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Die
Erfindung betrifft eine Drehmomentbegrenzungskupplung, die um eine
Längsachse drehbar angeordnet ist, mit einer Kupplungsnabe,
die umfangsverteilte Durchbrüche aufweist, in welchen Mitnehmer
parallel zur Längsachse verstellbar gehalten sind, mit
einer Kupplungshülse, die zu den Durchbrüchen
korrespondierende erste Ausnehmungen aufweist, mit einer Schaltscheibe,
die zwischen einer Einschaltstellung und einer Freilaufstellung
relativ zur Kupplungsnarbe drehbar angeordnet ist und zu den Durchbrüchen
korrespondierende zweite Ausnehmungen aufweist, in welche die Mitnehmer
in der Freilaufstellung eingreifen, mit ersten Federmitteln, die
die Schaltscheibe in Umfangsrichtung zur Einnahme der Einschaltstellung
beaufschlagen, wobei die Schaltscheibe bei Überschreiten
eines vorgegebenen Nennmoments durch eine Abrollbewegung der Mitnehmer
aus der Einschaltstellung zur Freilaufstellung überführbar
ist, wobei die Schaltscheibe zu den Durchbrüchen korrespondierende
zweite Ausnehmungen aufweist, in welche die Mitnehmer in der Freilaufstellung
eingreifen, und mit ersten Federmitteln, die die Schaltscheibe in
Umfangsrichtung zur Schaltstellung beaufschlagen, sowie mit zweiten
Federmitteln, die die Schaltscheibe axial beaufschlagen, so dass
die Mitnehmer von der Schaltscheibe gegen die Kupplungshülse
beaufschlagt werden und in der Einschaltstellung zur Drehmomentübertragung in
den ersten Ausnehmungen gehalten sind.
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Drehmomentbegrenzungskupplungen
sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Mit diesen
können insbesondere kräfte- und/oder drehmomentübertragende
Bauteile eines Antriebsstrangs sehr wirkungsvoll vor kritischen
Belastungen geschützt werden, indem die Drehmomentbegrenzungskupplungen
bei einer Überlast eine Kräfte- beziehungsweise
Drehmomentübertragung zwischen einer Antriebsseite und
einer Abtriebsseite des Antriebsstrangs reduzieren oder zur Gänze
unterbrechen können. Es versteht sich, dass derartige Drehmomentbegrenzungskupplungen
vielfältiger Gestalt sein können.
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Beispielsweise
ist aus der Patentschrift
DE 102
01 988 C2 eine gattungsgemäße Drehmomentbegrenzungskupplung
bekannt, mittels der ermöglicht wird, bei Auftreten einer Überlast
in einem Antriebsstrang mit sich drehenden Bauteilen eine Kräfte-
und/oder Drehmomentübertragung zu unterbrechen und nach
Beseitigung der Überlast anschließend ein automatisches
Einschalten der Drehmomentbegrenzungskupplung bei einer geringen
Einschaltdrehzahl wieder zu ermöglichen. Ist ein automatisches
Einschalten der Drehmomentbegrenzungskupplung nicht erwünscht,
ist es selbst bei sehr geringen Drehzahlen möglich, eine
Not-Abschaltung der Drehmomentbegrenzungskupplung beizubehalten
und ein automatisches Wiedereinschalten der Drehmomentbegrenzungskupplung
durch Betätigen einer entsprechenden Sperrklinke zu unterbinden.
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Die
in der Patentschrift
DE
102 01 988 C2 beschriebene Drehmomentbegrenzungskupplung funktioniert
drehrichtungsunabhängig, wobei ein automatisches Wiedereinschalten
der Drehmomentbegrenzungskupplung bei Reduzierung der Drehzahl erfolgt,
unabhängig ob der Antriebsstrang im Vorwärts-
oder im Rückwärtslauf betrieben wird.
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Es
gibt jedoch Anwendungsfälle, bei denen es sinnvoll ist,
wenn ein automatisches Wiedereinschalten ausschließlich
dann erfolgt, wenn das zu übertragende Drehmoment unter
einen bestimmten Wert fällt, unabhängig von der
Höhe der Drehzahl.
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Aus
der
DE 103 48 068
A1 ist eine Kupplung zur Drehmomentbegrenzung bekannt,
die eine Kupplungsnabe und eine um die Kupplungsnabe abgeordnete
Kupplungshülse aufweist. Es sind Mitnehmer vorgesehen,
die in einer Drehmomentübertragungsposition die Übertragung
vom Drehmoment zwischen der Kupplungsnabe und der Kupplungshülse
gewährleisten und in einer Abschalteposition eine Drehmomentübertragung
verhindern. Die Mitnehmer sind in Radialbohrungen in der Kupplungsnabe
verschiebbar gehalten. Unabhängig von der Drehzahl erfolgt ein
Umschalten von der Abschaltposition in die Drehmomentübertragungsposition
stets dann, wenn das zu übertragende Drehmoment unter einen
bestimmten Wert fällt. Derartige Drehmomentbegrenzungskupplungen
werden auch als Ratschen bezeichnet.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Drehmomentbegrenzungskupplung
bereitzustellen, bei der das automatische Wiedereinschalten in der
einen Drehrichtung dann erfolgt, wenn die Drehzahl unter einen bestimmten
Wert sinkt und bei der ein Wiedereinschalten in der anderen Drehrichtung
dann erfolgt, wenn das zu übertragende Drehmoment unter
einen bestimmten Wert sinkt.
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Diese
Aufgabe wird mittels einer eingangs beschriebenen Drehmomentbegrenzungskupplung gelöst,
bei der eine Anschlaganordnung vorgesehen ist, die ein Überführen
der Schaltscheibe von der Einschaltstellung in die Freilaufstellung
in eine erste Drehrichtung ermöglicht und in eine zweite
Drehrichtung verhindert.
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In
Einschaltstellung greifen die Mitnehmer sowohl in die Durchbrüche
der Kupplungsnabe als auch in die Ausnehmungen der Kupplungshülse
ein, wodurch eine drehfeste Verbindung zwischen Kupplungsnabe und
Kupplungshülse hergestellt ist. Dabei werden die Mitnehmer
mittels der Schaltscheibe und den zweiten Federmitteln axial in
Richtung Kupplungshülse und somit in die ersten Ausnehmungen beaufschlagt.
Durch eine an die Kupplungshülse angebrachte Last wird
ein entgegenwirkendes Drehmoment auf die Drehmomentbegrenzungskupplung
aufgebracht, wodurch ein Scheren von Kupplungsnabe und Kupplungshülse
bewirkt wird. Hierdurch werden die Mitnehmer aus den Ausnehmungen
in Richtung zur Schaltscheibe gedrängt und fangen an abzurollen,
was durch das Verdrehen der Kupplungshülse relativ zur
Kupplungsnabe verursacht wird. Bei geringen Drehmomenten unterhalb
eines vorgesehenen Abschaltdrehmoments reicht die Federkraft der
zweiten Federmittel aus, die Mitnehmer in den ersten Ausnehmungen
zu halten. Je höher jedoch das Drehmoment wird, desto größer
ist die Kraft die die Mitnehmer aus den ersten Ausnehmungen drängt
und bei Überschreiten eines bestimmten Drehmoments werden
die Mitnehmer komplett aus den ersten Ausnehmungen gedrängt.
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Die
Mitnehmer, die aus den ersten Ausnehmungen gedrängt wurden,
rollen nun auf der Kupplungshülse und gleichzeitig auf
einer Stirnseite der Schaltscheibe ab, wodurch die Schaltscheibe
in eine entgegengesetzte Richtung beaufschlagt wird. Hierdurch bewegt
sich die Schaltscheibe relativ zu den Mitnehmern bis schließlich
die zweiten Ausnehmungen in Überdeckung mit den Durchbrüchen
der Kupplungsnabe sind, so dass die Mitnehmer in die zweiten Ausnehmungen
eingreifen können. Nun ist die Freilaufstellung erreicht,
in der die Mitnehmer von der axialen Federkraft der zweiten Federmittel
entkoppelt sind und nicht mehr in die ersten Ausnehmungen drängen.
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Durch
das Vorsehen der Anschlaganordnung, die ein Überführen
der Schaltscheibe von der Einschaltstellung in die Freilaufstellung
in eine zweite Drehrichtung verhindert, wird erreicht, dass beim
Betrieb der Drehmomentbegrenzungskupplung in einer Drehrichtung
das Überführen der Schaltscheibe von der Einschaltstellung
in die Freilaufstellung nicht möglich ist. In diesem Fall
können die zweiten Ausnehmungen nicht in axiale Überdeckung
mit den Durchbrüchen und somit mit den Mitnehmern geraten,
so dass die Mitnehmer zwischen der Schaltscheibe und der Kupplungshülse
verbleiben ohne dabei in die zweiten Ausnehmungen der Schaltscheibe einzugreifen.
Dadurch, dass ein Eingreifen der Mitnehmer in die zweiten Ausnehmungen
der Schaltscheibe nicht erfolgt, bleiben die Mitnehmer unter axialer
Beaufschlagung durch die zweiten Federmittel. Dies hat zur Folge,
dass die Mitnehmer ständig in die ersten Ausnehmungen der
Kupplungshülse beaufschlagt werden, und bei entsprechender
Herabsinkung des Drehmomentes in den ersten Ausnehmungen eingreifen
und dort verbleiben, so dass eine Drehmomentübertragung
zwischen Kupplungsnabe und Kupplungshülse wieder ermöglicht
wird. Ein Wiedereingreifen der Mitnehmer in die ersten Ausnehmungen
erfolgt dabei unabhängig von der Drehzahl, die an der Drehmomentbegrenzungskupplung
anliegt.
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Vorzugsweise
weist die Anschlaganordnung einen ersten Anschlag und einen zweiten
Anschlag auf, die miteinander in Anlage überführbar
sind. In der Stellung, in der die beiden Anschläge miteinander in
Anlage sind, ist eine Relativverdrehung der mit den Anschlägen
verbundenen Bauteile in eine Richtung möglich und in die
andere Richtung nicht möglich.
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Dabei
ist vorzugsweise in der Einschaltstellung der erste Anschlag mit
dem zweiten Anschlag in Anlage. Somit ist direkt in der Einschaltstellung
gewährleistet, dass eine Verdrehung der Stellscheibe gegenüber
der Kupplungsnabe in der einen Richtung unterbunden wird.
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Vorzugsweise
sind in der Einschaltstellung die zweiten Ausnehmungen zu den Durchbrüchen
in Umfangsrichtung um einen ersten Winkel versetzt angeordnet, und
in der Freilaufstellung sind die zweiten Ausnehmungen zu den Durchbrüchen
in Umfangsrichtung deckungsgleich angeordnet. Das heißt,
dass die Schaltscheibe gegenüber der Kupplungsnabe um den
ersten Winkel verdreht werden muss, damit die zweiten Ausnehmungen
zu den Durchbrüchen in Deckung geraten und somit die Schaltscheibe
in Freilaufstellung gerät. Da das Verdrehen der Schaltscheibe
gegenüber der Kupplungsnabe wiederum nur in eine Richtung
möglich ist, kann die Freilaufstellung auch nur durch Verdrehen
in diese Richtung erreicht werden.
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In
weiterer bevorzugter Ausgestaltung weist die Anschlaganordnung einen
dritten und einen vierten Anschlag auf, wobei in der Einschaltstellung
der dritte Anschlag zum vierten Anschlag um einen zweiten Winkel
umfangsversetzt angeordnet ist, der im wesentlichen dem ersten Winkel
entspricht. Der dritte und der vierte Anschlag dienen dabei dafür,
dass sich in der Freilaufstellung die Schaltscheibe wiederum nur
in Richtung zur Einschaltstellung verdrehen kann. Ein Verdrehen
der Schaltscheibe über die Freilaufstellung hinaus wird
durch den dritten und den vierten Anschlag unterbunden. Dadurch,
dass der dritte Anschlag zum vierten Anschlag um einen Winkel β umfangsversetzt
angeordnet ist, der im wesentlichen dem Winkel α entspricht,
wird erreicht, dass in der Freilaufstellung der dritte und der vierte
Anschlag bereits direkt in Anlage zueinander sind und somit direkt
von der Freilaufstellung ein weiteres Verdrehen der Schaltscheibe
gegenüber der Kupplungsnabe über die Freilaufstellung
hinaus verhindert wird.
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Vorzugsweise
ist der erste Anschlag der Kupplungsnabe zugeordnet und der zweite
Anschlag der Schaltscheibe zugeordnet. Unter zugeordnet ist dabei
zu verstehen, dass der erste Anschlag im wesentlichen verdrehfest
zur Kupplungsnabe bzw. der zweite Anschlag verdrehfest zur Schaltscheibe
gehalten ist, was auch mittelbar über weitere Bauteile erfolgen
kann.
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In
weiterer Ausgestaltung weist die Schaltscheibe den zweiten Anschlag
auf, was bedeutet, dass der zweite Anschlag unmittelbar an der Schaltscheibe
angeordnet ist. Hierdurch wird ein einfacher Aufbau der Drehmomentbegrenzungskupplung
erreicht.
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In
einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist der erste
Anschlag in Form einer ersten Anschlagfläche und der zweite
Anschlag in Form einer zweiten Anschlagfläche gestaltet,
wobei eine Passfeder vorgesehen ist, die mit der Kupplungsnabe drehfest
verbunden ist, wobei die Passfeder die erste Anschlagfläche
aufweist und wobei die Schaltscheibe an einer Innenumfangsfläche
eine Ausnehmung aufweist, die durch die zweite Anschlagfläche
begrenzt ist. Die Anschläge sind somit konkret als Anschlagflächen
ausgestaltet, wobei im wesentlichen eine Federnutverbindung vorgesehen,
bei der die Nut in Umfangsrichtung betrachtet größer
ist als die dort einliegende Feder. Die Feder ist somit drehbar
innerhalb der Nut gehalten, wobei die beiden Anschlagflächen ausgehend
von der Einschaltstellung ein Verdrehen der Schaltscheibe gegenüber
der Kupplungsnabe in eine Richtung verhindern.
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In
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist ein Druckring
zwischen den zweiten Federmitteln und der Schaltscheibe vorgesehen,
der mit der Kupplungsnabe drehfest verbunden ist, wobei der Druckring
den ersten Anschlag aufweist. Der Druckring wird dabei von den zweiten
Federmitteln axial beaufschlagt und beaufschlagt wiederum selbst die
Schaltscheibe in Richtung zur Kupplungshülse. Dadurch,
dass der Druckring mit der Kupplungsnabe drehfest verbunden ist
und den ersten Anschlag aufweist, wird auch hier wiederum ein Verdrehen
der Schaltscheibe gegenüber der Kupplungsnabe aus der Einschaltstellung
heraus in eine Richtung verhindert.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform ist
vorgesehen, dass der erste Anschlag in Form einer ersten Anschlagfläche
und der zweite Anschlag in Form einer zweiten Anschlagfläche
gestaltet ist, wobei der Druckring einen radialen Vorsprung aufweist,
an dem die erste Anschlagfläche angeordnet ist, und dass
die Schaltscheibe einen axialen Vorsprung aufweist, an dem die zweite
Anschlagfläche angeordnet ist. Dabei ragt der axiale Vorsprung
in axiale Richtung von der Schaltscheibe hervor und gerät
in axiale Überdeckung mit dem Druckring. Der radiale Vorsprung
des Druckrings ragt dabei radial über einen Außenumfang
des Druckrings hervor, wobei der radiale Vorsprung dabei in Überdeckung
zu dem axialen Vorsprung gerät. Hierdurch wird eine Art
Verzahnung der beiden Vorsprünge erreicht die je nach dem,
ob die Vorsprünge mit ihren jeweiligen Anschlägen
in Anlage sind ein Mitnehmen des einen Vorsprungs durch den anderen
Vorsprung bewirkt. Äquivalent hierzu können die
Vorsprünge auch genau umgekehrt angeordnet sein, nämlich
derart, dass der Druckring den axialen Vorsprung und die Stellscheibe
den radialen Vorsprung aufweist.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele sind anhand der folgenden Zeichnungsfiguren
näher erläutert. Hierin zeigt:
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1 eine
erfindungsgemäße Drehmomentbegrenzungskupplung
in einer ersten Ausführungsform
- a)
im Längsschnitt,
- b) im Querschnitt entlang der Schnittlinie I-I gemäß 1a),
- c) im Querschnitt entlang der Schnittlinie II-II gemäß 1a),
- d) in einem zu 1a) um 90° um
die Längsachse verdrehten Längsschnitt;
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2 eine
Kupplungshülse der Drehmomentbegrenzungskupplung gemäß 1
- a) in Draufsicht,
- b) in Seitenansicht;
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3 eine
Kupplungsnabe der Drehmomentbegrenzungskupplung gemäß 1
- a) im Längsschnitt,
- b) in Draufsicht;
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4 eine
Schaltscheibe der Drehmomentbegrenzungskupplung gemäß 1
- a) im Längsschnitt,
- b) in Draufsicht;
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5 ein
Druckring der Drehmomentbegrenzungskupplung gemäß 1 in
Draufsicht;
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6 eine
erfindungsgemäße Drehmomentbegrenzungskupplung
in einer zweiten Ausführungsform im Querschnitt;
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7 eine
schematische Darstellung einer Drehmomentbegrenzungskupplung nach
einer vorangenannten Ausführungsform bei Betrieb in einer ersten
Richtung
- a) in Einschaltstellung,
- b) beim Wechsel von der Einschaltstellung in die Freilaufstellung,
- c) in Freilaufstellung;
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8 eine
schematische Skizze der Drehmomentbegrenzungskupplung gemäß 7 bei
Betrieb in einer zweiten Richtung
- a) in Einschaltstellung,
- b) beim Wechsel von der Einschaltstellung in die Ratschenstellung,
- c) in Ratschenstellung.
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Die 1 bis 5 werden
im folgenden gemeinsam beschrieben.
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In 1 ist
eine Drehmomentbegrenzungskupplung 1 gezeigt, die eine
Kupplungsnabe 5 aufweist, die auf einen nicht dargestellten
Wellenzapfen aufgeschoben werden kann. Die Kupplungsnabe 5 weist
zur drehfesten Verbindung mit dem Wellenzapfen eine Innenverzahnung 3 auf.
In einem eingeschaltetem Zustand ist die Kupplungsnabe 5 drehfest mit
einer Kupplungshülse 22 verbunden, wobei Drehmoment
von der Kupplungsnabe 5 auf die Kupplungshülse 22 oder
umgekehrt übertragen werden kann. In einem ausgeschalteten
Zustand ist die drehfeste Verbindung zwischen Kupplungsnabe 5 und Kupplungshülse 22 unterbrochen,
so dass keine Drehmomentübertragung stattfinden kann. Die
Drehmomentbegrenzungskupplung 1 und der Wellenzapfen rotieren
um eine gemeinsame Längsachse 4. Ein Gehäuse 2 grenzt
die Drehmomentbegrenzungskupplung 1 nach außen
hin ab.
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Die
Kupplungsnabe 5, die als Einzelheit in 3 zu
erkennen ist, bildet radial außen einen konzentrisch umlaufenden
Kupplungsflansch 6 aus, in welchem konzentrisch um die
Längsachse 4 insgesamt acht Durchbrüche 7 vorgesehen
sind. Die Durchbrüche 7 dienen zur Aufnahme von
jeweils einem Mitnehmer 8. Die Mitnehmer 8 sind
in diesem Ausführungsbeispiel als zylindrische Rollen ausgebildet,
wobei auch kegelige Rollen oder Kugeln verwendet werden können.
Die Mitnehmer 8 sind jeweils um eine Mitnehmerdrehachse 10 drehbar
innerhalb der Durchbrüche 7 gelagert, wobei die
Mitnehmerdrehachsen 10 sternförmig zur Längsachse 4 angeordnet sind
und diese schneiden. In eingeschaltetem Zustand greifen die Mitnehmer 8 zusätzlich
in erste Ausnehmungen 23 der Kupplungshülse 22 ein.
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Die
Kupplungshülse 22 mit ihren ersten Ausnehmungen 23 ist
als Einzelheit in 2 zu erkennen. Die ersten Ausnehmungen 23 sind
an einer Stirnseite 26 der Kupplungshülse 22 angeordnet.
Es sind insgesamt acht erste Ausnehmungen 23 vorgesehen,
die in eingeschaltetem Zustand mit den Durchbrüchen 7 fluchtend
angeordnet sind. Dadurch, dass die Mitnehmer 8 in der Einschaltstellung
sowohl in die Durchbrüche 7 der Kupplungsnabe 5 als
auch in die ersten Ausnehmungen 23 der Kupplungshülse 22 eingreifen,
ist eine drehmomentübertragende Verbindung über
die Mitnehmer 8 zwischen der Kupplungsnabe 5 und
der Kupplungshülse 22 hergestellt. Die Kupplungshülse 22 kann über
geeignete Mittel drehfest mit einem Anschlussbauteil verbunden werden.
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Es
sind zweite Federmittel in Form eines Tellerfederpaketes 18 vorgesehen,
die einerseits axial gegen einen Stützring 19 und
andererseits über einen Druckring 16 gegen eine
Schaltscheibe 14 abgestützt sind. Der Druckring 16 ist
drehfest und axial verschiebbar auf der Kupplungsnabe 5 gehalten.
Die Schaltscheibe 14 ist drehbar und axial verschiebbar zur
Kupplungsnabe 5 gehalten. Um Relativdrehbewegungen der
Schaltscheibe 14 zum Druckring 16 zu ermöglichen,
ist zwischen der Schaltscheibe 14 und dem Druckring 16 ein
Drucklager 15 in Form einer Wälzlagerung vorgesehen.
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Der
Stützring 19 in Form eines Sicherungsrings ist
fest mit der Kupplungsnabe 5 verbunden, so dass das Tellerfederpaket 18 die
Schaltscheibe 14 in Richtung zur Kupplungshülse 22 mit
Kraft beaufschlagt.
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Die
Schaltscheibe 14 ist im wesentlichen ringförmig
gestaltet und weist, wie aus 4 ersichtlich,
an einer Stirnseite 33 acht umfangsverteilte zweite Ausnehmungen 34 auf,
in die die Mitnehmer 8 in einer Freilaufstellung eingreifen
können. An einer Innenumfangsfläche 17 weist
die Schaltscheibe 14 zwei diametral gegenüberliegende
Ausnehmungen 13 auf. Es sind mehrere umfangsverteilte axiale
Vorsprünge 21 vorgesehen, die zum einen zur radialen Führung
eines Spannklemmenpaketes 20 dienen und zum anderen einen
Anschlag für das Spannklemmenpaket 20 bilden,
wie es aus 1c) zu erkennen ist.
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Erste
Federmittel in Form des Spannklemmenpaketes 20 stützen
sich derart sowohl gegen den Druckring 16 als auch gegen
die Schaltscheibe 14 in Umfangsrichtung ab, dass die Schaltscheibe 14 zur Einnahme
ihrer Einschaltstellung beaufschlagt ist. Es wird erreicht, dass
die Kupplungsnabe 5 und die Schaltscheibe 14 stets
in eine relative Position zueinander streben, die der Einschaltstellung,
wie sie insbesondere in den 1b) und 1c) zu erkennen ist, entspricht.
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Wie
in 1c) gezeigt ist die Kupplungsnabe 5 mit
dem Druckring 16 über zwei Passfedern 9 drehfest
verbunden. Die Passfedern 9 greifen zugleich auch in die
Ausnehmungen 13 der Schaltscheibe 14 ein. Es ist
aus 1b) zu erkennen, dass die Ausnehmungen 13 in
Umfangsrichtung betrachtet länger sind als die Passfedern 9,
so dass eine Relativverdrehung zwischen Passfedern 9, die
drehfest mit der Kupplungsnabe 5 verbunden sind, und der Schaltscheibe 14 möglich
ist. Es ist auch zu erkennen, dass die Passfedern 9 in
der Einschaltstellung jeweils mit einer ersten Anschlagfläche 28 an
einer zweiten Anschlagfläche 29 der Schaltscheibe 14 in Anlage
sind. Somit ist nur ein Verdrehen der Schaltscheibe 14 gegenüber
der Kupplungsnabe 5 in einer Richtung möglich,
was durch den in Uhrzeigersinn weisenden Pfeil in 1b)
dargestellt ist. Es ist ferner zu erkennen, dass jede Passfeder 9 eine
dritte Anschlagfläche 30 aufweist, die mit einer
vierten Anschlagfläche 31 der Schaltscheibe 14 in
Anlage gebracht werden kann. Die vierte Anschlagfläche 31 ist jedoch
zur dritten Anschlagfläche 30 um einen zweiten
Winkel β umfangsversetzt angeordnet, so dass die Schaltscheibe 14 gegenüber
der Passfeder 9 und somit gegenüber der Kupplungsnabe 5 um
den zweiten Winkel β verdreht werden muss, bevor die dritte Anschlagfläche 30 mit
der vierten Anschlagfläche 31 in Anlage geraten
kann. Wie später noch erläutert wird, entspricht
der zweite Winkel β dem Winkel, um den die die Schaltscheibe 14 ausgelenkt
wird um von der Einschaltstellung in die Freilaufstellung überführt zu
werden.
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In 5 ist
der Druckring 16 als Einzelheit dargestellt. Der Druckring 16 ist
im wesentlichen ringförmig gestaltet und weist einen radialen
Vorsprung 12 sowie einen hierzu diametral gegenüberliegenden weiteren
radialen Vorsprung 35 auf. Der radiale Vorsprung 12 dient,
wie zum Beispiel aus 1c) ersichtlich,
zur radialen Führung des Spannklemmenpaketes 20.
Der radiale Vorsprung 35 dient als Anlagefläche
für das Spannklemmenpaket 20 und somit zur Ausrichtung
des Druckrings 16 gegenüber der Schaltscheibe 14,
was aus 1c) zu erkennen ist. An einer
Innenumfangsfläche des Druckrings 16 sind zwei
Ausnehmungen 27 vorgesehen, in die die Passfedern 9 zur
drehfesten Verbindung mit der Kupplungsnabe 5 eingreifen
können.
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In 6 ist
eine Drehmomentbegrenzungskupplung 1' in einer zweiten
Ausführungsform dargestellt. Die Darstellung erfolgt in
einem Querschnitt, der der Querschnittsdarstellung aus 1c)
entspricht. Im folgenden wird nur auf die Unterschiede eingegangen,
wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen und unterschiedliche
Bauteile mit gestrichenen Bezugszeichen versehen sind.
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In
dieser zweiten Ausführungsform sind die Anschläge
nicht durch Passfedern in der Kupplungsnabe und Ausnehmungen in
der Schaltscheibe realisiert, sondern mittels des Druckrings und
der Schaltscheibe. Es wird ein Druckring 16' verwendet,
der dem Druckring 16 aus der ersten Ausführungsform wie
er in der 5 gezeigt ist, in weiten Teilen
entspricht. Die Anschlagflächen 28', 30' sind
in dieser Ausführungsform zu beiden Seiten des radialen
Vorsprungs 12 angeordnet.
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Der
zweite Anschlag 29' und der vierte Anschlag 31' sind
an den axialen Vorsprün gen 21' der Schaltscheibe 14' angeordnet.
Es ist zu erkennen, dass der dritte Anschlag 30' und der
vierte Anschlag 31 einen Abstand zueinander aufweisen,
so dass es möglich ist, den Druckring 16' gegenüber
der Schaltscheibe 14' in eine Richtung zu verdrehen. Gleichzeitig
ist zur erkennen, dass der erste Anschlag 28' mit dem zweiten
Anschlag 29' bereits in Anlage ist, so dass ein Verdrehen
in die andere Richtung nicht möglich ist.
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Die
Funktionsweise der gezeigten Drehmomentbegrenzungskupplungen wird
anhand der schematischen Darstellungen der 7 und 8 deutlich,
in der die Kupplungshülse 22, die Kupplungsnabe 5 und
die Schaltscheibe 14 in einer Abwicklung dargestellt sind.
Die hier dargestellte Funktionsweise ist für beide Ausführungsformen
gültig. Stellvertretend für beide Ausführungsformen
werden nur ungestrichene Bezugszeichen verwendet.
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Die
Anschläge 28, 29, 30, 31 sind
hier schematisch dargestellt, wobei die verdrehfeste Verbindung
der Anschläge entweder mit der Kupplungsnabe 5 oder
mit der Schaltscheibe 14 durch die gleichartige Schattierung
dargestellt ist. Das heißt, dass der erste und dritte Anschlag 28, 30 verdrehfest
mit der Kupplungsnabe 5 und der zweite und der vierte Anschlag 29, 31 verdrehfest
mit der Schaltscheibe 14 verbunden sind. Die ersten und
zweiten Federmittel 20, 18 sind ebenfalls nur
schematisch dargestellt.
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In
den 7a, 8a, 8b und 8c sind
die zweiten Ausnehmungen 34 der Schaltscheibe 14 gegenüber den
Durchbrüchen 7 der Kupplungsnabe 5 um
den ersten Winkel α verdreht angeordnet, was der Einschaltstellung
der Schaltscheibe 14 entspricht. Die ersten Federmittel 20 halten
dabei die Schaltscheibe 14 relativ zur Kupplungsnabe 5 in
der Einschaltstellung. In 7c) ist
die Freilaufstellung gezeigt, bei der die Schaltscheibe 14 gegenüber
der Einschaltstellung um den ersten Winkel α nach rechts
verdreht wurde. In dieser Position beaufschlagen die ersten Federmittel 20 die
Schaltscheibe 14 mit einer Kraft F1 zurück
in die Einschaltstellung.
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In
der in 7a) gezeigten Einschaltstellung greifen
die Mitnehmer 8, die in den Durchbrüchen 7 aufgenommen
sind, in die ersten Ausnehmungen 23 der Kupp lungshülse 22 ein.
Die Kupplungsnabe 5 und die Schaltscheibe 14 laufen
gemeinsam um die Längsachse 4, was durch die beiden
nach rechts weisenden Pfeile gekennzeichnet ist. Durch den drehmomentübertragenden
Eingriff der Mitnehmer 8 in die Durchbrüche 7 und
in die ersten Ausnehmungen 23 dreht sich auch die Kupplungshülse 22 nach rechts
im gleichen Sinn wie die Kupplungsnabe 5 und die Schaltscheibe 14.
Jedoch ist an der Kupplungshülse 22 eine Last
angebracht, die ein entgegenwirkendes Drehmoment auf die Begrenzungskupplung aufbringt,
was durch den nach links weisenden Pfeil dargestellt ist. Durch
das Scheren von Kupplungsnabe 5 und Kupplungshülse 22 wirkt
eine Kraft auf die Mitnehmer 8, die die Mitnehmer 8 aus
den ersten Ausnehmungen 23 in Richtung zur Schaltscheibe 14 drängt,
was aus 7b) ersichtlich ist. Durch
das Hinausdrängen der Mitnehmer 8 aus den ersten
Ausnehmungen 23 werden die Mitnehmer 8 in Richtung zur
Schaltscheibe 14 beaufschlagt und fangen an, im Uhrzeigersinn
abzurollen, was durch das Verdrehen der Kupplungshülse 22 relativ
zur Kupplungsnabe 5 verursacht wird. Ist das Drehmoment
gering oder im Bereich unterhalb eines vorgegebenen maximalen Abschaltdrehmoments,
dem Nennmoment, reicht die Federkraft F2 der
zweiten Federmittel 18 aus, die Mitnehmer 8 in
den ersten Ausnehmungen 23 zu halten. Je höher
das Drehmoment jedoch wird, desto größer ist die
Kraft, die die Mitnehmer 8 aus den ersten Ausnehmungen 23 drängt. Überschreitet
das zu übertragende Drehmoment das Nennmoment, werden die Mitnehmer 8 komplett
aus den ersten Ausnehmungen 23 gedrängt, wie aus 7c) zu erkennen ist.
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Die
Mitnehmer 8 rollen nun auf der Kupplungshülse 22 ab.
Gleichzeitig rollen die Mitnehmer 8 auf der Stirnseite 33 der
Schaltscheibe 14 ab, und verursachen durch die Abrollbewegung,
dass die Schaltscheibe 14 nach rechts beaufschlagt wird,
was durch den rechtsweisenden Pfeil auf der Schaltscheibe 14 gekennzeichnet
ist. Dabei wird die Schaltscheibe 14 so lange gegenüber
der Kupplungshülse 5 nach rechts verdreht, bis
die zweiten Ausnehmungen 34 in Überdeckung mit
den Durchbrüchen 7 sind. Sind die zweiten Ausnehmungen 34 mit
den Durchbrüchen 7 in Überdeckung, können
die Mitnehmer 8 in die zweiten Ausnehmungen 34 einsinken.
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Wenn
die Mitnehmer 8 in die zweiten Ausnehmungen 34 einsinken,
können sich die zweiten Federmittel 18 wieder
entspannen, wobei die Schaltscheibe 14 mit dem axia len
Anschlag 32 in Kontakt gerät. Die Mitnehmer 8 sind
dann nicht mehr durch die zweiten Federmittel 18 beaufschlagt
und streben somit auch nicht mehr mit großer Kraft in die
ersten Ausnehmungen 23. Erst wenn die Umlaufgeschwindigkeit
der Kupplungsnabe unter einen gewissen Wert sinkt, reicht die Federkraft
F1 der radial wirkenden ersten Federmittel 20 aus,
um die Mitnehmer 8 aus den zweiten Ausnehmungen 34 zu
drücken und wieder in die ersten Ausnehmungen 23 zu
befördern. Ein Wiedereinschalten der Kupplung erfolgt also drehzahlabhängig.
Ein Wiedereinschalten allein durch Herabsinken des Drehmoments ist
nicht möglich.
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Aus 7c) ist ferner zu erkennen, dass der dritte
und der vierte Anschlag 30, 31 in der Freilaufstellung
miteinander in Anlage sind. Hierdurch wird erreicht, dass ein Verdrehen
der Schaltscheibe 14 gegenüber der Kupplungsnabe 5 über
die Freilaufstellung hinaus nicht möglich ist. Ein Überspannen der
ersten Federmittel 20 wird so vermieden. Es ist in 7a) zu erkennen, dass der dritte und der
vierte Anschlag 30, 31 um den zweiten Winkel β umfangsversetzt
zueinander angeordnet sind. In 7c),
in der die Schaltscheibe 14 um den ersten Winkel α gegenüber
der Kupplungshülse 5 verdreht wurde, sind die
Anschläge 30, 31 miteinander in Anlage.
Um zu erreichen, dass in der Freilaufstellung der dritte mit dem
vierten Anschlag 30, 31 in Anlage ist, entspricht der
zweite Winkel β dem ersten Winkel α.
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8 zeigt
die gleiche Anordnung wie in 7, jedoch
bei Betrieb in der zweiten Drehrichtung, die entgegengesetzt zur
ersten Drehrichtung ist. Steigt hier das Drehmoment an, werden die
Mitnehmer 8 ebenfalls aus den ersten Ausnehmungen 23 in
Richtung zur Schaltscheibe 14 beaufschlagt, wobei die Mitnehmer 8 im
Gegenuhrzeigersinn rollen. Durch die Abrollbewegung der Mitnehmer 8 im Gegenuhrzeigersinn
wird die Schaltscheibe 14 nach links beaufschlagt, was
durch den linksweisenden Pfeil in 7b)
gekennzeichnet ist. Ein Verdrehen der Schaltscheibe 14 nach
links ist jedoch nicht möglich, Anschläge 28, 29 bereits
miteinander in Anlage sind. Durch die Anschläge 28, 29 wird
somit verhindert, dass bei Betrieb in der zweiten Drehrichtung die Schaltscheibe 14 in
die Freilaufstellung überführbar ist. Zugleich
versucht die Kupplungshülse 22 gegenüber
der Kupplungsnabe 5 nach rechts zu wandern, was nur dann
gelingt, wenn das Drehmoment das Nennmoment überschreitet,
so dass die Federkraft F2 der zweiten Federmittel 18 überwunden
werden kann, wie es aus 8c) zu erkennen
ist.
-
Die
Mitnehmer 8 geraten nun, wie in 8c) zu
erkennen, in eine Ratschenposition zwischen die Schaltscheibe 14 und
die Kupplungshülse 22 und sind ständig über
die zweiten Federmittel 18 axial beaufschlagt, was dadurch
zu erkennen ist, dass die Schaltscheibe 14 nicht in Anlage
zum axialen Anschlag 32 ist. D. h. die zweiten Federmittel 18 wirken nun
permanent auf die Mitnehmer 8. In dieser Zwischenposition
sind die Kupplungsnabe 5 und die Kupplungshülse 22 frei
gegeneinander verdrehbar. Geraten die Mitnehmer 8 nun in Überdeckung
mit den ersten Ausnehmungen 23, versuchen die Mitnehmer 8 in
die ersten Ausnehmungen 23 einzusinken. Ist jedoch das
wirkende Drehmoment zu hoch, werden die Mitnehmer sofort wieder
aus den ersten Ausnehmungen 23 herausgedrückt.
Erst wenn das Drehmoment einen gewissen Wert unterschritten hat, reicht
die Federkraft F2 der zweiten Federmittel 18 aus,
die Mitnehmer 8 dauerhaft in den ersten Ausnehmungen 23 zu
halten, so dass eine Drehmomentübertragung zwischen Kupplungsnabe 5 und
Kupplungshülse 22 möglich ist. Ein Wiedereinschalten
erfolgt also in der zweiten Drehrichtung bei Unterschreitung des
Nennmoments, unabhängig von der anliegenden Drehzahl. Durch
das immerwährende Hinein- und Herausdrücken der
Mitnehmer 8 aus den ersten Ausnehmungen 23 entsteht
das für Kupplungsratschen typische ratternde Geräusch.
-
Ein
Vergleich der 7c) und 8c)
verdeutlicht die Unterschiede zwischen dem ausgeschalteten Zustand
in der einen Drehrichtung und dem ausgeschalteten Zustand in der
anderen Drehrichtung.
-
In 7c) befindet sich die Schaltscheibe 14 in
Freilaufstellung, wobei die zweiten Ausnehmungen 34 in
radialer Überdeckung zu den Durchbrüchen 7 sind.
Die Mitnehmer 8 können so in die zweiten Ausnehmungen 34 einsinken,
und die Schaltscheibe 14, beaufschlagt durch die zweiten
Federmittel 18 kann sich in Richtung Kupplungshülse
verschieben und am axialen Anschlag 32 abstützen.
Die Mitnehmer 8 werden in dieser Position nicht mehr über
die zweiten Federmittel 18 beaufschlagt.
-
Anders
ist es in 8c). Hier ist zu erkennen,
dass die zweiten Federmittel 18 gespannt sind und eine
maximale Kraft F2 aufbringen. Die Schaltscheibe 14 ist
hierbei nicht in Anlage zum axialen Anschlag 32, so dass
die Kraft F2 der zweiten Federmittel 18 auf
die Mitnehmer 8 wirkt. Die Mitnehmer 8 versuchen
somit ständig in die ersten Ausnehmungen 23 der
Kupplungshülse einzugreifen, wenn sie in Überlagerung
zu diesen geraten.
-
- 1
- Drehmomentbegrenzungskupplung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Innenverzahnung
- 4
- Längsachse
- 5
- Kupplungsnabe
- 6
- Kupplungsflansch
- 7
- Durchbrüche
- 8
- Mitnehmer
- 9
- Passfeder
- 10
- Mitnehmerdrehachse
- 11
- Nut
- 12
- radialer
Vorsprung
- 13
- Ausnehmung
- 14
- Schaltscheibe
- 15
- Drucklager
- 16
- Druckring
- 17
- Innenumfangsfläche
- 18
- Tellerfederpaket
- 19
- Stützring
- 20
- Spannklemmenpaket
- 21
- axialer
Vorsprung
- 22
- Kupplungshülse
- 23
- erste
Ausnehmungen
- 26
- Stirnseite
- 27
- Ausnehmung
- 28
- erste
Anschlagfläche
- 29
- zweite
Anschlagfläche
- 30
- dritte
Anschlagfläche
- 31
- vierte
Anschlagfläche
- 32
- axialer
Anschlag
- 33
- Stirnseite
- 34
- zweite
Ausnehmung
- 35
- radialer
Vorsprung
- F
- Federkraft
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10201988
C2 [0003, 0004]
- - DE 10348068 A1 [0006]