DE10139576A1

DE10139576A1 - Überlast-Rutschkupplung

Info

Publication number: DE10139576A1
Application number: DE2001139576
Authority: DE
Inventors: Uwe Krause
Original assignee: Renk GmbH
Current assignee: Renk GmbH
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2003-03-06
Also published as: SE524647C2; SE0202383D0; SE0202383L

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überlast-Rutschkupplung mit einem ersten Kupplungsteil (2), das von einem weiteren Kupplungsteil (5) ringförmig umschlossen ist, in welchem mindestens eine Druckkammer (3) gebildet ist, welche mit einer Flüssigkeit unter hohem Druck befüllbar und mit einem Unterbrecherventil (4) verschließbar ist, so daß die ringförmige Wandung des zweiten Kupplungsteiles (5) mit der zylindrischen Mantelfläche des ersten Kupplungsteiles (2) einen Kraftschluß bildet, wodurch die beiden Kupplungsteile (2, 5) drehfest miteinander verbindbar sind und Mittel zum Öffnen des Unterbrecherventils (4) und Entleeren der Druckkammer (3) vorgesehen sind, wodurch die drehfeste Verbindung bei Erreichen einer vorbestimmten Relativbewegung (Rutschweglänge) zwischen den beiden Kupplungsteilen (2, 5) lösbar ist, wobei eine Meßeinrichtung (8, 10, 7, 11) zur Ermittlung eines Differenzwertes zwischen den Drehwinkellagen der beiden Kupplungsteile (2, 5) vorgesehen ist und dieser Differenzwert in einer Steuerungseinrichtung (9) mit einem vorgebbaren Wert vergleichbar ist und davon abhängig eine Einrichtung (12) zum Öffnen des Unterbrecherventils (4) ansteuerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überlast-Rutschkupplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist allgemein bekannt hydraulische Sicherheitskupplungen einzusetzen, mit welchen das übertragbare Drehmoment auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzt werden kann, wodurch die Teile einer Maschine vor Überlastung und Schäden geschützt sind. Derartige Sicherheitskupplungen bestehen üblicherweise aus einer Welle und einer Nabe sowie einem dazwischen angeordneten Rutschelement. Durch hydraulisches Aufpumpen des Rutschelementes, d. h. Befüllung von Hohlkammern mit Drucköl, wird die Welle kraftschlüssig mit der Nabe verbunden. Das übertragbare Drehmoment wird durch den einstellbaren Öldruck festgelegt. Das Aufpumpen des Rutschelements erfolgt über einen Pumpenanschluß. Bei Erreichen des gewünschten Öldrucks wird die Ölkammer durch ein Unterbrecherventil verschlossen. Bei Überschreiten des so eingestellten Maximalmoments beginnt die Kupplung zu rutschen, d. h. die Welle verdreht sich relativ zur Nabe und ein vorgesehener Unterbrecherbügel schlägt den Abscherkopf des Unterbrecherventils ab, so daß die Verbindung innerhalb weniger Millisekunden getrennt wird. Zur erneuten Inbetriebnahme der Sicherheitskupplung muß das Unterbrecherventil ersetzt und die Kammer mit dem entsprechenden Öldruck befüllt werden.
In bestimmten Betriebszuständen, wie beispielsweise dem Anfahren, kommt es bei manchen Maschinen oder Anlagen zu kurzzeitigen Überschreitungen des eingestellten Maximaldrehmoments, so daß die Sicherheitskupplung ausgelöst wird und danach wieder neu in Betriebsbereitschaft zu versetzten ist.
Darauf aufbauend wurden derartige Sicherheitskupplungen bekannt, welche bei Erreichen des Maximaldrehmoments vor dem Auslösen der Kupplung, d. h. dem Trennen der beiden Kupplungsteile, einen vorgegebenen Rutschweg zwischen den Kupplungsteilen zulassen. Die zulässige Rutschweglänge wird hierbei durch die Ausführung der mechanisch wirkenden Abschervorrichtung festgelegt. Da bei jedem Anfahrvorgang eine bestimmte Rutschweglänge zurückgelegt wird, wäre nach einigen Anfahrvorgängen die zulässige Rutschweglänge erreicht und es würde eine eigentlich nicht gewünschte Trennung erfolgen. Um dies zu verhindern ist die Abschervorrichtung bei solchen Kupplungen mit einem fliehkraftgeregelten Mechanismus versehen der bewirkt, daß bei jedem normalen Runterfahren der Maschine die Vorrichtung wieder in Nullstellung gesetzt wird und dadurch beim nächsten Anfahren die gesamte vorgesehene Rutschweglänge zur Verfügung steht. Eine Veränderung der zulässigen Rutschweglänge kann nur durch Austausch von Bauteilen der mechanischen Abschervorrichtung erfolgen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige Sicherheitskupplung mit einfachen Mitteln so fortzubilden, daß die Lasttrennung abhängig von einer vorbestimmbaren Rutschweglänge erfolgt, wobei sich diese mit einfachen Mitteln, ohne Austausch von Bauteilen, verstellen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei einer erfindungsgemäßen Überlast-Rutschkupplung lassen sich in vorteilhafter Weise das Maximaldrehmoment sowie die Rutschweglänge vor Ort individuell auf die jeweilige Maschine oder Anlage einstellen bzw. verändern.

Die elektronische Steuerung einer erfindungsgemäßen Überlast-Rutschkupplung läßt sich gut in die Gesamtsteuerung einer Maschine oder Anlage einbinden.

Die Betriebsdaten einer erfindungsgemäßen Kupplung lassen sich in besonders vorteilhaft einfacher Weise überwachen, anzeigen sowie auswerten. Dazu kann in einfacher Weise aufgenommen werden, ob Rutschungen stattgefunden haben. In einfacher Weise läßt sich die Anzahl der Rutschungen sowie der Zeitpunkt und die zugehörige Rutschweglänge registrieren. Es lassen sich vorteilhaft einfach die Gesamtrutschweglänge aller Rutschungen oder die durchschnittliche Rutschweglänge sowie auch der Zeitpunkt einer Kupplungstrennung ermitteln. Durch einfachen Vergleich oder Auswertung in Verbindung mit weiteren Betriebsdaten einer Anlage lassen sich Rückschlüsse bezüglich der Betriebsparameter der Gesamtanlage ziehen.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen schematischen Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt eine erfindungsgemäß ausgeführte beispielhafte Kupplungsanordnung. Das erste Kupplungsteil 2 ist mit einer ersten Welle 1 und das zweite Kupplungsteil 5 ist mit einer weiteren Welle 6 drehfest verbunden. Die Funktion dieser Anordnung ist unabhängig davon an welcher der Wellen 1, 6 der Antriebsmotor bzw. die Arbeitsmaschine vorgesehen wird.
Das erste Kupplungsteil 2 ist wellenförmig und ist beispielsweise mittels Wälzlagern drehbar im zweiten ringförmigen Kupplungsteil 5 angeordnet. Am zweiten Kupplungsteil 5 ist im radial inneren Bereich, also der dem anderen Kupplungsteil 2 zugewendeten Seite vorzugsweise eine ringförmige Druckkammer 3 vorgesehen, welche über einen Pumpenanschluß 14 und einen Kanal mit Druckflüssigkeit befüllt werden kann. Durch das Einfüllen der Druckflüssigkeit wird die Druckkammer 3 aufgepumpt und die aneinander anliegenden Flächen der beiden Kupplungsteile 2, 5 bilden eine kraftschlüssige Verbindung, wobei die von der Normalkraft verursachte Reibungskraft zwischen den Kupplungsteilen 2, 5 das übertragbare Drehmoment der Kupplung festlegt. Dieses kann bei derartigen Kupplungen in bekannter Weise durch den Flüssigkeitsdruck eingestellt werden. Dazu wird vorzugsweise eine Hochdruckpumpe an den Pumpenanschluß 14 angeschlossen und der Druck aufgebracht. Nach Verschließen der Druckkammer 3 mit dem Unterbrecherventil 4 wird die Pumpe entfernt und die Kupplung ist betriebsbereit.
Neben den Kanälen zur Druckkammer 3 können an dem nabenförmigen Kupplungsteil 5 auch noch weitere Kanäle für Schmierzwecke vorgesehen werden. Ebenso können auch andere nach dem gleichen hydraulischen Prinzip wirkende Sicherheitselemente zwischen den beiden Kupplungsteilen 2, 5 angeordnet werden.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind an beiden Kupplungsteilen 2, 5 Meßspuren 7, 11 vorgesehen, an welchen die Drehwinkellagen der beiden Kupplungsteile 2, 5 mittels Sensoren 8, 10 abgenommen werden. Die Signale der Sensoren 8, 10 werden an eine Steuerungseinrichtung 9 weitergeleitet, welche ermittelt, ob zwischen den Kupplungsteilen 2, 5 Relativbewegungen stattgefunden haben, sogenanntes Rutschen. In der Steuerungseinrichtung 9 kann ein verstellbarer maximaler Rutschweg vorgegeben werden, der beispielsweise in einer bestimmten Zeitspanne nicht überschritten werden darf. Es ist auch möglich für verschiedene Drehzahlbereiche unterschiedliche Rutschweglängen und Zeitspannen vorzugeben, wobei diese Parameter variabel sind.
Die Steuerungseinrichtung 9 ermittelt aus den Signalen der Sensoren 8, 10 eine Differenz zwischen den Drehwinkellagen der Kupplungsteile 2, 5 und vergleicht diese Differenz mit dem vorgegebenen Wert. Ist dieser vorgegebene Wert erreicht oder überschritten, dann steuert die Steuerungseinrichtung 9 einen Hubmagneten 12 an, der einen Schieber 13 in den Weg des Unterbrecherventils 4 positioniert. Beim nächsten Vorbeidrehen des Unterbrecherventils 4 wird dessen Kopf abgetrennt und die Kupplung ausgelöst, d. h. die Druckkammer 3 entleert, so daß der Kraftschluß zwischen den Kupplungsteilen 2, 5 aufgehoben wird. Die beiden Kupplungsteile 2, 5 lassen sich so frei gegeneinander verdrehen.
Der Schieber 13 kann auch manuell über einen Schalter an der Steuerungseinrichtung 9 oder direkt am Hubmagnet 12 betätigt werden. Selbstverständlich können zum Abscheren des Unterbrecherventils auch andere ansteuerbare Einrichtungen vorgesehen werden.
Die Steuerungseinrichtung 9 einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung läßt sich besonders einfach in die Gesamtsteuerung einer Maschine oder einer Anlage integrieren, so daß entsprechende Betriebsdaten ausgetauscht werden können.
Bei Kenntnis der Drehwinkellage des Antriebsmotors kann die Steuerungseinrichtung 9 auch mit dem Sensor 8 oder 10 eines Kupplungsteiles 2, 5 alleine die Rutschweglänge zwischen den Kupplungsteilen 2, 5 ermitteln.
Ein besonderer Vorteil einer erfindungsgemäß ausgeführten Überlast- Rutschkupplung gegenüber einer mechanischen Lösung besteht darin, daß vorgegebene maximal zulässige Rutschwerte bei jedem Rutschen der Kupplung auch in unterschiedlichen Drehzahlbereichen voll ausgenutzt werden können, d. h. die vorgegebenen zulässigen Rutschweglängen lassen sich jeweils auf einen Rutschvorgang beziehen.
Die Steuerungseinrichtung 9 kann sämtliche Betriebsdaten der Überlast- Rutschkupplung, wie die Differenzwerte der Drehwinkellagen (Rutschlängen) der Kupplungsteile (2, 5), die Anzahl der Rutschungen, die Anzahl der Auslösungen der Kupplung mit oder ohne Zeitangaben abspeichern, auswerten anzeigen und/ oder an eine Gesamtsteuerung weitergeben. So kann sie beispielsweise die Gesamt-Rutschweglänge aller Rutschungen oder den Durchschnittswert der Rutschweglängen einer Betriebsphase ermitteln. Bei Verarbeitung dieser Betriebsdaten in der Gesamtsteuerung können wichtige Erkenntnisse über die Betriebsparameter einer Anlage gewonnen werden.
Die Steuerungseinrichtung (9) wird vorzugsweise als Speicher programmierbare Steuerung (SPS) ausgeführt, andere Steuerungsarten sind selbstverständlich auch möglich. Bezugszeichenliste 1 Welle
2 Kupplungsteil
3 Ringspalt
4 Unterbrecherventil
5 Kupplungsteil
6 Welle
7 Meßspur
8 Sensor
9 Steuerung
10 Sensor
11 Meßspur
12 Hubmagnet
13 Schieber
14 Pumpenanschluß

Claims

1. Überlast-Rutschkupplung mit einem ersten Kupplungsteil (2) das von einem weiteren Kupplungsteil (5) ringförmig umschlossen ist, in welchem mindestens eine Druckkammer (3) gebildet ist, welche mit einer Flüssigkeit unter hohem Druck befüllbar und mit einem Unterbrecherventil (4) verschließbar ist, so daß die ringförmige Wandung des zweiten Kupplungsteiles (5) mit der zylindrischen Mantelfläche des ersten Kupplungsteiles (2) einen Kraftschluß bildet wodurch die beiden Kupplungsteile (2, 5) drehfest miteinander verbindbar sind und Mittel zum Öffnen des Unterbrecherventils (4) und Entleeren der Druckkammer (3) vorgesehen sind, wodurch die drehfeste Verbindung bei Erreichen einer vorbestimmten Relativbewegung (Rutschweglänge) zwischen den beiden Kupplungsteilen (2, 5) lösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung (8, 10, 7, 11) zur Ermittlung eines Differenzwertes zwischen den Drehwinkellagen der beiden Kupplungsteile (2, 5) vorgesehen ist und dieser Differenzwert in einer Steuerungseinrichtung (9) mit vorgebbaren Werten vergleichbar ist und davon abhängig eine Einrichtung (12) zum Öffnen des Unterbrecherventils (4) ansteuerbar ist.

2. Überlast-Rutschkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Meßspur (7, 11) vorgesehen ist, welche mit einem Sensor (8, 10) zusammenwirkt, aus dessen Signalen in der Steuerungseinrichtung (9) der Differenzwert zwischen den Drehwinkellagen der beiden Kupplungsteile (2, 5) ermittelbar ist.

3. Überlast-Rutschkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbaren Werte für die Differenz zwischen den Drehwinkellagen der Kupplungsteile (2, 5) an der Steuerungseinrichtung (9) einstellbar sind.

4. Überlast-Rutschkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert für die Differenz zwischen den Drehwinkellagen der Kupplungsteile (2, 5) für jede Rutschung der Kupplung voll ausnutzbar ist.

5. Überlast-Rutschkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Betriebsdaten der Überlast- Rutschkupplung, wie die Differenzwerte der Drehwinkellagen der Kupplungsteile (2, 5) oder die Anzahl der Auslösungen der Kupplung in der Steuerungseinrichtung (9) mit oder ohne Zeitangaben abspeicherbar und auswertbar sind.

6. Überlast-Rutschkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Öffnen des Unterbrecherventils (4) eine elektromagnetische Fernauslösevorrichtung ist, bestehend aus einem Hubmagnet (12), durch den ein Schieber (13) gesteuert in die Bewegungsbahn des Unterbrecherventils (4) bewegbar ist.

7. Überlast-Rutschkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (13) manuell bedienbar ist.

8. Überlast-Rutschkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (9) eine Speicher programmierbare Steuerung (SPS) und in die Gesamtsteuerungseinrichtung einer Maschine oder Anlage einbindbar ist.