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Überlastungsschutz für schaltmittelgesteuerte Kupplungen Die Erfindung
betrifft einen Überlastungsschutz für schaltmittellgesteuerte Kupplungen mit einem
bei Überlast ansprechenden Impulsgeber, der insbesondere für den Vorschubantrieb
von Werkzeugmaschinen geeignet ist.
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Die bekannten Überlastungsschutzeinrichtungen weisen den Nachteil
auf, daß der Antrieb nach einer Überlastung nicht ohne weiteres einschaltbar ist,
wenn die Überlastung fortgefallen ist. Es kann vorkommen, daß, wenn eine Überliastungskupplung
beispielsweise als Stirnzahn- oder Klauenkupplung ausgebildet ist, sich der Zahnkopf
der einen Kupplungshälfte auf den Zahnkopf .der anderen setzt, so @daß das von der
überlastungsschutzeinrichtung beeinfiußte @Gesperre an der Einschalteinrichtung
nicht einfallen kann. Das Einschalten der Maschine ist somit behindert oder kann
erst nach der Vornahme besonderer, von Hand ausgeführter Schaltungsvorgängegetätigt
werden.
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Es sind .auch Überlastungsschutzeinrichtungen bekannt, bei welchen
auf elektrischem oder auf mechanischem Wege, beispielsweise mittels Summengetriebe,
eine zu beiden Seiten einer Überlastungskupplung infolge einer Überlastung auftretende
Drehzahldifferenz zur Abschaltung eines Antriebes oder zum Ausrücken einer Kupplung
herangezogen wird. Diese Schutzeinrichtungen sind jedoch entweder nur für eine Drehrichtung
geeignet, oder sie weisen, ebenso wie die vorstehend dargestellten Einrichtungen,
den Nachteil auf, daß der Antrieb bzw.,die Kupplung erst nach Rückholung der durch
die Drehzahldifferenz verdrehten Bauteile in eine Normallage wieder einschaltbar
sind.
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Andere bekannte Überlastungsschutzeinrichtungen nutzen nicht Aden
relativen Schlupf der Kupplungshälften einer Überlastungskupplung zur Abschaltung
bei Überlastung aus, sondern eine hierbei auftretende Verformung eines elastischen
Zwischengliedes. Diese Bauformen weisen jedoch ebenfalls Nachteile auf: Sie benötigen
zur Erzeugung der notwendigen Anpreßkraft des elastischen Gliedes ein unter Druck
stehendes Medium, wie z. B. Preßluft. Die Zuführung und Steuerung dieses Merdiums
benötigt zusätzliche, teure Bauelemente. Des weiteren muß zur Schonung des Zwischengl:ieldesdessen
elastische Verformung verhältnismäßig gering bleiben, so daß eine Eichung dieser
Schutzeinrichtungen auf ein vorbestimmtes Drehmoment Schwierigkeiten bereitet.
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Des weiteren ist es 'bekannt, einem zu überwachenden Antrieb einen
Generator zuzuschalten, der bei durch Drehzahlabfall bedingter Absenkung der in
ihm erzeugten Spannung den Antrieb abschaltet. Diese Einrichtung weist jedoch neben
dem bereits -erwähnten Nachteil einer Behinderung des Wiedereinschaltens des Antriebes
noch weitere Mängel auf: Es ist eine umfangreiche und störanfällige elektrische
Ausrüstung erforderlich, die noch dazu bei jedem Drehzahlwechsel des Antriebes umgeschaltet
werden muß.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, mit jeder Kupplungshälfte
einer Überlastungskupplung einen Magnetinduktor zu koppeln und deren Spannung miteinander
zu vergleichen, -derart, daß bei einer Drehzahldifferenz der beiden Kupplungshälften
die Kupplung ausgerückt wird. Diese Einrichtungen benötigen jedoch eine Vielzahl
empfindlicher, elektrischer Schaltelemente und .außerdem, um eine genügende Ansprechempfindlicbkeit
zu erzielen, eine Verstärkereinheit, so daß sie teuer, wartungsbedürftig und bei
einem rauben Werkstattbetrieb nur begrenzt einsatzfähig sind; auch weisen sieden
Nachteil auf, .daß die Einschaltorgane beim Einrücken der Kupplung bis zu deren
Gleichlauf bedient werden müssen.
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Gemäß der Erfindung ist zur Vermeidung der aufgezeigten Mängel der
bekannten Überlastungsschutzeinrichtungen und zur Schaffung eines billigen, .einfachen
und betriebssicher arbeitenden Überlastungsschutzes vorgesehen, daß der Impulsgeber
aus einer besonderen, in die getriebene Welle geschalteten Überlastungskupplung
besteht, die bei Relativverdrehung ihrer Kupplungsteile eine ein Schaltmittel in
Kuppelstellung haltende Verriegelung durch einen Elektromagneten über eine Relaiseinrichtung
löst, @durch die der Elektromagnet erst nach wieder eingeschaltetem Schaltmittel
und nach wieder eingerückter Überlastungskupplung auf Überlastungsimpulse erneut
ansprechen kann.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist als die das Schaltmittel
in Kuppelstellung haltende Verriegelung in an sich bekannter Weise ein bei Betätigung
des Schaltmittels eine Drehbewegung ausführendes Sperrrad mit am Umfang angeordneten
Vertiefungen vorgesehen,
in die bei Kuppelstellung des Schaltmittels
eine Klinke unter der Kraft einer Feder einfällt.
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In weiterer Ausgestaltung -der Erfindung weist die den Stromkreis
des Elektromagneten überwachende Relaiseinrichtung ein erstes Relais auf, ,dessen
Stromkreis bei eingerückter Überlastungskupplung und in Kuppelstellung befindlichen
Schaltmittel geschlossen ist und,das bei Erregung einen Schalter schließt, der den
Stromkreis des Relais unabhängig von der Kupplungslege der Überlastungskupplung
.geschlossen hält, i und enthält ein zweites Relais, dessen Stromkreis bei ausgerückter
Überlastungskupplung, erregtem erstem Relais und in Kuppelstellung befindlichem
SchaItmittel :geschlossen ist und das bei Erregung einen Schalter, der .den Stromkreis
des Relais ebenfalls unabhän- i gig von der Kuppellage der Überlastungskupplung
geschlossen hält, und einen weiteren Schalter schließt, der den Stromkreis :des
,die Verriegelung betätigenden Elektromagneten überwacht.
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In Abwandlung dieser Ausgestaltung der Erfindung kann die den Stromkreis
des Elektromagneten überwachende Relaiseinrichtung ein Relais aufweisen, dessen
Stromkreis bei eingerückter Überlastungskupplung und in Kuppelstellung befindlichem
Schaltmittel geschlossen ist und das bei Erregung einen Schalter, der den Stromkreis
des Relais unabhängig von der Kuppellage der Überlastungskupplung geschlossen hält,
sowie einen weiteren Schalter schließt, der zusätzlich zu einer bei ausgekuppelter
Überlastungskupplung durch diese geschlossenen Kontakteinrichtung in den Stromkreis
des die Verriegelung betätigenden Elektromagneten eingeordnet ist.
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Um zu bewirken, daß die Relais mit Sicherheit erregt werden, wenn
beim Überschreiten eines Grenzdrehmomentes die Überlastungskupplung in schneller
Folge ausrückt und wieder einfällt und somit den Relais nicht genügend Zeit zum
Ansprechen läßt, können in weiterer Ausbildung der Erfindung parallel zu den Relaisspulen
und &w. oder dem Elektromagneten Kondensatoren vorgesehen sein, deren Potential
bei jeder Schaltung um einen Betrag erhöht wird, bis diese sich nach Erreichen eines
Maximalwertes über die Relaisspulen entladen und ein Strom fließt, dessen Dauer
zur Erregung ausreicht. Die gleiche Wirkung wird erreicht, wenn die Kondensatoren
mit den Relaisspulen in Reihe liegen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung eines
Überlastungsschutzes schematisch dargestellt.
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Von einem Getriebe aus erfolgt hierbei der Antrieb für den Vorschub
eines Werkzeugmasehinenschlittens wahlweise über zwei elektromagnetische Kupplungen,
von denen die eine, 1, beispielsweise für den Rechtslauf und die andere, 2, für,den
Linkslauf vorgesehen sein kann. Die Magnetspulen dieser Kupplungen seien mit 3 und
4 bezeichnet. Auf der gemeinsamen Welle 5 ist ;die eine Hälfte 6 einer Überlastungskupplung
befestigt, die mit einer Stirnverzahnung versehen :sei. Diese greift -in die Gegenverzahnung
der anderen Kuppiungshälfte7 ein, welche drehfest und längsverschiebbar auf der
Schneckenwelle8 angeordnet ist :und die durch eine Feder 9 gegen die Kupplungshälfte
6 gedrückt wird. Die Spannung der Feder kann mit Hilfe der Mutter 10 eingestellt
wenden. Auf der Schneckenwelle 8 befirndet sich eine Schnecke 11, die das Drehmoment
an das Schneckenrad 12 ,abgibt, welches in dem gewählten Beispiel ein Ritzel zum
Vorschub des Schlittens antreiben kann.
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Zum Einschalten der Kupplungen 1 und 2 sind zwei Schalter 13 und 14
vorgesehen, die von einem Handhebel 15 über einen Nocken 16 betätigt wenden können.
Gemeinsam mit dem Handhebel 15 und dem Nocken 16 sitzt auf einer Schaltwelle
17 ein -Sperrrad-18, -das entsprechend der Nockenform zwei Vertiefungen 19, 20 -aufweist,
in die ;die Klinke 21 unter der Wirkung einer Feder 22 einfallen kann. In der dargestellten
Lage werden (die Teile 15 bis 18 durch einen einarmigen Hebel 32 und zwei Federn
33 gehalten. Der freie Hebelarm der Klinke 21 ist durch einen Elektromagneten 23
schwenkbar. Mittels einer Feder 24 wird gegen die axial verschiebbare Kupplungshälfte
7 ein zweiarmiger Hebel 25 gedrückt, dessen freier Hebelarm mittels eines Übertragungsgliedes
26 mit einem Kippschalter 27 in Verbindung steht. In ,dem Stromkreis des Elektromagneten
23 liegen Kontakte -eines Relais 28 und eines Relais 29, parallel zu deren Spulen
in an sich bekannter Weise je ein Kondensator30 und 31 angeordnet sein kann.
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Die Wirkungsweise ist folgernde: Im Ruhestand, d. h. vor dem Einschalten
der Kupplung 1 oder 2, befinden sich alle Schaltelemente in der gezeichneten Stellung.
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Soll die elektromagnetische Kupplung 1 für den Rechtslauf eingeschaltet
werden, so wird der Handhabe115 gemäß der Zeichnung entgegen dem Uhrzeigersinn geschwenkt.
Die Klinke 21 fällt in .die Vertiefung 19 ein und hält die Einschaltvorrichtung
in dieser Lage fest. Durch das Schwenken des Handhebels 15 werden durch den Nocken
16 die Ruhekontakte 35 des Schalters 13 geöffnet und die Arbeitskontakte 36 geschlossen.
Es kann von der Leitung 37 aus ein Strom fließen über die Leitungsabschnitte 38,
39, 40; 41, über die Spule 4 in der elektromagnetischen Lamellenkupplung 1, ferner
über die Leitungsabschnitte 42, 43, die Arbeitskontakte 36, die Leitungsa#bschnitte44,
_45 zum Gegenpol46. Die Kupplung l ist somit eingeschaltet, und der Werkzeugmaschinensohlitten,
wird in einer Richtung vorgeschoben. Gleichzeitig mit der Betätigung des Schalters
13 wird auch folgender Stromkreis geschlossen: Leitung 37, Leifiungsabschnitt47,
Relaisspule28; Leitungsabschnitt 48, Kontakte 49, 50 des Kippschalters 27, Leitungsaibsohnitte
51, 52, Ruhekontakte 53 des Schalters 14, Leitungsabschnitte 54, 43, Arbeitskontakte
36 des Schalters 13, Leitungsabschnitte 44, 45 zum Gegenpol 46. Das Relais 28 zieht
an und schließt seine Arbeitskontakte 55 und 56, womit sich !das Relais 28 unabhängig
vom Kippschalter 27 selbst hält, denn es ist nun .auch folgender Stromkreis geschlossen:
Leitung 37, Leitungsabschnitte 47, Spule 28, Leitungsabschnitte 48, 57, 58, Arbeitskontakte
55, Leitungsabschnitte 59, 51, 52, Ruhekontakte 53, Leitungsabschnitte 54, 43, Arbeitskontakte
36, Leitungsabschnitte 44, 45, Gegenpol 46.
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Überschreitet das Drehmoment nun einen Wert, der mit Hilfe der Mutter
10 eingestellt werden kann, so wird infolge der Zahnschrägen die Kupplungshälfte
7 im Sinne der Zeichnung nach links bewegt und der zweiarmige Hebel 25 so
geschwenkt, daß der Sehalter 27 von Kontakt 50 zum Kontakt 60 umgelegt wird. Hierdurch
wind nun folgender Stromkreis geschlossen: Leitung 37, Leitungsabschnitte 38, 61,
Relaisspule 29, Leitungsabschnitte 62, 63, Kontakte 60, 49, Leitungsabschnitte 57,
58, Arbeitskontakte 55, Leitungsabschnitte 59, 51, 52, Ruhekontakte 53, Leitungsabschnitte
54, 43, Arbeitskontakte 36; Leitungsalbschnitte44, 45, Gegenpo146. Das Relais29
zieht an, schließt seine Arbeitskontakte 64 und 65, so daß sich das Relais 29 selbst
halten kann über den Stromkreis: Leitung 37, Leitungsabschnitte 38, 61, Spüle 29,
Leitungsabschnitt..
62, 66, Arbeitskontakte 64, Leitungsabschnitte 67, 58, Arbeitskontakte 55 und weiterhin
in der mehrfach vorher beschriebenen Weise. Gleichzeitig schließt das Relais 29
auch den Stromkreis über Leitung 37, Leitungsabschnitte 38, 39, 68, Magnetspule
23, Leitungsabschnitt 69, Arbeitskontakte 56, Leitungsabschnitt 70, Arbeitskontakte
65, Leitungsabschnitt 71, Gegenpol 46. Der Elektromagnet 23 zieht an, entriegelt
des Gesperre20, 21, und die Schaltwelle 17 mit Nocken 16 und Handhebel 15 springt
in die Ruhelage zurück. Die Ruhekontakte 35 werden geschlossen und die Arbeitskontakte
36 geöffnet, wodurch die Kupplung l stromlos wird und entkuppelt, also der Vorschub
unterbrochen wird. Auch .die beiden Relais 28, 29 fallen ab. Nachdem somit die Überlastung
fortgefallen ist, können sich die beiden Kupplungshälften 6, 7 wieder ineinanderschieben,
falls die beiden Verzahnungen oder die Klauen günstig stehen. Alle Teile haben dann
wieder die dargestellte Lage eingenommen.
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Treffen bei der Rückbewegung der Kupplungshälfte 7 jedoch :die Zahnköpfe
der einen Hälfte auf die der anderen Hälfte, so bleibt die Verbindung zwischen den
Kontakten 49, 60 des Kippschalters 27 auch im Stillstand und auch während des erneuten
Anfahrens bestehen. Wird in diesem Zustand der Vorschub wieder eingeschaltet, so
spielt sich folgender Vorgang ab: Die Ruhekontakte 35 werden wieder geöffnet, die
Arbeitskontakte 36 geschlossen, die Kupplung l erhält in der vorher beschriebenen
Weise Strom. Das Relais 28 kann aber im Gegensatz zu dem vorher beschriebenen Vorgang
nicht erregt werden, weil @dieser Stromkreis durch -den Kippschalter 27 unterbrochen
ist. Der Elektromagnet 23 kann also nicht zur Wirkung kommen, obwohl die Kupplungshälfte
7 noch ausgerückt ist und der Kippschalter 27 die gleiche Stellung einnimmt wie
Im Zustand der Überlastung. Der Antrieb der Kupplungshälfte 6 kann also @anlaufen
und der Kupplungshälfte 7 Gelegenheit geben, in ihre Gegenhälfte 6 einzufallen.
Damit wird der Kippschalter von Kontakt 60 auf 50 umgelegt, und alle Schaltvorgänge
können in der beschriebenen Weise ablaufen.
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Wird beim Auftreten einer Überlastung die Kupplungshälfte 7 durch
die Zahnschrägen nach links gedrückt, hat aber das Relais 29 bei .einer hohen Umfangsgeschwindigkeit
der Welle 5 nicht genügend Zeit, um anzusprechen, bevor die Kupplungshälfte nach
Überwinden der Zahnköpfe wieder zurückfällt, würde sich das Über-gleiten der Zähne
dauernd fortsetzen, ohne daß das Relais 29 jemals zum Anziehen kommen kann. Für
diesen Fall ist oder Kondensator 31 vorgesehen. Bei jedem Stromstoß während des
Überspringens der Zahnköpfe und des kurzzeitigen Überbrückens der Kontakte 49, 60
wird der Kondensator 31 um einen Betrag aufgeladen, so lange, bis sein Potential
so groß geworden ist, daß er sich über die Spule 29 entlädt und nun das Relais zum
Anziehen bringt. In gleicher Weise gibt auch der Kondensator 30 dem Relais 28 eine
größere Trägheit. Bei eingeschalteter Kupplung 2 mit Hilfe des Schalters 14 läuft
der Ausrückvorgang bei Überlastung in entsprechender Weise ab.
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Die Arbeitskontakte 56 des Relais 28 können auch entfallen und durch
eine feste Leitung überbrückt werden, ohne die Funktion der Vorrichtung zu ändern.
Sie sind lediglich der erhöhten Sicherheit wegen vorgesehen worden.
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In weiterer Ausbilidun.g der Erfindung kann unter Beibehaltung der
Arbeitskontakte 56 des Relais 28 das Relais 29 mit seinem Kondensator 31 weggelassen
werden, wenn dem Elektramagnet 23 ein Kondensator in Reihen- oder Parallelschaltung
zugeschaltet wird. Für diesen Fall wäre der Kontaktpunkt 65 des Leitungsabschnittes
70 und der des Zweiges 71 derart unterhalb des Kontaktpunktes 60 anzuordnen, daß
der Kippschalter zwischen diesen beiden Kontaktpunkten einen Stromschluß herstellt,
sobald er vom Kontakt 50 auf den Kontakt 60 umgelegt wird. Der Leitungszweig 66
und 67 zum Relais 29 würde dadurch fortfallen können.
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Ein mit gleichem Erfolg verwendbares Ausführungsbeispiel ergibt sich
aus der vorgeschriebenen Einrichtung, wenn an Stelle der im Merlastfall .axial beweglichen
Sicherheitsklauenkupplung eine S.icherheitskupplung angewandt ist, die im Überlastfall
radial verschiebbare Teile aufweist.
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Auch können die Überlastungskupplung 6, 7 und deren mechanische Übertragungselemente
9, 10, 24, 25 und 26 durch eine nach dem Induktionsprinzip arbeitende elektromagnetische
Schlupfkupplungersetzt werden. Hierbei werden die Kupplungshälften 6 und 7 durch
einen Anker und einen in -diesem gelagerten Rotor ersetzt. Die Relativdrehbewegung
der beiden derartigen Kupplungshälften ergibt infolge des entstehenden Feldlinienschnittes
einen Induktionsstrom, welcher, einem Kippschalter 27 od. dgl. zugeleitet, beim
Auftreten eines vorbestimmten Drehmomentes den oben beschriebenen Überlastungsschutz
auszulösen geeignet ist.