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Die Erfindung betrifft eine Rutschkupplung mit einem Antriebsteil, einem Abtriebsteil und einer Vielzahl von Federarmen, wobei jeder der Federarme entweder fest mit dem Abtriebsteil verbunden ist und mit seinem freien Ende an dem Antriebsteil anliegt oder fest mit dem Antriebsteil verbunden ist und mit seinem freien Ende an dem Abtriebsteil anliegt, wobei das freie Ende des jeweiligen Federarms einen Formschlussabschnitt aufweist, und wobei das Antriebsteil oder das Abtriebsteil eine Vielzahl von Federarm-Mitnahmeflanken aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Haushalts- oder Reinigungsgerät, insbesondere einen Staubsauger oder Küchenmixer, mit einem Elektromotor, einer Rutschkupplung und einem durch den Elektromotor über die Rutschkupplung angetriebenen Arbeitswerkzeug, beispielsweise eine Teppich- oder Polsterbürste oder ein Schneid- oder Knetwerkzeug.
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Herkömmliche reibschlüssige Rutschkupplungen haben typischerweise ein relativ hohes Reibmoment (Durchrutschmoment), jedoch ein unscharfes Losbrechmoment. Herkömmliche formschlüssige Rutschkupplungen haben dagegen ein sehr präzises Losbrechmoment, andererseits aber ein relativ niedriges Reibmoment.
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Aus der
DE 33 32 743 A1 ist eine formschlüssige Rutschkupplung bekannt, die für Bürsten von Fußbodenreinigungsgeräten, insbesondere Elektroteppichbürsten, mit Mittelantrieb bestimmt ist. Dabei werden die Bürsten durch eine in ihrem Innern verlaufende Welle angetrieben. In einem inneren Ringraum der Bürste ist eine S-förmige Feder angeordnet, die sich mit den Enden ihrer beiden Arme gegen die Ringrauminnenwand abstützt und zwischen beiden Armen einen gerade verlaufenden Abschnitt aufweist, welcher in einem Schlitz des Wellenendes eingreift. Die Enden der Feder sind mit Ausbuchtungen versehen, welche in diametral gegenüberliegende Vertiefungen eingreifen, die in der Ringrauminnenwand ausgebildet sind. Wird die Bürste blockiert, so dreht die Welle weiter und die Arme der Feder werden aus den Vertiefungen herausbewegt und elastisch in Richtung der Welle zusammengedrückt. Sie rutschen dann an der Ringrauminnenwand entlang, greifen in die gegenüberliegende Vertiefung ein, werden wieder herausbewegt und dabei zusammengedrückt usw.
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Weitere Überlastkupplungen (formschlüssige Rutschkupplungen) sind in der
EP 1 106 854 A2 beschrieben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überlastkupplung bzw. Rutschkupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein präzises Losbrechmoment sowie ein hohes Reibmoment hat und sich kostengünstig realisieren lässt. Insbesondere soll ein Reinigungsgerät mit einem elektromotorisch angetriebenen Arbeitswerkzeug angegeben werden, dessen Elektromotor sicher vor einer Beschädigung durch Überlastung geschützt ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe zunächst durch eine Rutschkupplung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hinsichtlich des Reinigungsgerätes wird diese Aufgabe durch ein Reinigungsgerät mit den in Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Rutschkupplung (Überlastkupplung) umfasst ein Antriebsteil, ein Abtriebsteil und eine Vielzahl von Federarmen. Der jeweilige Federarm ist entweder mit dem Abtriebsteil oder dem Antriebsteil fest verbunden, wobei das freie Ende des jeweiligen Federarms im ersten Fall an dem Antriebsteil oder im zweiten Fall an dem Abtriebsteil anliegt. Der jeweilige Federarm ist somit reibschlüssig an dem Antriebsteil oder dem Abtriebsteil abgestützt. Das freie Ende des jeweiligen Federarms weist einen Formschlussabschnitt auf, wobei das Antriebsteil oder das Abtriebsteil mit einer Vielzahl von Federarm-Mitnahmeflanken versehen ist. Die erfindungsgemäße Rutschkupplung hat mehr Federarm-Mitnahmeflanken als Federarme, wobei mindestens zwei der Federarme asynchron an den Federarm-Mitnahmeflanken formschlüssig anliegen, so dass wenn einer der Federarme mit seinem Formschlussabschnitt aufgrund einer Überlast von einer der Federarm-Mitnahmeflanken abrutscht, gleichzeitig ein anderer der Federarme mit seinem Armabschnitt, der von seinem Formschlussabschnitt entfernt liegt, reibend über eine Kupplungsfläche der Rutschkupplung rutscht, die in Drehrichtung der Rutschkupplung einer anderen der Federarm-Mitnahmeflanken vorgeordnet ist.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich eine Erhöhung des Durchrutschmoments (Reibmoments), ohne dabei das durch den Formschluss der Federarme an den Federarm-Mitnahmeflanken bewirkte Losbrechmoment anzuheben. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass sich bei einer entsprechend ausgeführten Rutschkupplung das Durchrutschmoment und das Losbrechmoment nahezu unabhängig voneinander einstellen lassen. Das Losbrechmoment lässt sich insbesondere durch eine Änderung der Anzahl der Federarme, durch eine Änderung der Form des am freien Ende des jeweiligen Federarms ausgebildeten Formschlussabschnitts und/oder durch eine Änderung der Form der Federarm-Mitnahmeflanken einstellen. Das Durchrutschmoment (Reibmoment) lässt sich nahezu unabhängig von dem Losbrechmoment insbesondere durch eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung der wirksamen Reibkontaktfläche zwischen Federarm und der Kupplungsfläche (Reibschlussfläche), die in Drehrichtung der Rutschkupplung einer Federarm-Mitnahmeflanken vorgeordnet ist, einstellen. Des Weiteren lässt sich das Durchrutschmoment auch durch eine Änderung der Rauigkeit der Kontaktfläche des jeweiligen Federarms und/oder der besagten Kupplungsfläche (Reibschlussfläche) einstellen. Ferner lässt sich das Durchrutschmoment auch durch eine Änderung der Anpresskraft des jeweiligen Federarms an besagter Kupplungsfläche (Reibschlussfläche) einstellen.
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Zudem erfordert die erfindungsgemäße Rutschkupplung nur eine relativ geringe Anzahl von Bauteilen, wodurch Fertigungs- und Montagekosten gespart werden können.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rutschkupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federarm-Mitnahmeflanken durch in Drehrichtung bzw. Umfangsrichtung der Rutschkupplung aufeinanderfolgende nockenförmige Vorsprünge definiert sind. Nockenförmige Vorsprünge lassen sich in Bezug auf ihre Form sehr variabel ausführen und bieten somit optimale Möglichkeiten für die Einstellung des Losbrechmoments als auch für die Einstellung des Durchrutschmoments. In diesem Zusammenhang weist der jeweilige nockenförmige Vorsprung vorzugsweise zwei unterschiedlich stark geneigte Flanken auf, wobei die stärker geneigte Flanke der beiden Flanken als Federarm-Mitnahmeflanke dient. Hinsichtlich der Einstellung des Durchrutschmoments ist es insbesondere von Vorteil, wenn zwischen der Federarm-Mitnahmeflanke und der weniger stark geneigten Flanke ein Plateau ausgebildet ist. Dieses Plateau ist vorzugsweise eben oder leicht konkav ausgebildet.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Rutschkupplung weist diese eine gerade Anzahl von Federarmen auf, wobei die Anzahl der Federarm-Mitnahmeflanken das 1,5-fache der geraden Anzahl der Federarme beträgt, und wobei bei Drehung des Antriebsteils zumindest die halbe Anzahl der Federarme keinen Formschluss mit den Federarm-Mitnahmeflanken erzeugen. Mit dieser Konfiguration sind das Durchrutschmoment und das Losbrechmoment sehr gut unabhängig voneinander einstellbar. Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Rutschkupplung mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens sechs oder mindestens acht Federarme auf.
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Um bei kompakten Abmessungen der Rutschkupplung deren Durchrutschmoment besonders effektiv anzuheben, ist nach einer weiteren bevorzugten Konfiguration vorgesehen, dass wenn einer der Federarme mit seinem Formschlussabschnitt an einer der Federarm-Mitnahmeflanken formschlüssig anliegt, der in Umfangsrichtung des Antriebsteils oder Abtriebsteils nachfolgende Federarm außer Eingriff mit den übrigen der Federarm-Mitnahmeflanken ist. Die Federarme erzeugen somit abwechselnd ein Bremsmoment und ein Losbrechmoment, wobei das Losbrechmoment im Falle einer Überlast intermittierend in Form kurzfristiger Drehmomentspitzen auftritt, während das zwischenzeitliche Bremsmoment (Durchrutschmoment) auf einem deutlich geringeren Niveau liegt als das Losbrechmoment.
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Das Losbrechmoment ist insbesondere von der Form der Federarm-Mitnahmeflanken und der Form des den Federarm-Mitnahmeflanken zugeordnete Formschlussabschnitts des jeweiligen Federarms abhängig. Vorzugsweise ist der Formschlussabschnitt des Federarms in Form einer Ausbuchtung, Verdickung oder Abwinkelung des freien Federarmendes ausgebildet.
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Die erfindungsgemäße Rutschkupplung lässt sich bei einer Vielzahl von Maschinen oder Elektrogeräten verwenden, in denen aus verschiedensten Gründen eine Überlastkupplung bzw. Rutschkupplung benötigt wird. Dies gilt insbesondere für elektromotorisch angetriebene Haushalts- bzw. Reinigungsgeräte wie Fußbodenreinigungsgeräte, insbesondere Staubsauger, und Küchenmixer.
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Bei elektromotorisch angetriebenen Haushalts- und Reinigungsgeräten besteht das Problem, eine einstellbare, für die Elektronik des Gerätes erkennbare Stromaufnahme des Motors im Überlastfall zu generieren, um ein sicheres Abschalten des Gerätes zu gewährleisten. Dieses Problem lässt sich durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Rutschkupplung lösen. Denn die erfindungsgemäße Rutschkupplung zeichnet sich im Überlastfall durch ein erhöhtes Durchrutschmoment (Reibmoment) aus, wodurch sich eine elektronisch gut erfassbare Stromaufnahme des Motors ergibt.
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Daher betrifft die Erfindung auch ein Haushalts- oder Reinigungsgerät mit einem Elektromotor, einer erfindungsgemäßen Rutschkupplung und einem durch den Elektromotor über die Rutschkupplung angetriebenen Arbeitswerkzeug, wobei das Gerät nach einer vorteilhaften Ausgestaltung eine elektronische Steuerung aufweist, welche die Stromaufnahme des Elektromotors erfasst, mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwert der Stromaufnahme vergleicht und den Motor bei Überschreiten des vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwertes abschaltet.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 einen Drehmomentverlauf einer herkömmlichen formschlüssigen Rutschkupplung im Überlastfall; und
- 2 eine erfindungsgemäße formschlüssige Rutschkupplung mit vergrößertem Reibanteil.
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1 zeigt den Drehmomentverlauf einer herkömmlichen formschlüssigen Rutschkupplung, beispielsweise der aus der
DE 33 32 743 bekannten Kupplung, in einem Überlastfall. Eine solche herkömmliche formschlüssige Rutschkupplung hat ein relativ hohes, präzises Losbrechmoment, aber ein niedriges Durchrutschmoment (Reibmoment). Die formschlüssige Rutschkupplung erzeugt im Überlastfall abwechselnd ein Losbrechmoment und ein Bremsmoment, wobei das Losbrechmoment intermittierend in Form kurzfristiger Drehmomentspitzen auftritt, während dazwischen das Durchrutschmoment auf einem deutlich geringeren Drehmomentniveau liegt.
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Ziel der Erfindung ist es, das Durchrutschmoment einer formschlüssigen Rutschkupplung zu erhöhen, dabei aber das Losbrechmoment der Kupplung möglichst konstant zu halten. Dies ist in 1 durch eine gestrichelte Linie L angedeutet. Durch die Erhöhung des Durchrutschmoments wird eine für eine elektronische Steuerung gut erfassbare Stromaufnahme des die formschlüssige Rutschkupplung antreibenden Elektromotors generiert.
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Die in 2 dargestellte Rutschkupplung umfasst ein Antriebsteil 1 in Form einer äußeren Nabe, ein Abtriebsteil 2 in Form einer inneren Nabe, die drehfest mit einer Welle 2.1 verbunden ist, und eine Vielzahl von Federarmen 3, die fest mit der inneren Nabe verbunden sind. Die Federarme 3 sind miteinander im Wesentlichen identisch ausgebildet. Der jeweilige Federarme 3 weist beispielsweise einen verdickten Verbindungsabschnitt oder Fuß 3.1 auf, der stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig, beispielsweise mittels einer Schraube (nicht gezeigt), mit dem Abtriebsteil bzw. der inneren Nabe 2 verbunden ist. Alternativ kann der jeweilige Federarm 3 auch einstückig mit der Nabe 2 ausgebildet sein. Die Federarme 3 bzw. deren Verbindungsabschnitte 3.1 sind gleichmäßig entlang des Umfangs der Nabe 2 verteilt angeordnet.
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An den Verbindungsabschnitt oder Fuß 3.1 schließt sich einstückig ein federelastischer Armabschnitt 3.2 an. Das freie Ende des Federarms 3 weist einen Formschlussabschnitt 3.3 auf. Der Formschlussabschnitt 3.3 ist in Form einer Ausbuchtung ausgebildet. Alternativ kann der Formschlussabschnitt 3.3 auch als Verdickung oder Abwinkelung des freien Endes des Federarms 3 ausgebildet sein. Die Verdickung, Abwinkelung oder Ausbuchtung 3.3 ist jeweils nach außen bzw. in Richtung der äußeren Nabe 1 gerichtet oder springt in diese Richtung vor. Die Federarme 3 sind jeweils so bemessen und geformt, dass sie mit ihren freien Enden und/oder einem anderen Abschnitt elastisch gespannt gegen die Innenseite 1.1 des ringförmigen Antriebsteils bzw. der Nabe 1 drücken. Wie in 2 zu erkennen ist, können die Federarme 3 so bemessen sein, dass ihr freies, den Formschlussabschnitt 3.3 aufweisendes Ende den Fuß oder Verbindungsabschnitt 3.1 eines benachbarten Federarms überlappt.
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Das Antriebsteil 1 weist eine Vielzahl nockenförmiger Vorsprünge oder Nocken 1.2 auf, die gleichmäßig entlang des Innenumfangs des Antriebsteils 1 verteilt angeordnet sind und Federarm-Mitnahmeflanken 1.21 definieren. Der jeweilige nockenförmige Vorsprung 1.2 hat zwei unterschiedlich stark geneigte Flanken 1.21, 1.22, wobei die stärker geneigte Flanke 1.21 der beiden Flanken als Federarm-Mitnahmeflanke dient.
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Der Formschlussabschnitt 3.3 des jeweiligen Federarms 3 kann von einer der Federarm-Mitnahmeflanken 1.21 formschlüssig ergriffen werden.
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Zwischen der Federarm-Mitnahmeflanke 1.21 und der weniger stark geneigten Flanke 1.22 ist ein Plateau 1.23 ausgebildet. Die Federarm-Mitnahmeflanke 1.21 und das daran anschließende Plateau 1.23 des nockenförmigen Vorsprungs 1.2 schließen einen Winkel im Bereich von ca. 95° bis 140°, vorzugsweise 100° bis 130° ein. Das Plateau 1.23 kann eben oder leicht konkav ausgebildet sein. Bei einem leicht konkaven ausgeführten Plateau 1.23 verläuft dessen Bogenabschnitt vorzugsweise konturparallel zu dem Kreisumfang der Nabe 1. Ist das Plateau 1.23 eben ausgebildet, so kann es gegebenenfalls auch ein geringes Gefälle in Richtung der weniger stark geneigten Flanke 1.22 aufweisen.
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Die Anzahl der Federarm-Mitnahmeflanken 1.21 ist größer als die Anzahl der Federarme 3. Die Federarme 3 sind in gerader Anzahl vorhanden. In 2 weist die Rutschkupplung acht Federarme 3 auf. Sie kann jedoch auch beispielsweise vier, sechs oder zehn Federarme 3 aufweisen. Die Anzahl der Federarm-Mitnahmeflanken 1.21 beträgt vorzugsweise jeweils das 1,5-fache der geraden Anzahl der Federarme 3. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Rutschkupplung somit zwölf Federarm-Mitnahmeflanken 1.21 bzw. Nocken 1.2 auf.
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Im normalen Betriebsfall der Rutschkupplung wird die halbe Anzahl der Federarme 3 formschlüssig von einer der Federarm-Mitnahmeflanken 1.21 ergriffen, während die übrigen Federarme 3 mit einem Armabschnitt 3.4, der von dem Formschlussabschnitt 3.3 entfernt liegt, ohne Formschluss an der Innenfläche 1.1 bzw. den Reibflächen der ringförmigen Nabe 1 anliegen.
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Die Drehrichtung der Nabe bzw. des Antriebsteils 1 der Rutschkupplung ist in 2 durch den Pfeil R angezeigt. Wird das Abtriebsteil 2 blockiert oder stark gebremst, so liegt insbesondere in Bezug auf den das Antriebsteils 1 antreibenden Elektromotor ein Überlastfall vor.
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Die in 2 gezeigte Rutschkupplung ist so aufgebaut, dass im Überlastfall drei Reibbereiche I, II und III auftreten. In einem ersten Bereich I reibt der nockenförmige Vorsprung 1.2 auf dem Rücken eines der Federarme 3. Diese Reibung erzeugt ein Durchrutschmoment (Reibmoment), jedoch nicht das Drehmomentmaximum bzw. Losbrechmoment. Die Reibung in diesem Bereich I ist vorteilhaft für die Rutschkupplung, da sie dessen Durchrutschmoment erhöht, ohne das Losbrechmoment anzuheben.
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In einem zweiten Bereich II reibt die Spitze bzw. der Formschlussabschnitt 3.3 des jeweiligen Federarms 3 auf dem Plateau 1.23 eines der nockenförmigen Vorsprünge 1.2. Der Formschlussabschnitt bzw. die Spitze 3.3 des Federarms 3 liegt auf dem Plateau 1.23 auf. Der Federarm 3 ist dabei maximal gegenüber seinen anderen möglichen Lagen ausgelenkt. Es wird eine maximale Reibkraft erzeugt, die zu einem maximalen Durchrutschmoment führt. Diese Art der Reibung ist sehr vorteilhaft.
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In einem dritten Bereich III liegt die Spitze bzw. der Formschlussabschnitt 3.3 des jeweiligen Federarms 3 auf der entgegen der Drehrichtung der Kupplung fallenden Flanke 1.22. Der Federarm 3 entspannt sich beim Weiterdrehen der Kupplung. Aufgrund der fallenden Flanke 1.22 übt der Federarm 3 eine Vortriebskraft auf die Rutschkupplungskontur aus. In diesem Bereich III entsteht daher kein Bremsmoment, sondern ein Antriebsmoment. Dieser Bereich II ist minimiert bzw. ist weitestgehend zu minimieren.
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Das Losbrechmoment wird durch die Schärfe des Formschlusses eingestellt, der entsteht, wenn der Formschlussabschnitt 3.3 des Federarms 3 an der Federarm-Mitnahmeflanke 1.21 des nockenförmigen Vorsprungs 1.2 angreift.
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Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise ist es auch möglich, die innere Nabe 2 bzw. die Welle 2.1 als Antriebsteil und die äußere Nabe 1 als Abtriebsteil zu verwenden, wobei dann allerdings die Welle 2.1 bzw. die innere Nabe 2 umgekehrt zu der in 2 durch den Pfeil R angezeigten Drehrichtung gedreht werden.
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Die erfindungsgemäße Rutschkupplung lässt vorteilhaft in elektromotorisch angetriebenen Haushalts- oder Reinigungsgeräten einsetzen, insbesondere in Elektroteppichbürsten.
