplungsscheibe 11 a ein Kräftegleichgewicht zwischen der auf den Kolben wirkenden Axialkraft und der durch das Spannen der Druckfedern 31,32 erzeugten Gegenkraft einstellt. Die zwischen der Druckscheibe 6 und den Bolzen 7 angeordneten Druckfedern 31 sichern einen spielfreien Formschluß trotz unterschiedlicher Eingriffstiefen der einzelnen Formpaarungen.

Die das übertragbare Drehmoment bestimmende, auf die Bolzen 7 wirkende Axialkraft kann durch Variation des auf die Membran 19 wirkenden Druckes verändert werden. Der Druck kann manuell eingestellt oder in Abhängigkeit von beliebigen physikalischen Größen bzw. Zuständen oder Bedingungen gesteuert werden. Das hat den Vorteil, daß das übertragbare Drehmoment wechselnden technologischen oder anderen Erfordernissen ständig angepaßt werden kann.

Durch einen die Drehwinkeldifferenz zwischen den Kupplungsscheiben 3 a, 11 a oder die axiale Verschiebung der Druckscheibe 6 bzw. des Kolbens 4 erfassenden Sonsor wird beim Überschreiten des übertragbaren Drehmomentes ein das Schnellentlüften des Zylinderraumes bewirkendes Steuersignal ausgelöst, was zum sofortigen Ausrücken der Kupplung führt. Das Steuersignal wird ausgelöst, bevor der Eingriff zwischen den an den vorderen Stirnseiten der Bolzen 7 angeordneten Formelemente und den entsprechenden Gegenformelementen in der Kupplungsscheibe 11 a vollständig aufgehoben ist. Der Rückhub des Kolbens 4 wird durch den als stoßdämpfendes Element ausgebildeten Anschlag 18 begrenzt. Das Steuersignal, welches das Schnellentlüften des Zylinderraumes und damit das sofortige Ausrücken der Kupplung bewirkt, kann in Abhängigkeit von beliebigen physikalischen Größen bzw. Zuständen oder Bedingungen auch bei NichtÜberschreiten des übertragbaren Drehmomentes ausgelöst werden. Die Kupplung reagiert damit sowohl auf Drehmomentüberlastung als auch auf andere unzulässige Betriebsbedingungen, die nicht zum Überschreiten des übertragbaren Drehmomentes führen.

Die Sicherheitskupplung kann in rein mechanischen und besonders vorteilhaft in numerisch gesteuerten Antriebssystemen eingesetzt werden.

Claims

1. Sicherheitskupplung, die beim Überschreiten einstellbarer Drehmomente oder anderer Betriebsbedingungen selbsttätig in Axialrichtung ausrückt, bestehend aus zwei koaxial angeordneten, drehbar gelagerten, axial unverschiebbaren Kupplungsscheiben und in einer Kupplungsscheibe drehbar und axial verschiebbar gelagerter Bolzen, deren stirnseitig angeordnete Formelemente in die entsprechenden Gegenformelemente der anderen Kupplungsscheibe eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur formschlüssigen Drehmomentübertragung zwischen den Kupplungsscheiben (3a, 11 a) dienenden Bolzen (7) in einer Druckscheibe (6) drehbar und begrenzt axial verschiebbar gelagert und durch zwischen der Druckscheibe (6) und den Bolzen (7) angeordnete Druckfedern (31) mit einer definierten Axialkraft vorgespannt sind und, daß die Druckscheibe (6) auf einem Kolben (4) drehbar gelager I und zusammen mit diesem axial verschiebbar ist, wobei die das übertragbare Drehmome it bestimmende Axialkraft unter Berücksichtigung der von den Druckfedern (31,32) aufgtbrachten Gegenkraft durch eine im Kupplungsgehäuse (1,2) eingespannte und mit dem Kolben (6) in Wirkveroindung stehende druckluftbeaufschlagte Membran (19) aufgebracht wird.

2. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (4) im Kupplungsgehäuse (1,2) axial verschiebbar gelagert ist.

3. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Kolbens (4) beim Ausrücken der Kupplung durch einen stoßdämpfenden Anschlag (18) begrenzt wird.

4. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des Kolbens beim Einrücken der Kupplung dadurch begrenzt wird, daß sich ein Kräftegleichgewicht zwischen der auf den Kolben wirkenden Axialkraft, den das Ausrücken der Kupplung bewirkenden Federkraft und derzum Vorspannen der Bolzen dienenden Federkraft nach dem Ausbilden des Formschlusses zwischen den an den Stirnseiten der Bolzen angeordneten Formelemente und den entsprechenden Gegenformelementen der Kupplungsscheibe einstellt.

5. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die das Ausrücken der K- Kupplung bewirkende Axialkraft eine Federkraft ist.

6. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft durch zwischen der Kupplungsscheibe (3a) und der Druckscheibe (6) angeordnete Druckfedern (32) aufgebracht wird.

7. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft durch zwischen drm Kolben (4) und dem Kupplungsgehäuse (1, 2) angeordnete Federn aufgebracht wird.

8. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Membran wirkende Druck in Abhängigkeit beliebiger physikalischer Größen bzw. beliebiger Bedingungen oder Zustände zu beliebigen Zeiten veränderbar ist.

9. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein sofortigem Ausrücken der Kupplung beim Überschreiten des übertragbaren Drehmomentes durch ein von einem die Drehwinkeldifferenz zwischen den Kupplungsscheiben (3a, 11 a) oder die axiale Verschiebung des Kolbens (4) bzw. der Druckscheibe (6) erfassenden Sensor ausgelöstes Steuersignal bewirkt wird.

10. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal ausgelöst wird, bevor der Eingriff zwischen den an den Stirnseiten der Bolzen (7) angeordneten Formelemente und den entsprechenden Gegenformelementen der Kupplungsscheibe (11 a) vollständig aufgehoben ist.

11. SicherheiioKupplung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ohne Überschreiten des übertragbaren Drehmomentes ein sofortiges Ausrücken der Kupplung durch von beliebigen physikalischen Größen bzw. oeliebigen Bedingungen oder Zuständen abhängendes Steuersignal bewirkt werden kann.

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