DE102004017415A1

DE102004017415A1 - Sicherheitsrutschkupplung

Info

Publication number: DE102004017415A1
Application number: DE102004017415A
Authority: DE
Inventors: Frank Werner
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2005-10-27

Abstract

Eine Sicherheitsrutschkupplung bzw. eine Banknotenbearbeitungsmaschine mit einer Sicherheitsrutschkupplung umfaßt ein Antriebselement (1), ein Abtriebselement (2) und ein diese beiden Elemente verbindendes Kupplungsglied (3) in Form einer vorgespannten Spiral- oder Schraubenfeder, die mit einem der beiden Antriebs- oder Abtriebselemente reibschlüssig und mit dem anderen der beiden Antriebs- oder Abtriebselemente formschlüssig verbunden ist. Die Anordnung ist derart, daß die Übertragung eines Drehmoments Ma vom Antriebselement auf das Abtriebselement zu einer Reduzierung der Schraubenfeder-Klemmkraft und damit zu einer Reduzierung des theoretisch übertragbaren Drehmoments führt, bis das zu übertragende Drehmoment Ma einen maximalen Wert Ma_max erreicht hat, bei dem dieses maximale Drehmoment Ma_max gerade noch reibschlüssig übertragen wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsrutschkupplung und eine Banknotenbearbeitungsmaschine mit mindestens einer Sicherheitsrutschkupplung.
In Banknotenbearbeitungsmaschinen werden zum Vereinzeln von Banknotenstapeln in einzelne Banknoten oder zum Vereinzeln anderen Blattguts, wie z.B. Schecks und dergleichen, Blattgutvereinzeler eingesetzt. Die Vereinzelung erfolgt darin häufig zunächst mittels Vorschubwalzen, welche am untersten oder obersten Blatt eines Blattgutstapels angreifen und dieses einem Zuführspalt zuleiten. Im Zuführspalt wird das Blatt von einer Vereinzelerwalze erfaßt und einem nachfolgenden Blattguttransportsystem zugeleitet. Die Vereinzelerwalze bildet mit einer in Gegenrichtung drehenden Rückhaltewalze einen Vereinzelerspalt, durch den jedes einzelne Blatt gefördert wird.
Es ist problematisch, wenn sich das Blattgut oder ein Fremdkörper, wie z.B. eine Chipkarte oder eine Münze, im Zuführspalt oder im Vereinzelerspalt verkeilt. In solchen Fällen muß die Vereinzelung gestoppt und die Blockade behoben werden. Wird die Vereinzelung nicht rechtzeitig unterbrochen, so kann dies derartige Kräfte im System erzeugen, daß Transport- und/oder Antriebselemente des Blattgutvereinzelers oder das anschließende Blattguttransportsystem oder Sensoren der Banknotenbearbeitungsmaschine Schaden nehmen können. Besonders gefährdet sind z.B. Zahnriemen. Um solche Schäden zu vermeiden, können die gefährdeten Elemente mit Sicherheitsrutschkupplungen ausgerüstet sein, die bei einer vorgegebenen maximalen Belastung durchrutschen, so daß der Vereinzelungsvorgang unterbrochen wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfach und mit geringem Aufwand zu realisierende Sicherheitsrutschkupplung sowie eine Banknotenbearbeitungsmaschine mit mindestens einer Sicherheitsrutschkupplung vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird durch eine Sicherheitsrutschkupplung sowie durch eine mit einer Sicherheitsrutschkupplung ausgestatteten Banknotenbearbeitungsmaschine mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Demzufolge weist die Sicherheitsrutschkupplung ein Antriebselement, ein Abtriebselement und ein diese beiden Elemente verbindendes Kupplungsglied auf, welches bis zu einer gewissen Belastung Kräfte vom Antriebs- auf das Abtriebselement überträgt und bei Überschreitung dieser Belastung durchrutscht. Das Kupplungsglied ist als Spiral- oder Schraubenfeder ausgeführt, welche reibschlüssig mit einem der beiden Antriebs- oder Abtriebselemente und formschlüssig mit dem anderen der beiden Antriebs- oder Abtriebselemente verbunden ist.

Die Schraubenfeder kann beispielsweise reibschlüssig auf einem koaxial zur Schraubenfederachse verlaufenden Zapfen oder in einer die Schraubenfeder koaxial zur Schraubenfederachse umgebenden Buchse des einen Elements – Antriebs- oder Antriebselement – sitzen, wobei ein Schraubenfederende formschlüssig mit einem Mitnehmer des entsprechend anderen Elements – Abtriebs- bzw. Antriebselement – verbunden ist. Der Mitnehmer kann insbesondere als Öffnung oder Nut in dem betreffenden Element ausgebildet sein, in die das Schraubenfederende eingreift.

Unabhängig davon, ob die reibschlüssige und die formschlüssige Verbindung am Antriebs- oder am Abtriebselement vorgesehen sind, bewirkt diese Konstruktion ab einer gewissen Belastung ein Durchrutschen der Schraubenfeder relativ zu dem reibschlüssig mit ihr verbundenen Antriebs- bzw. Abtriebselement.

Da kein speziell für Dauerbelastung vorgesehener Reibbelag mit konstanten Eigenschaften vorgesehen wird, ist die Sicherheitsrutschkupplung mit ihrem besonders einfachen Aufbau insbesondere für die eingangs beschriebenen Fälle geeignet, bei denen die Kupplungsfunktion nur in seltenen Ausnahmefällen benötigt wird, z. B. bei Transportstörungen.

Die Sicherheitsrutschkupplung ist zur Übertragung von Drehmomenten geeignet, wie nachfolgend näher erläutert werden wird. Die Sicherheitsrutschkupplung kann relativ klein gebaut werden und eignet sich daher beispielsweise zur Integration in eine Vereinzelerwalze eines Blattgutvereinzelers als Drehmoment-Rutschkupplung.

Im Falle einer Drehmoment-Rutschkupplung übt die Übertragung eines Drehmoments vom Antriebs- auf das Abtriebselement eine den Durchmesser der Schraubenfeder verändernde Wirkung auf die Schraubenfeder aus. Sitzt die Schraubenfeder beispielsweise reibschlüssig auf einem Zapfen, so ist die Schraubenfeder so zwischen dem Antriebs- und Abtriebselement eingesetzt, daß die Übertragung eines Drehmoments vom Antriebs- auf das Abtriebselement zu einer Klemmkraftverminderung durch die gerade beginnende Aufweitung der Schraubenfeder und dadurch zu einer Reduzierung der reibschlüssig von der Schraubenfeder übertragbaren Kräfte/Momente führt. Das maximal übertragbare Drehmoment ist genau dann erreicht, wenn die vorgespannt aufgesetzte Schraubenfeder so weit entlastet ist, daß die ver bleibende Klemmkraft, mit der die Schraubenfeder auf dem Zapfen sitzt, gerade noch ausreicht, dieses maximale Drehmoment zu übertragen.

Derselbe Effekt ist mit einer reibschlüssig in einer Buchse angeordneten Schraubenfeder erzielbar, wobei in diesem Falle die Schraubenfeder so angeordnet wird, daß das übertragene Drehmoment eine den Durchmesser der Schraubenfeder reduzierende Wirkungsrichtung besitzt.

Der besondere Vorteil dieser ein Drehmoment reibschlüssig übertragenden Schraubenfeder mit sich aufgrund des übertragenen Drehmoments veränderndem Durchmesser liegt darin, daß die Sicherheitsrutschkupplung besonders schnell anspricht, was darauf zurückzuführen ist, daß das übertragene Drehmoment die Andruckkraft der vorgespannten Federwindungen reduziert, ohne daß eine wesentliche Aufweitung durch Verdrehen des formschlüssig verbundenen Federendes gegenüber dem Antriebs- bzw. Abtriebselement notwendig ist. Dabei ist auch vielen Federwindungen der Schraubenfeder das definierte Drehmoment sehr genau vorgegeben, wohingegen der Reibwert zwischen Schraubenfeder und Antriebs- bzw. Abtriebselement, bei großer Federwindungszahl, kaum eingeht.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand von Figuren beschrieben.
Es zeigt:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Blattgutvereinzelers,
2A einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Sicherheitsrutschkupplung,
2B die Sicherheitsrutschkupplung aus 2A im Längsschnitt, und
3 eine zweiseitig wirkende Sicherheitsrutschkupplung.
In 1 ist eine Vorrichtung zum Vereinzeln von Blattgut dargestellt, wie sie beispielsweise in einer Banknotenbearbeitungsmaschine zu finden ist. In einem Blattgutspeicher 11 liegt ein hier beispielhaft lediglich 7 Banknoten umfassender Banknotenstapel 12 auf einem Auflageblech 13 auf. Durch das Auflageblech 13 greifen Vorschubräder 14 hindurch, die durch Rotation in Pfeilrichtung den Blattgutstapel 12 und insbesondere das auf den Vorschubrädern 14 unmittelbar aufliegende unterste Blatt 15 in Richtung auf einen Zuführspalt 16 transportieren. Eine Vereinzelerwalze 17 erfaßt die Vorderkante der am Zuführspalt 16 anliegenden Banknote. Die so erfaßte Banknote wird durch Rotation der Vereinzelerwalze 17 in Pfeilrichtung zu einem nachgeordneten, nicht dargestellten Blattguttransportsystem weitergeleitet.
Eine Rückhaltewalze 18 bildet zusammen mit der Vereinzelerwalze 17 einen Vereinzelerspalt 19, durch den hindurch die Banknoten vereinzelt werden. Die Rückhaltewalze 18 hat auf die im Vereinzelerspalt 19 befindliche Banknote eine entgegen der Vereinzelungsrichtung wirkende Transportfunktion. Da die Rückhaltewalze 18 jedoch aufgrund eines geringeren Oberflächenreibkoeffizienten eine geringere Transportwirkung auf die Banknote ausübt als die Vereinzelerwalze 17, wird die unterste Banknote 15 zuverlässig unter dem Banknotenstapel 12 weggezogen, während die darüberliegenden Banknoten durch die Rückhaltewalze 18 im Zuführspalt 16 zurückgehalten werden.
Im Normalfall liegt am Zuführspalt 16 aufgrund der Transportwirkung der Vorschubräder 14 immer die Vorderkante einer untersten Banknote 15 an, so daß der Banknotenstapel 12 beginnend mit der untersten Banknote 15 nach und nach vereinzelt wird. In den eingangs genannten Ausnahmefällen kann es aber dazu kommen, daß der Zuführspalt 16 und insbesondere der Vereinzelerspalt 19 blockieren. Dies ist beispielhaft in 1 anhand einer relativ langen obersten Banknote 20 dargestellt, die mit ihrer Vorderkante am Zuführspalt 16 anliegt. Über der Banknote 20 könnten auch noch weitere Banknoten gestapelt sein. In einem solchen Fall wird daher nicht die unterste Banknote 15 sondern die darüberliegende Banknote 20 von der Vereinzelerwalze 17 erfaßt und vereinzelt, wobei die Gefahr besteht, daß die darunter liegenden Banknoten, die an sich vor der Banknote 20 hätten vereinzelt werden sollen, mitgerissen werden. Dadurch kann es zu einer Blockierung des Systems durch Keilbildung der Banknoten im Zuführspalt 16 und/oder Vereinzelerspalt 19 kommen.
Problematisch ist besonders die Keilbildung im Vereinzelerspalt 19 aufgrund der dadurch entstehenden Kräfte auf die am Vereinzelungsprozeß beteiligten Vorrichtungselement. Daher ist die Vereinzelerwalze 17 mit einer Sicherheitsrutschkupplung ausgestattet, die nachfolgend anhand der 2A und 2B beschrieben wird.
2A und 2B zeigen eine solche Sicherheitsrutschkupplung im Querschnitt und im Längsschnitt. Ein Drehmoment Ma wird von einer Antriebswelle 1 auf eine Abtriebswelle 2 mittels einer Spiral- oder Schraubenfeder 3 übertragen, welche reibschlüssig auf der Antriebswelle 2 sitzt und in eine Mitnehmeröffnung 4 mit einem Schraubenfederende 5 eingreift. Die Übertragung des Drehmoments Ma von der Antriebswelle 1 auf die Schraubenfeder 3 erfolgt somit formschlüssig über das Schraubenfederende 5. Die weite re Übertragung des Drehmoments Ma auf die Abtriebswelle 2 erfolgt demgegenüber reibschlüssig dadurch, daß die Schraubenfeder 3 mit einer definierten Klemmkraft vorgespannt auf der Abtriebswelle 2 sitzt. Auf der Abtriebswelle 2 können eine oder mehrere Vereinzelerwalzen 17 montiert sein.
Die Klemmkraft, mit der die Schraubenfeder 3 auf der Abtriebswelle 2 sitzt, hängt im wesentlichen ab vom Grad der Aufweitung des Schraubenfederdurchmessers, der notwendig ist, um die Schraubenfeder 3 auf den Durchmesser der Abtriebswelle 2 aufzuweiten. Bei einer vorgegebenen Schraubenfedergeometrie hängt die Klemmkraft des weiteren von der Anzahl ihrer Windungen ab – und zwar linear –, da zur Aufweitung einer jeden Windung eine entsprechend hohe Kraft notwendig ist, die nach dem Aufbringen der Schraubenfeder auf die Abtriebswelle 2 zur Klemmkraft beiträgt.
Die Klemmkraft (F_n) wirkt radial zur Abtriebswelle, so daß sich die reibungsbedingt theoretisch übertragbare Kraft zwischen der Antriebswelle 2 und der Schraubenfeder 3 ergibt zu FR = m × Fn,wobei m den Reibkoeffizienten zwischen der Abtriebswelle 2 und der Schraubenfeder 3 angibt.
Sofern die Antriebswelle 1 lediglich eine axiale Kraft auf die Abtriebswelle 2 übertragen müßte, so betrüge die maximal übertragbare Kraft Fmax = FR = m × Fn.
Vorliegend wird jedoch mit der Schraubenfeder 3 das Drehmoment Ma übertragen. Wie 2A zu entnehmen ist, übt das zu übertragende Drehmoment Ma auf das Schraubenfederende 5 eine den Durchmesser der Schraubenfeder 3 aufweitende Wirkung aus. Tatsächlich weitet sich der Durchmesser der Schraubenfeder 3 aber nicht auf, da er schon beim Aufsetzen der Schraubenfeder 3 auf die Abtriebswelle 2 aufgeweitet wurde, um die Schraubenfeder 3 auf die die Klemmkraft F_n erzeugende Vorspannung zu bringen. Das zu übertragende Drehmoment Ma bewirkt daher nur eine Reduzierung dieser Vorspannung mit der Wirkung, daß die aus der Vorspannung resultierende Klemmkraft F_n entsprechend abnimmt. Das heißt, je größer das übertragene Drehmoment Ma ist, desto geringer ist die verbleibende Klemmkraft F_n, mit der die Feder auf der Abtriebswelle sitzt, und desto geringer ist dementsprechend das noch durch die Sicherheitsrutschkupplung übertragbare Drehmoment. Daraus ergibt sich ein maximal übertragbares Drehmoment Ma_max, bei dem das zu übertragende Drehmoment Ma gerade so groß ist, daß die Schraubenfeder 3 noch nicht durchrutscht, bei dem also die verbleibende Klemmkraft F_n gerade noch zur Übertragung dieses maximalen Drehmoments Ma_max ausreicht.
Für das Prinzip der Sicherheitsrutschkupplung ist es grundsätzlich unbedeutend, ob das Element, auf dem die Schraubenfeder 3 reibschlüssig aufsitzt, die Antriebs- oder Abtriebswelle darstellt. Es ist darüber hinaus unwesentlich, ob die Schraubenfeder 3 reibschlüssig auf einer Welle aufsitzt oder reibschlüssig in einer Buchse eingesetzt ist. Das Prinzip ändert sich dadurch nicht. Lediglich das formschlüssige Zusammenwirken der Schraubenfeder 3 mit dem jeweils anderen Element ist so auszubilden, daß die Drehmomentübertragung zu einer Änderung des Schraubenfederdurchmessers derart führt, daß die reibschlüssige Verbindung mit steigendem übertragenen Drehmoment schwächer wird.
Es ist vorteilhaft, wenn die Sicherheitsrutschkupplung von äußeren Einflüssen möglichst abgeschirmt ist und der Reibkoeffizient zwischen der Schraubenfeder 3 und der Oberfläche der Abtriebswelle 2 einen bestimmten Wert nicht unterschreitet. Das Ausführungsbeispiel gemäß 2A und 2B sieht daher einen möglichst geschlossenen Raum zwischen Antriebs- und Abtriebswelle zur Aufnahme der Schraubenfeder 3 vor. Eine abgedichtete, gegebenenfalls mit Schmieröl gefüllte Lagerung ist möglich. Die Sicherheitsrutschkupplung ist bezüglich Vorspannung und Anzahl der Federwindungen so auszuführen, daß das mindestens zu übertragende Drehmoment Ma auch bei niedrigstem Reibwert m_min zuverlässig übertragen.
Dabei entspricht das maximal übertragbare Drehmoment fast unabhängig vom Reibwert dem Drehmoment, das auf die Schraubenfeder allein aufgebracht werden muß, um deren Innendurchmesser (bzw. Außendurchmesser) an den Durchmesser des Antriebs- bzw. Abtriebselements anzupassen. Werden mehr Federwindungen als unbedingt erforderlich verwendet, erhöht sich der zum Aufweiten (bzw. Zusammenziehen) der Schraubenfeder erforderliche Drehwinkel, kaum aber das dafür benötigte Drehmoment.
Obwohl eine Sicherheitsrutschkupplung vorstehend nur im Zusammenhang mit einem Blattgutvereinzeler beschrieben wurde, ist es offensichtlich, daß die Sicherheitsrutschkupplung für andere Anwendungsgebiete gleichermaßen einsetzbar ist, z. B. für ein Blattguttransportsystem oder in einer Banknotenbearbeitungsmaschine, um z. B. deren Blattgutvereinzeler und/oder Blattguttransportsystem vor Beschädigung zu schützen. In Banknotenbearbeitungsmaschinen können statt der beschriebenen Sicherheitsrutschkupplung ganz allgemein auch andere Sicherheitsrutschkupplungen eingesetzt werden, z. B. bekannte Rutschkupplungen mit speziellen Reibbelägen.
3 zeigt eine beidseitig wirkende Sicherheitsrutschkupplung, die sich von der zuvor beschriebenen Sicherheitsrutschkupplung dadurch unterscheidet, daß die wesentlichen Kupplungselemente 1–5 zweifach vorhanden sind (1' bis 5'), jedoch mit entgegengesetzter Wirkungsweise. Das heißt, ein von der Antriebswelle 2' auf die Abtriebswelle 2 übertragenes Drehmoment, welches auf die Schraubenfeder 3' klemmkraftreduzierend wirkt, wirkt auf die Schraubenfeder 3 klemmkraftverstärkend. Demzufolge würde bei einem definierten maximalen Drehmoment die Schraubenfeder 3' durchrutschen, während die Übertragung des Drehmoments über die Schraubenfeder 3 auf die Abtriebswelle 2 sichergestellt ist. Dies gilt in umgekehrter Weise bei einem zu übertragenden Drehmoment mit umgekehrtem Vorzeichen.

Claims

Sicherheitsrutschkupplung, mit einem Antriebselement (1), einem Abtriebselement (2) und einem das Antriebselement (1) und das Abtriebselement (2) verbindenden Kupplungsglied (3), dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsglied (3) eine vorgespannte Spiral- oder Schraubenfeder ist, die reibschlüssig mit einem der beiden Antriebs- oder Abtriebselemente und formschlüssig mit dem anderen der beiden Antriebs- oder Abtriebselemente verbunden ist.
Sicherheitsrutschkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (3) reibschlüssig auf einem koaxial zur Schraubenfederachse verlaufenden Zapfen des einen Elements (2) sitzt und mit einem Schraubenfederende (5) formschlüssig mit einem Mitnehmer (4) des anderen Elements (1) zusammenwirkt.
Sicherheitsrutschkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (3) reibschlüssig in einer die Schraubenfeder koaxial zur Schraubenfederachse umgebenden Buchse des einen Elements sitzt und mit einem Schraubenfederende formschlüssig mit einem Mitnehmer des anderen Elements zusammenwirkt.
Sicherheitsrutschkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsrutschkupplung derart ausgebildet ist, daß die Übertragung eines Drehmoments (Ma) vom Antriebselement (1) auf das Abtriebselement (2) eine den Durchmesser der Schraubenfeder (3) verändernde Wirkung auf die Schraubenfeder ausübt.
Banknotenbearbeitungsmaschine mit mindestens einer Sicherheitsrutschkupplung, für zumindest einen Balattgutvereinzeler oder ein Blattguttransportsystem der Banknotenbearbeitungsmaschine.
Banknotenbearbeitungsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Sicherheitsrutschkupplung ein Antriebselement (1), ein Abtriebselement (2) und ein das Antriebselement (1) und das Abtriebselement (2) verbindendes Kupplungsglied (3) aufweist, wobei das Kupplungsglied (3) eine vorgespannte Spiral- oder Schraubenfeder ist, die reibschlüssig mit einem der beiden Antriebs- oder Abtriebselemente und formschlüssig mit dem anderen der beiden Antriebs- oder Abtriebselemente verbunden ist.
Banknotenbearbeitungsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (3) reibschlüssig auf einem koaxial zur Schraubenfederachse verlaufenden Zapfen des einen Elements (2) sitzt und mit einem Schraubenfederende (5) formschlüssig mit einem Mitnehmer (4) des anderen Elements (1) zusammenwirkt.
Banknotenbearbeitungsmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (3) reibschlüssig in einer die Schraubenfeder koaxial zur Schraubenfederachse umgebenden Buchse des einen Elements sitzt und mit einem Schraubenfederende formschlüssig mit einem Mitnehmer des anderen Elements zusammenwirkt.
Banknotenbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsrutschkupplung derart ausgebildet ist, daß die Übertragung eines Drehmoments (Ma) vom Antriebselement (1) auf das Abtriebselement (2) eine den Durchmesser der Schraubenfeder (3) verändernde Wirkung auf die Schraubenfeder ausübt.