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Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit einer Sicherheitskupplung Antriebsstrang mit einer Sicherheitskupplung zwischen zwei miteinander zu verbindenden Kupplungsteilen des Antriebsstrangs, in welchem eines der beiden Kupplungsteile das Antriebsteil und das andere Kupplungsteil das Abtriebsteil ist, wobei das Antriebsteil über ein Sicherheitselement mit dem Abtriebsteil verbindbar ist, das mit dem Abtriebsteil verbundene Sicherheitselement ein Gehäuse mit einer zu dem Antriebsteil hin offenen Bohrung aufweist, in der ein Druckbolzen sowie eine an dessen Stirnseite anliegende Kupplungskugel axial verschieblich geführt und durch eine Federkraft in Richtung auf das Antriebsteil vorgespannt sind, das Antriebsteil einen formschlüssigen Einrastbereich für die Kupplungskugel aufweist und der der Kupplungskugel abgewandte Endbereich des Druckbolzens zumindest im entkuppelten Zustand frei zugänglich aus dem Gehäuse herausragt. Die auf den Druckbolzen sowie die Sperrkugel ausgeübte Federkraft wird häufig dadurch erzeugt, dass der Druckbolzen in dem der Kupplungskugel abgewandten Bereich einen umlaufenden, abgeschrägten Absatz aufweist, gegen den mehrere um seinen Umfang herum angeordnete Sperrkugeln anliegen und die Sperrkugeln mit einem federbelasteten, axial verschieblichen Druckring in Kontakt stehen.
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Ferner betrifft die Erfindung ein selbstrückstellendes Sicherheitselement sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs mit einem selbstrückstellenden Sicherheitselement.
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Antriebsstränge mit einer Sicherheitskupplung der genannten Art werden im Hause der Anmelderin bereits seit vielen Jahren produziert. Sie werden insbesondere als Drehmomentbegrenzer eingesetzt, jedoch ist es auch möglich, die Sicherheitskupplungen für lineare Anwendungen einzusetzen, bei denen die beiden Kupplungsteile relativ zueinander längsverschiebliche Schubelemente sind, die im eingekuppelten Zustand eine Schubkraft übertragen und deren maximale Schubkraft begrenzt werden soll.
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Eine ähnliche Sicherheitskupplung der genannten Art ist ferner aus der
US 9,086,096 B2 bekannt.
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Weiterhin ist eine Überlastkupplung bekannt (
DE 36 02 282 A1 ), die aus zwei gegeneinander drehbaren Kupplungshälften besteht. Die Kupplungshälften sind koaxial angeordnet und relativ zueinander drehbar, jedoch nicht relativ zueinander verschiebbar montiert. An ihren aufeinander zu gerichteten Stirnflächen sind die Kupplungshälften mit V-förmigen Zahnlücken an der einen Kupplungshälfte und mit V-förmigen Zähnen an der anderen Kupplungshälfte versehen. Die Zähne oder die Zahnlücken sind dabei an gegen eine Federkraft axial verschiebbar gelagerten Bolzen angeordnet. Bei Erreichen einer Überlast werden die Bolzen zurückgedrückt und die Kupplungshälften können sich relativ zueinander verdrehen.
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Bei den bekannten Sicherheitskupplungen, die als Drehmomentbegrenzer und Schubkraftbegrenzer eingesetzt werden, besteht der Nachteil, dass nach dem Auslösen des Sicherheitselements und der daraus resultierenden Trennung der Kupplung die in der rückwärtigen Stellung befindlichen Druckbolzen und Kupplungskugeln manuell wieder in die ursprüngliche Stellung gebracht werden müssen, um die Kupplung zu schließen und die Anlage weiter betreiben zu können. Dies geschieht dadurch, dass die Kupplungshälften in eine zueinander ausgerichtete Stellung gebracht werden und dass dann durch einen gezielten Hammerschlag auf das aus dem Gehäuse herausragende Ende des Druckbolzens die Kupplungskugel wieder in den Einrastbereich der gegenüberliegenden Kupplungshälfte eingreift und dadurch der Formschluss zwischen den beiden Kupplungshälften wiederhergestellt wird. Diese manuelle Tätigkeit, die nach jedem Störfall vorgenommen werden muss, wird insofern als nachteilig empfunden, da ein gesonderter Arbeitsgang und eine jeweilige Bedienungsperson erforderlich sind. Darüber hinaus erfordert die manuelle Tätigkeit insbesondere dann, wenn eine größere Anzahl von Sicherheitselementen zu bedienen ist, einen erheblichen Zeitaufwand.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Schließen der Kupplung nach erfolgter Trennung schneller, gezielter und ohne zusätzliche Bedienungspersonen vollziehen zu können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass an dem Antriebsteil ein über das Abtriebsteil hinausragender Zentrierflansch angeordnet ist, dass an dem Zentrierflansch ein sich parallel zu dem Druckbolzen erstreckender Haltebolzen befestigt ist, dass an dem Haltebolzen ein quer zur Längsachse des Druckbolzens schwenkbarer Betätigungshebel angeordnet ist, dass der Betätigungshebel an seinem Betätigungsende eine breite Endfläche und eine von dieser ausgehende Schrägfläche aufweist, dass der Betätigungshebel im eingekuppelten Zustand der Sicherheitskupplung in einer inaktiven Stellung steht und im ausgekuppelten Zustand aufgrund der Bewegungsunterschiede der Kupplungsteile mit seiner breiten Endfläche über das vorstehende Ende des Druckbolzens gegen die Kraft einer Torsionsfeder gleitet und dass bei einer kurzzeitigen gegenläufigen Bewegung der Kupplungsteile relativ zueinander der Betätigungshebel mit der an seinem Betätigungsende vorgesehenen Schrägfläche auf den aus dem Gehäuse herausragenden Endbereich des Druckbolzens aufläuft, wodurch der Druckbolzen mit der Kupplungskugel in die eingerastete Kupplungsstellung zurückgedrückt und dadurch eine Selbstrückstellung bewirkt wird.
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Aufgrund der Erfindung ist es nunmehr möglich, den Vorgang des Schließens der Kupplung nach einer erfolgten Trennung vollständig zu automatisieren, sodass weder ein gesondertes Werkzeug noch eine zusätzliche Bedienungsperson erforderlich sind. Auch kann der automatisierte Vorgang wesentlich schneller durchgeführt werden, da sämtliche Sicherheitselemente.durch den Betätigungshebel gleichzeitig in die entsprechende Kupplungsposition gebracht werden können. Allerdings ist das erfindungsgemäße selbstrückstellende Sicherheitselement auf drehrichtungskonstante bzw. schubrichtungskonstante Anwendungen beschränkt.
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Um ein stabiles Wiedereinkuppeln zu gewährleisten, kann der Betätigungshebel beim Auflaufen der Schrägfläche auf den vorstehenden Endbereich des Druckbolzens gegen einen Anschlag anliegen, der den Betätigungshebel bei diesem Vorgang zuverlässig festlegt.
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Die erfindungsgemäße Sicherheitskupplung kann bei verschiedenen Anwendungsfällen eingesetzt werden. Beispielsweise können die beiden Kupplungsteile 2 um koaxial zueinander verlaufende Achsen drehbare Kupplungsflansche sein, die im eingekuppelten Zustand ein Drehmoment übertragen, wobei die Sicherheitskupplung das zu übertragende Drehmoment begrenzt. Bei solchen Anwendungsfällen werden in der Regel mehrere über den Umfang der Kupplungsflansche verteilt angeordnete Sicherheitselemente eingesetzt.
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Ferner kann die Erfindung auch bei linearen Anwendungen eingesetzt werden, bei denen die beiden Kupplungsteile beispielsweise relativ zueinander längsverschiebliche Schubelemente sind, die im eingekuppelten Zustand eine Schubkraft übertragen, wobei das Sicherheitselement die zu übertragende Schubkraft begrenzt.
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Der die automatische Selbstrückstellung bewirkende Betätigungshebel ist zweckmäßig auf beiden Seiten mit entsprechenden Schrägflächen ausgestattet, wobei die Schrägflächen zueinander gegenläufig ausgebildet sind. Ein solcher Betätigungshebel kann je nach der vorgegebenen Bewegungsrichtung der An- und Abtriebsteile in um 180° zueinander versetzten Betriebstellungen montiert werden, d.h., dass der Betätigungshebel für beide Bewegungsrichtungen der Antriebsstränge verwendet werden kann.
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Der Haltebolzen, auf dem der Betätigungshebel schwenkbar angeordnet ist, kann aus einem Aufnahmebolzen sowie einem in dessen Stirnende eingeschraubten Gewindebolzen bestehen wobei der Betätigungshebel gegen die Kraft der Torsionsfeder schwenkbar ist.
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Die Torsionsfeder kann beispielsweise als Schenkelfeder ausgebildet sein, von der ein Ende mittelbar oder unmittelbar mit dem Gewindebolzen und das andere Ende mit dem Betätigungshebel verbunden ist.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf das einzelne selbstrückstellende Sicherheitselement. Die die Selbstrückstellung bewirkenden Konstruktionsteile können mit geringem Aufwand bei den bekannten Sicherheitselementen nachgerüstet werden, indem die entsprechenden Konstruktionsteile nachträglich an dem Antriebsteil der Kupplung angebracht werden.
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Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstrangs mit einem selbstrückstellenden Sicherheitselement. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass nach der Trennung der beiden Kupplungshälften und der sich dadurch einstellenden Geschwindigkeitsunterschiede der Kupplungshälften relativ zueinander der Betätigungshebel mit seiner breiten Endfläche über den nunmehr vorstehenden Endbereich des Druckbolzens gegen die Kraft der Torsionsfeder weggedrückt wird, dass, nachdem die beiden Kupplungshälften zum Stillstand gekommen sind, der Motor des Antriebsstrangs kurzzeitig seine Drehrichtung ändert und dass der Betätigungshebel mit seiner jeweiligen Schrägfläche auf den vorstehenden Endbereich des Druckbolzens aufläuft und diesen in seine einkuppelnde Stellung zurückdrückt. Bei dem erfindungsgemäß Verfahren ist es nicht mehr erforderlich, die Kupplungshälften zum Wiedereinkuppeln in die richtige Stellung zu bringen, in der sich die Kupplungskugel genau gegenüber dem kalottenförmigen Einrastbereich befindet. Denn bei der Drehrichtungsänderung der angetriebenen Kupplungshälfte zum Wiedereinkuppeln greift der Betätigungshebel genau dann ein, wenn der Druckbolzen und die Kupplungskugel zu dem Einrastbereich fluchten. Dies ist dadurch bedingt, dass der Betätigungshebel über den Haltebolzen mit der antreibenden Kupplungshälfte verbunden ist, an der der Einrastbereich für die Kupplungskugel sitzt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und im Nachstehenden im Einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
- 1: die radial außenliegenden Abschnitte zweier Flansche mit einer drehmomentbegrenzenden Sicherheitskupplung gemäß dem Stand der Technik,
- 2: einen ähnlichen Schnitt wie in 1 in etwas ausführlicherer Darstellung mit dem erfindungsgemäßen selbstrückstellenden Sicherheitselement,
- 3: einen Schnitt entlang der Linie III-III aus 2,
- 4: einen Schnitt entlang der Linie IV-IV aus 2,
- 5: in vergrößerter, perspektivischer Darstellung den radial außenliegenden Bereich der Flansche mit dem selbstrückstellenden Sicherheitselement in der Rechtsausführung,
- 6: die gleiche Darstellung wie 5 für die Linksausführung,
- 7: ein Ausführungsbeispiel für eine lineare Anwendung der Erfindung und
- 8: einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII aus 7.
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In 1 ist eine herkömmliche Sicherheitskupplung 1 am Beispiel einer drehmomentbegrenzenden Kupplung dargestellt. Dabei sind die radial außenliegenden Enden zweier Kupplungsflansche 2, 3 gezeigt, an denen ein Sicherheitselement 4 als Sicherheitskupplung vorgesehen ist. Solche drehmomentbegrenzenden Kupplungen werden in Antriebssträngen eingesetzt, um bei plötzlich auftretenden Überlasteten (erhöhtes Drehmoment) bestimmte Komponenten (z.B. Motoren und Getriebe) vom Antriebsstrang zu trennen und somit vor Überlast zu schützen.
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Diese bekannten Sicherheitselemente, die in verschiedenen Größen und für verschiedene Drehmomentbegrenzungen ausgelegt sind, bestehen im Wesentlichen aus einem Gehäuse 5 mit einer zu dem angetriebenen Kupplungsflansch 2 hin offenen Bohrung 6, in der ein Druckbolzen 7 sowie eine an dessen Stirnseite anliegende Kupplungskugel 8 axial verschieblich geführt und durch Federkraft in Richtung auf den antreibenden Kupplungsflansch 2 vorgespannt sind.
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Der antreibende Kupplungsteil (Kupplungsflansch 2) ist mit einem formschlüssigen Einrastbereich 9, vorzugsweise in Form einer Kalotte, versehen, in welchen die Kupplungskugel 8 im eingekuppelten Zustand formschlüssig eingreift und dadurch den Kupplungszustand definiert.
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Der Druckbolzen 7 weist in seinem der Kupplungskugel 8 abgewandten Bereich einen umlaufenden, abgeschrägten Absatz 10 auf, gegen den mehrere um seinen Umfang herum angeordnete Sperrkugeln 11 anliegen. Die Sperrkugeln 11 stehen mit einem axial verschieblichen Druckring 12 in Kontakt, gegen den ein Tellerfederpaket 13 anliegt. Das Tellerfederpaket 13 ist über einen Stellring 14 bezüglich seiner Federkraft einstellbar.
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Der der Kupplungskugel 8 abgewandte Endbereich des Druckbolzens 7 ragt im entkuppelten Zustand frei zugänglich aus dem Gehäuse heraus.
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Nach dem Auslösen des Sicherheitselements 4 und der daraus resultierenden Trennung der Kupplung muss der Druckbolzen 7 gemeinsam mit der Kupplungskugel 8 manuell wieder in die ursprüngliche Stellung gebracht werden, um die Kupplung zu schließen und die Anlage weiter zu betreiben. Dies geschieht dadurch, dass man die Kupplungshälften in die richtige Stellung zueinander dreht, bei der die Kupplungskugeln 8 zu dem Einrastbereich 9 fluchten, und dass dann mit einem gezielten Hammerschlag die Kupplung wieder eingerastet wird.
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Um das Schließen der Kupplung nach einer Trennung zu vereinfachen, soll gemäß der Erfindung eine automatische Schließung der Kupplung erfolgen, um die zusätzlichen handwerklichen Arbeitsgänge zu vermeiden.
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Eine solche Lösung ist anhand einer drehmomentbegrenzenden Kupplung in 2 dargestellt, bei der für gleiche Teile identische Bezugszeichen verwendet werden.
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Das Sicherheitselement 4 ist dabei in gleicher Weise ausgebildet wie bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Neu hinzugekommen ist bei diesem Ausführungsbeispiel lediglich der Mechanismus, durch den die Rückstellung des Sicherheitselements 4 in die eingekuppelte Stellung erzielt wird.
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Um dies zu erreichen, ist der in 1 dargestellte Zentrierflansch 15, mit dem über eine Stellschraube 16 der kalottenförmige Einrastbereich 9 einstellbar ist, über den Außendurchmesser der Kupplungsflansche 2, 3 hinaus verlängert und dient nunmehr zusätzlich als Tragflansch 17. An dem Tagflansch 17 ist ein Haltebolzen 18 angeordnet, der sich über den angetriebenen Kupplungsflansch 3 hinaus bis zum gegenüberliegenden Ende des Sicherheitselements 4 erstreckt. Der Haltebolzen 18 setzt sich zusammen aus einem unmittelbar an dem Tagflansch 7 befestigten Aufnahmebolzen 19 sowie einem in dessen Stirnende eingeschraubten Gewindebolzen 20. Am äußeren Ende des Gewindebolzens 20 sitzt ein Betätigungshebel 21, der über eine Distanzbuchse 22 gegen den Aufnahmebolzen 19 abgestützt ist und durch den Kopf 23 des Gewindebolzens 20 auf diesem gehalten wird.
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Auf der Distanzbuchse 22 sind zwei Schenkelfedern 24 angeordnet, mit denen der Betätigungshebel 21 im Normalbetrieb in einer inaktiven Stellung gehalten wird, in welcher er eine von dem Endbereich 25 des Druckbolzens 7 entfernte Stellung einnimmt.
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Wie aus 2 zu erkennen ist, sind an dem dem Stirnende des Aufnahmebolzens 19 sowie an dem dem Betätigungshebel 21 zugewandten Ende der Distanzbuchse 22 Anschlagstifte 26 und 27 vorgesehen, die den Schwenkwinkel des Betätigungshebels 21 begrenzen.
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In 3 ist in vergrößertem Maßstab ein Schnitt entlang der Linie III-III aus 2 veranschaulicht. Dieser Schnitt verläuft durch den Betätigungshebel 21, der drehbar auf dem Gewindebolzen 20 gelagert ist. Die Anschlagstifte 27, die in der Stirnseite der Distanzbuchse 22 angeordnet sind, greifen in Langlöcher 28 des Betätigungshebels 21 ein und begrenzen damit den Schwenkwinkel des Betätigungshebels 21 relativ zu der Distanzbuchse 22.
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In 4 ist in ebenfalls vergrößertem Maßstab ein Schnitt entlang der Linie IV-IV aus 2 veranschaulicht. Gemäß dieser Darstellung greifen die an dem Aufnahmebolzen 19 vorgesehenen Anschlagstifte 26 in entsprechende Langlöcher 29 der Distanzbuchse 22 und begrenzen damit den Drehwinkel der Distanzbuchse 22 relativ zu dem Aufnahmebolzen 19.
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Wie gesagt, ist das erfindungsgemäße Sicherheitselement 4 insbesondere für drehrichtungskonstante Anwendungen vorgesehen.
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In 5 ist in stark vergrößerter Darstellung in perspektivischer Darstellung der in 2 gezeigte obere Bereich des Sicherheitselements 4 dargestellt. Es sind dabei die Kupplungsflansche 2 und 3 zu erkennen sowie der verlängerte Tragflansch 17, an dem der Aufnahmebolzen 19 und der Gewindebolzen 20 befestigt sind, wobei allerdings von dem Gewindebolzen 20 nur der Kopf 23 zu sehen ist, der den Betätigungshebel 21 fixiert.
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Wie aus 5 hervorgeht, weist der Betätigungshebel 21 an seinem Betätigungsende 30 eine breitere Endfläche 31 auf, von der mindestens eine dem Endbereich 25 des Druckbolzens 7 zugewandte Schrägfläche 32 ausgebildet ist.
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Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Betätigungsende 30 zwar eine weitere Schrägfläche 33 an der der Schrägfläche 32 gegenüberliegenden Seite auf, jedoch hat dies lediglich den Zweck, den Betätigungshebel 21 bei unterschiedlichen Sicherheitselementen 4 für Linkslauf und Rechtslauf einzusetzen.
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Wie gesagt, ist das erfindungsgemäße Sicherheitselement 4 gemäß 2 bis 6 insbesondere für drehrichtungskonstante Anwendungen vorgesehen. Das in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel ist dabei als Rechtsausführung ausgebildet, bei der lediglich die Schrägfläche 32 zum Einsatz kommt, während die auf der gegenüberliegenden Seite angeordnete Schrägfläche 33 im vorliegenden Fall nicht benötigt wird.
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In 6 ist die gleiche Konstruktion wie in 5 dargestellt, wobei diese Ausführungsform jedoch als Linksausführung ausgebildet ist. Von den von der breiten Endfläche 31 ausgehenden Schrägflächen ist die aktive Schrägfläche 33 bei dieser Darstellung nicht zu sehen, sondern lediglich die im vorliegenden Fall inaktive Schrägfläche 32, die auf der gegenüberliegenden Seite des Betätigungshebels 21 angeordnet ist. Bei dieser Ausführung wirkt die in der Zeichnung verdeckte Schrägfläche 33 mit dem Endbereich 25 des Druckbolzens 7 zusammen und drückt den Druckbolzen 7 in die eingekoppelte Stellung.
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Der Vorgang des Trennens und des automatischen Wiedereinkuppelns spielt sich wie folgt ab:
- Nach dem Entkuppeln der beiden Kupplungshälften, im vorliegenden Fall der beiden Kupplungsflansche 2 und 3, stellen sich zwischen den beiden Kupplungsflanschen relativ zueinander Geschwindigkeitsunterschiede ein. Dadurch wird der Betätigungshebel 21 mit seiner breiten Endfläche 31 über dem nunmehr vorstehende Endbereich 25 des Druckbolzens 7 gegen die Kraft der Schenkelfedern 24 weggedrückt. Nachdem die beiden Kupplungsflansche 2, 3 zum Stillstand gekommen sind, wird der Motor in entgegengesetzter Drehrichtung angetrieben, wodurch der Betätigungshebel 21 mit seiner jeweiligen Schrägfläche 32 bzw. 33 auf den vorstehenden Endbereich 25 des Druckbolzens 7 aufläuft und den Druckbolzen 7 dadurch in seine eingekuppelte Stellung zurückdrückt. Dabei greift die Kupplungskugel 8 wieder in den Einrastbereich 9 des Kupplungsflansches 2 ein.
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Der Betätigungshebel 21 ist auf beiden Seiten mit einer Schrägfläche 32 bzw. 33 versehen, um ihn sowohl für Rechtsausführungen als auch für Linksausführungen verwenden zu können. Der Betätigungshebel braucht dann lediglich in einer um 180° gedrehten Stellung auf den Gewindebolzen 20 montiert zu werden.
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Das in 7 und 8 dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Anwendung des erfindungsgemäßen Sicherheitselements 4 bei geradlinigen Ausführungen, bei denen die beiden Kupplungsteile als relativ zueinander längsverschiebliche Schubelemente 34, 35 ausgebildet sind. Diese übertragen im eingekuppelten Zustand eine Schubkraft, wobei das Sicherheitselement 4 die zu übertragende Schubkraft begrenzt. Die beiden Schubelemente 34, 35 sind in Führungen 36 gelagert. Das Sicherheitselement 4 sowie der Rückstellmechanismus sind identisch ausgebildet wie bei dem in 2 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die miteinander zu verbindenden Kupplungsteile als Kupplungsflansche 23 ausgebildet sind.
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Das erfindungsgemäße selbstrückstellende Sicherheitselement stellt gegenüber dem bisherigen Stand der Technik zumindest bei drehrichtungskonstanten und schubrichtungskonstanten Anwendungen einen erheblichen technischen Fortschritt dar, der das nach einem Störfall und der dadurch bewirkten Trennung der Kupplungshälften zu bewirkende Wiedereinkuppeln automatisiert und dadurch beschleunigt, sodass Stillstandszeiten der Anlage reduziert werden können.
