DE102006050995A1

DE102006050995A1 - Sicherheitskupplung

Info

Publication number: DE102006050995A1
Application number: DE200610050995
Authority: DE
Inventors: Andreas Rimpel
Original assignee: R+W Antriebselemente GmbH
Current assignee: R+W Antriebselemente GmbH
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2026-10-27
Also published as: DE102006050995B4

Abstract

Eine bei Überschreiten eines einstellbaren Drehmoments bei Überlast von einer Betriebs- in eine Ausrücklage ausrückende Sicherheitskupplung mit einem z. B. von einer Motorwelle um eine Achse drehbar angetriebenen rotationssymmetrischen Kupplungskörper und mit einer zu diesem benachbarten sowie diesen am Umfang übergreifenden ersten Kupplungsnabe, wobei diese beiden Teile über in rotationssymmetrisch auf einem Lochkreis um die Achse vorgesehenen Ausnehmungen des Kupplungskörpers oder der ersten Kupplungsnabe angeordneten Rastkugeln sowohl in radialer als auch in Umfangsrichtung relativ zueinander unbeweglich gehalten und bei Überlast axial um einen Schaltweg entgegen der Kraft einer Feder durch die Rastkugeln aus den Ausnehmungen voneinander weg aus der Betriebs- in die Ausrücklage bewegt werden, in der sich die erste Kupplungsnabe relativ gegenüber dem Kupplungskörper um die Achse drehen kann, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Kupplungskörper als auch die erste Kupplungsnabe mit auf je einem Lochkreis um die Achse liegenden Ausnehmungen versehen ist, dass in allen Ausnehmungen Rastkugeln unter Bildung zweier Rastkugelreihen angeordnet sind, dass die beiden Lochkreise für die beiden Rastkugelreihen bezüglich der Achse unterschiedliche Durchmesser aufweisen und dass die Rastkugeln des einen Lochkreises jene des anderen Lochkreises berühren.

Description

Die Erfindung betrifft eine gattungsgemässe Sicherheitskupplung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, also eine bei Überschreiten eines einstellbaren Drehmoments bei Überlast von einer Betriebs- in eine Ausrücklage ausrückende Sicherheitskupplung mit einem z.B. von einer Motorwelle um eine Achse drehbar angetriebenen, rotationssymmetrischen Kupplungskörper und mit einer zu diesem benachbarten sowie diesen am Umfang übergreifenden ersten Kupplungsnabe, wobei diese beiden Teile über in rotationssymmetrisch auf einem Lochkreis um die Achse vorgesehenen Ausnehmungen des Kupplungskörpers oder der ersten Kupplungsnabe angeordneten Rastkugeln sowohl in radialer als auch in Umfangsrichtung relativ zueinander unbeweglich gehalten und bei Überlast axial um einen Schaltweg entgegen der Kraft einer Feder durch die Rastkugeln aus den Ausnehmungen voneinander weg aus der Betriebs- in die Ausrücklage bewegt werden, in der sich die erste Kupplungsnabe relativ gegenüber dem Kupplungskörper um die Achse drehen kann.
Eine solche gattungsgmässe Sicherheitskupplung ist bekannt ( DE 41 20 207 C2 ) und hat sich bewährt. Bei Überlast kommen die Rastkugeln aus den z.B. als Ansenkungen ausgebildeten Ausnehmungen frei und bewirken den Schaltweg in axialer Richtung in die Ausrücklage und rücken damit die Sicherheitskupplung aus, sodass sich in diesem Zustand sich der Kupplungskörper relativ zu der ersten -angetriebenen-Kupplungsnabe und damit auch die von dieser angetriebenen zweiten Kupplungsnabe so lange drehen kann, bis die Rastkugeln in die zuvor benachbarten nächsten Ausnehmungen nach Drehung um den Rotationssymmetriewinkel wieder einrasten können und das Drehmoment unter der Überlast liegt. Dabei bewegen sich die Rastkugeln um die Achse längs des Lochkreises, wobei dafür Sorge getragen werden muss, dass sie radial aussen und innen jeweils geführt sind. Auch ist es möglich, zugleich mittels eines Sensors das Ausrücken der Kupplung um den Schaltweg zu messen und ggf. den antreibenden Motor auszuschalten. Um zu verhindern, dass beim Ausrücken der Kupplungskörper gegenüber der ersten Kupplungsnabe kippt, ist dazwischen ein diese zentrierendes Lager angebracht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Kupplung sehr viel einfacher und damit störunanfälliger auszubilden.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemässen Sicherheitskupplung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs durch dessen kenzeichnende Merkmale, also dadurch gelöst, dass sowohl der Kupplungskörper als auch die erste Kupplungsnabe mit auf je einem Lochkreis um die Achse liegenden Ausnehmungen versehen ist, dass in allen Ausnehmungen Rastkugeln unter Bildung zweier Rastkugelreihen angeordnet sind, dass die beiden Lochkreise für die beiden Rastkugelreihen bezüglich der Achse unterschiedliche Durchmesser aufweisen und dass sich der Kupplungskörper und die erste Kupplungsnabe nicht und nur die Rastkugeln des einen Lochkreises jene Rastkugeln des anderen Lochkreises berühren.
Mit der erfindungsgemässen Ausbildung wird also sichergestellt, dass der Kupplungskörper und die erste Kupplungsnabe an den einander zugewandten Stirnseiten sich nur über die beiden Rastkugelreihen auf den beiden Lochkreisen berühren. Nachdem diese erfindungsgemäss unterschiedliche Durchmesser aufweisen, bildet sich eine radial äussere und eine radial innere Rastkugelreihe und berühren sich die Rastkugeln der verschiedenen Rastkugelreihen in solchen Tangentialebenen, die die Achse in einem von einem rechten Winkel abweichenden Winkel schneiden. Also wird jede Rastkugel der einen Rastkugelreihe in von zwei Rastkugeln der anderen Rastkugelreihe in zwei verschiedenen Tangentialebenen berührt, die beide die Achse in einem von einem rechten Winkel abweichenden Winkel schneiden und miteinander die beiden Wandseiten einer Nut bilden, die nicht parallel zu der Achse, sondern dazu mit radial verlaufender Komponenete geneigt verläuft. Hierdurch bedingt, werden die Rastkugeln der beiden Rastkugelreihen und damit der Kupplungskörper und die erste Kupplungsnabe relativ zueinander zentriert. Infolgedessen ist das ansonsten beim Stand der Technik notwendige Lager zwischen dem Kupplungskörper und der ersten Kupplungsnabe entbehrlich, wodurch mit Vorteil mit der Erfindung eine sehr einfache Sicherheitskupplung bereitgestellt werden kann.
Es ist zwar bei Sicherheitskupplungen bekannt, zwei Rastkugelreihen vorzusehen ( DE 35 36 886 C2 ); diese sind aber auf mit auf die Achse bezogenem identischem Durchmesser angeordnet, und bewirken daher auch keine Selbstzentrierung nach Lehre der Erfindung. Es sind auch Sicherheitskupplungen mit Rastkugelreihen auf unterschiedlichen Durchmessern bekannt ( DE-G 88 06 205 ). Bei diesen berühren aber die Rastkugeln der einen Rastkugelreihe nicht jene der anderen, wodurch auch nicht die erfindungsgemässe Selbstzentrierung bewirkt wird.
Zwar ist es grundsätzlich möglich, die Lochkreise der ersten Kupplungsnabe und des Kupplungskörpers beliebig vorzusehen, es ist aber zweckmässig, wenn der Lochkreis der ersten Kupplungsnabe einen grösseren Durchmesser als jener des Kupplungskörpers aufweist.
Nach Lehre der Erfindung ist es ferner von Vorteil, wenn die dem Lochkreis der ersten Kupplungsnabe zugeordneten Rastkugeln jeweils gleiche Dicke aufweisen und wenn die dem Lochkreis des Kupplungskörpers zugeordneten Rastkugeln jeweils gleiche, nicht notwendigerweise dieselbe Dicke wie jene der ersten Kupplungsnabe aufweisen.
Grundsätzlich kann zwar die Anzahl der Rastkugeln jeder Rastkugelreihe beliebig sein, es hat sich aber als zweckmässig herausgestellt, wenn die Anzahl der dem Lochkreis der ersten Kupplungsnabe zugeordneten Rastkugeln und die Anzahl der dem Lochkreis des Kupplungskörpers zugeordneten Rastkugeln unterschiedlich ist.
Es können in Abweichung vom Stand der Technik die Ausnehmungen nicht als Ansenkungen, aus denen die Rastkugeln herausbewegbar sind, sondern mit Vorteil nach Lehre der Erfindung als die Rastkugeln beim Ausrücken der Sicherheitskupplung sich haltende Bohrungen ausgebildet sein.
Besonders einfach wird die Einstellung des Drehmoments, bei dem die Sicherheitskupplung bei Überlast auslöst, wenn an dem Aussenmantel der Kupplungsnabe eine an ihrem freien Ende mit einem radial einwärts gerichteten Widerlager versehene Einstellmutter angreift und dass sich an diesem die Feder abstützt, wozu zweckmässigerweise die Sicherheitskupplung an dem Aussenmantel der Kupplungsnabe ein Aussengewinde für die mit Innegewinde versehene Einstellmutter aufweist, wobei mit Vorteil die Feder als Tellerfeder ausgebildet ist.
Wenn der Kupplungskörper ein Kugellager aufweist und dessen Lagerkugeln an der den Ausnehmungen und den Rastkugeln abgewandten Seite des Kupplungskörpers in einer konzentrisch zu der Achse umlaufenden Nut angeordnet sind, kann sich die Tellerfeder einerseits an dem umfangsäusseren Ende an dem radial einwärts gerichteten Widerlager der Einstellmutter und andererseits an den Lagerkugeln des Kugellagers abstützen, wodurch eine Axiallagerung bewirkt wird, so dass vorteilhafterweise ein ansonsten notwendiges Axiallager entbehrlich ist.
Weitere zweckmässige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt:
1 eine erfindungsgemässe Sicherheitskupplung, im Halbschnitt;
2 eine erste Ausführungsform von Rastkugelreihen
3–5 verschiedene Momente beim Ausrücken der Sicherheitskupplung,
6–8 verschiedene Ausführungsform von Rastkugelreihen
Die nicht ausgerückte Sicherheitskupplung nach der Erfindung gemäss 1 weist einen von einer Motorwelle 10 um eine Achse 11 drehbar angetriebenen, rotationssymmetrischen Kupplungskörper bzw. Grundkörper 1 und eine zu diesem benachbart angeordnete sowie diesen am Umfang übergreifende – treibende – erste Kupplungsnabe 2 auf, die mit einer – angetriebenen – zweiten Kupplungsnabe 7 unter Zwischenschaltung eines sternförmig symmetrisch ausgebildeten Elastomerteiles 8 nach Art eines Ritzels zusammenwirkt, welche (7) über radial einschraubbaren einen Gewindestift 9 an einer in eine zentrische Bohrung 12 einschraubbaren, nicht dargestelleten Welle festlegbar ist und in entsprechende Mitnahmeklauen 14 der ersten Kupplungsnabe 2 eingreifende Mitnahmeklauen 13 aufweist.
Der Kupplungskörper 1 und die erste Kupplungsnabe 2 sind über in rotationssymmetrisch auf je einem Lochkreis um die Achse 11 vorgesehenen Ausnehmungen 25 sowohl in dem ersten Kupplungsnabe 2 und als auch Ausnehmungen 15 in dem Kupplungskörper 1 angeordneten Rastkugeln 5 sowohl in radialer als auch in Umfangsrichtung relativ zueinander unbeweglich gehalten. Bei überlast werden die erste Kupplungsnabe 2 und der Kupplungskörper 1 axial um einen Schaltweg 16 entgegen der Kraft einer als Tellerfeder ausgebildeten Feder 6 aufgrund der Berührung der Rastkugeln 5 aus den Ausnehmungen 15, 25 voneinander weg aus der gezeigten Betriebs- in die Ausrücklage bewegt, wobei sich die erste Kupplungsnabe 2 relativ gegenüber dem Kupplungskörper 1 dreht.
Die Rastkugeln 5 sind dabei beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel mindestens bis zu ihrer halben Dicke in den als sie beim Ausrücken der Sicherheitskupplung in sich selbst haltende Bohrungen ausgebildeten Ausnehmungen 15, 25 – wie in 2 gezeigt – auf Lochkreisen 150, 250 unterschiedlichen Durchmessers angeordnet und bilden zwei Rastkugelreihen 151, 251 mit ebenfalls unterschiedlichem Durchmesser.
Dadurch, dass sowohl der Kupplungskörper 1 als auch die erste Kupplungsnabe 2 mit den auf je einem der Lochkreise 150, 250 um die Achse 11 liegenden Ausnehmungen 15, 25 versehen ist und in allen Ausnehmungen Rastkugeln 5 unter Bildung der zwei Rastkugelreihen 151, 251 unterschiedlichen Durchmesser so angeordnet sind, dass sich der Kupplungskörper 1 und die erste Kupplungsnabe 2 nur über die Rastkugeln 5 der beiden Rastkugelreihen 151,251 berühren, zentrieren sich diese beiden Teile relativ zueinander, so dass ein Lager dazwischen entbehrlich ist.
Hierbei weist der Lochkreis 250 der ersten Kupplungsnabe 2 eine grösseren Durchmesser als jener des Kupplungskörpers 1 auf (2). Die Dicke der Rastkugeln 5 beider Rastkugelreihen 151, 251 kann, wie 2 zeigt, gleich oder unterschiedlich sein (6 und 7). Auch kann die Anzahl der Rastkugeln jeder Rastkugelreihen 151, 251 enweder gleich (8) oder unterschiedlich sein (2, 6 und 7). Die Ausnehmungen des Kupplungskörpers 1 und der Kupplungsnabe 2 sind dabei auf einander zugewandten Stirnseiten vorgesehen, zwischen denen alle Rastkugeln 5 angeordnet sind.
An dem ein Aussengewinde aufweisenden Aussenmantel der ersten Kupplungsnabe 2 greift eine an ihrem freien Ende mit einem radial einwärts gerichteten Widerlager 31 versehene Einstellmutter 3 mit ihrem Innengewinde an, an welchem Widerlager sich die als Tellerfeder ausgebildete Feder 6 abstützt.
Der Kupplungskörper 1 weist ferner an der den Ausnehmungen 15, 25 und den Rastkugeln 5 abgewandten anderen Stirnseite ein Kugellager 4 auf, dessen Lagerkugeln in einer konzentrisch zu der Achse 11 umlaufenden, im Querschnitt U-förmig ausgebildeten Nut mit einem parallel zu der anderen Stirnseite verlaufenden Grund als U-Steg und mit zwei sich an diesen anschliessenden, zu der Achse 11 konzentrischen Mantelflächen als U-Schenkel so angeordnet sind, dass sie über zumindest einen U-Schenkel der Nut hervorstehen. Dabei stützt sich die Tellerfeder 6 einerseits mit ihrem umfangsäusseren Rand an dem radial einwärts gerichteten Widerlager 31 der Einstellmutter 3 und mit ihrem umfangsinneren Rand andererseits an den Lagerkugeln des Kugellagers 4 abstützt, so dass hierdurch axiale Kräfte aufgenommen werden können, weswegen ein gesondertes Axiallager in Fortfall kommen kann.

Claims

Bei Überschreiten eines einstellbaren Drehmoments bei Überlast von einer Betriebs- in eine Ausrücklage ausrückende Sicherheitskupplung mit einem z.B. von einer Motorwelle um eine Achse drehbar angetriebenen, rotationssymmetrischen Kupplungskörper (1) und mit einer zu diesem benachbarten sowie diesen am Umfang übergreifenden ersten Kupplungsnabe (2), wobei diese beiden Teile (1,2) über in rotationssymmetrisch auf einem Lochkreis (150 bzw. 250) um die Achse (11) vorgesehenen Ausnehmungen (15 bzw. 25) des Kupplungskörpers (1) oder der ersten Kupplungsnabe (2) angeordneten Rastkugeln (5) sowohl in radialer als auch in Umfangsrichtung relativ zueinander unbeweglich gehalten und bei Überlast axial um einen Schaltweg (16) entgegen der Kraft einer Feder (6) durch die Rastkugeln (5) aus den Ausnehmungen (15 bzw. 25) voneinander weg aus der Betriebs- in die Ausrücklage bewegt werden, in der sich die erste Kupplungsnabe (2) relativ gegenüber dem Kupplungskörper (1) um die Achse (11) drehen kann, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Kupplungskörper (1) als auch die erste Kupplungsnabe (2) mit auf je einem Lochkreis (150, 250) um die Achse (11) liegenden Ausnehmungen (15, 25) versehen ist, dass in allen Ausnehmungen (15, 25) Rastkugeln (5) unter Bildung zweier Rastkugelreihen (151, 251) angeordnet sind, dass die beiden Lochkreise (150, 250) für die beiden Rastkugelreihen (151, 251) bezüglich der Achse (11) unterschiedliche Durchmesser aufweisen und dass die Rastkugeln (5) des einen Lochkreises (151) jene des anderen Lochkreises (251) berühren.
Sicherheitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochkreis der ersten Kupplungsnabe (2) eine grösseren Durchmesser als jener des Kupplungskörpers (1) aufweist.
Sicherheitskupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Lochkreis der ersten Kupplungsnabe (2) zugeordneten Rastkugeln jeweils gleiche Dicke aufweisen und dass die dem Lochkreis des Kupplungskörpers (1) zugeordneten Rastkugeln jeweils gleiche, nicht notwendigerweise dieselbe Dicke wie jene der ersten Kupplungsnabe aufweisen.
Sicherheitskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der dem Lochkreis der ersten Kupplungsnabe (2) zugeordneten Rastkugeln und die Anzahl der dem Lochkreis des Kupplungskörpers (1) zugeordneten Rastkugeln unterschiedlich ist.
Sicherheitskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen als Bohrungen ausgebildet sind.
Sicherheitskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen als die Rastkugeln (5) beim Ausrücken der Sicherheitskupplung in sich haltende Bohrungen ausgebildet sein
Sicherheitskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf je einem Lochkreis um die Achse liegenden Ausnehmungen des Kupplungskörpers (1) und der Kupplungsnabe (2) auf einander zugewandten Stirnseiten vorgesehen sind und dass zwischen diesen einander zugewandten Stirnseiten alle Rastkugeln (5) angeordnet sind.
Sicherheitskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Aussenmantel der Kupplungsnabe (2) eine an ihrem freien Ende mit einem radial einwärts gerichteten Widerlager (31) versehene Einstellmutter (3) angreift und dass sich an diesem die Feder (6) abstützt.
Sicherheitskupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Aussenmantel der Kupplungsnabe (2) ein Aussengewinde für die mit Innegewinde versehene Einstellmutter (3) aufweist.
Sicherheitskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (6) als Tellerfeder ausgebildet ist.
Sicherheitskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungskörper (1) ein Kugellager (4) aufweist.
Sicherheitskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugellager (4) an der den Ausnehmungen und den Rastkugeln (5) abgewandten Seite des Kupplungskörpers (1) angeordnet ist.
Sicherheitskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkugeln des Kugellagers (4) in einer konzentrisch zu der Achse umlaufenden Nut an der den Ausnehmungen und den Rastkugeln (5) abgewandten anderen Stirnseite des Kupplungskörpers (1) angeordnet sind.
Sicherheitskupplung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist.
Sicherheitskupplung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die im Querschnitt U-förmig ausgebildete Nut einen parallel zu der anderen Stirnseite verlaufenden Grund als U-Steg und zwei sich an diesen anschliessende zu der Achse konzentrische Mantelflächen als sich an den U-Steg anschliessende beiden U-Schenkel aufweist.
Sicherheitskupplung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerkugeln über zumindest einen U-Schenkel der Nut hervorstehen.
Sicherheitskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tellerfeder einerseits an dem umfangsäusseren Ende an dem radial einwärts gerichteten Widerlager (31) der Einstellmutter (3) und andererseits an den Lagerkugeln des Kugellagers (4) abstützt.
Sicherheitskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplungsnabe (2) mit einer zweiten Kupplungsnabe (7) zusammenwirkt.
Sicherheitskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die – treibende – erste Kupplungsnabe (2) mit der – angetriebenen – zweiten Kupplungsnabe (7) unter Zwischenschaltung eines Elastomerteiles (8) zusammenwirkt.
Sicherheitskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerteil (8) sternförmig symmetrisch ausgebildet ist.
Sicherheitskupplung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das sternförmig symmetrische Elastomerteil (8) ritzelartig ausgebildet ist