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Überl,astkupplung für Wellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Überlastkupplung
mit mehreren in einer treibenden und einer getriebenen Scheibe ruhenden Kugeln als
Druckkörper, deren Raststellen in den durch Federkraft gegeneinandergepreßten Scheiben
halbkugelfönnig eingearbeitet sind, aneinandergrenzen, den gleichen Radius wie die
Kugeln aufweisen und durch eine auf dem gleichen Durchmesser liegende Rille als
Rollbahn für die Kugeln verbunden sind, wobei das Profil der Rillen als Kreisabschnitt
mit etwa dem gleichen Durchmesser wie die Kugeln und mit einer geringeren Tiefe
als deren halber Durchmesser ausgebildet ist.
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Es sind zahlreiche Kupplungstypen bekannt, welche die Übertragung
eines Drehmoments auf eine getriebene Welle auf einen bestimmten Wert begrenzen
und zwischen einer treibenden und einer getriebenen Kupplungsscheibe Kugeln enthalten.
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So sind beispielsweise Drehmomentübertragungsanordnungen mit Kugeln
bekannt, die in Ausnehmungen einer treibenden Scheibe gelagert sind und unter der
Kraft einer oder mehrerer axial wirkender Federn in Ausnehmungen eines mit der getriebenen
Scheibe fest verbundenen Zwischengliedes oder in Ausnehmungen der getriebenen Scheibe
selbst eindringen können.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, eine drehmomentbegrenzende Kugelkupplung
von einfacher Bauart zu schaffen, die bei der Rückkehr der Kugeln in ihre Raststellung
die Einrückbewegung dämpft.
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Zu diesem Zweck ist die den Gegenstand der Erfindung bildende Kupplung
dadurch gekennzeichnet, daß die radial innerhalb und außerhalb der Rillen stufenförrnig
abgesetzten Scheiben mit geringem Spiel ineinandergreifen und in den toten Räumen
zwischen den Kugeln Luft einschließen, welche die Einrast- 1
bewegung der
Kupplung dämpft. Je genauer die Profile der Raststellen und der Laufrillen mit dem
Kugelprofil übereinstimmen und je geringer das Spiel zwischen den Scheiben
ist, desto weniger kann die Luft den Kugeln ausweichen und um so wirksamer ist die
Stoßdämpfung.
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Die erwähnten bekannten Vorrichtungen enthalten keine Mittel zur Stoßdämpfung
und sind zum Teil schon durch die Art ihrer Kugelrastung oder Kugelführung nicht
hierfür geeignet. Beispielsweise werden bei einer bekannten Kupplung die Kugelrasten
durch nach außen offene Bohrungen in den Kupplungsscheiben gebildet, die während
des Nachgebens der Kupplung unter Überlast den Zwischenraum zwischen den Kupplungsseheiben
mit der Außenluft verbinden, so daß sich keine die Einrastbewegung dämpfenden Druckräume
bilden können. Andere derartige Kupplungen enthalten nur wenige (z. B. nur drei)
Mitnehmerkugeln und Raststellen in größeren Abständen, so daß der Übergang von einer
Raststellung der Kugeln zur nächsten verhältnismäßig lange dauert, wobei sich alle
Druckunterschiede ausgleichen und keine Pufferwirkung zustande kommt. Die Erfindung
setzt dagegen Kupplungen mit aneinandergrenzenden Raststellen voraus, wobei zwischen
den Kugeln nur verhältnismäßig kleine tote Räume frei bleiben, in denen sich die
Pufferung abspielt.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist ein Ausführungsbeispiel
beschrieben. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 einen Axialschnitt durch die Kupplung,
Fig. 2 eine Stimansicht, teilweise im Schnitt nach der Linie AB der Fig.
1, bei abgenommener Gegenscheibe, Fig. 3 in größerem Maßstab ein dem
Bogen CD
der Fig. 2 folgendes abgewickeltes und nach der Linie EF der Fig.
1 geschnittenes Profil, wobei die Kupplung eingerastet ist, Fig. 4 ein der
Fig. 3 entsprechendes Profil, wobei sich die Kugeln aus der Rollbahn in der
mittleren Stellung zwischen zwei Ausnehmungen befinden, und die Kupplung ausgerastet
ist, Fig. 5 eine Teilansicht der Vorrichtung im Schnitt nach Fig.
1 zu dem Zeitpunkt wieder, in welchem sich die Kugeln wie in Fig. 4 auf der
Rollbahn in der mittleren Stellung zwischen zwei Ausnehmungen befinden.
Auf
der treibenden Welle 1 (Fig. 1) ist eine Scheibe 2 aufgekeilt, in
die kreisförmig angeordnete, aneinanderstoßende halbkugelige Ausnehmungen 4 (Fig.
1 und 2) sowie eine Laufrifle 3 eingearbeitet sind.
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Die kreisförmig angeordneten halbkugeligen Ausnehmungen. 4 und die
Laufrille 3 liegen auf demselben Kreisdurchmesser konzentrisch zur Achse
der Scheibe 2.
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Der Querschnitt der kreisförmigen Rille 3 hat denselben Radius
wie die halbkugeligen Ausnehmungen 4, aber die Tiefe der Rille ist kleiner als die
der Ausnehmungen.
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Auf die getriebene Welle 6, die auf der gleichen Mittelünie
wie die treibende Welle 1 angeordnet ist, ist eine Scheibe 5 aufgekeilt.
Die Scheibe 5 ist mit einem Flanschring 7 durch eine Reihe von Zähnen
und Nuten 8 drehfest, aber axial beweglich gekuppelt. Der Flanschring
7 kann sich also gegenüber der Scheibe 5 in Richtung seiner Längsachse
verstellen, aber nicht um diese Achse rotieren, ohne die Scheibe 5
mitzunehmen
oder umgekehrt.
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An dem Flanschring 7 ist ein Gehäusering 9 und
an diesem ein Deckel 10 befestigt. Die aus dem Flanschring 7, dem
Gehäusering 9 und dem Deckel 10 bestehende Einheit ist also gegenüber
der Scheibe 5
drehfest und in Längsrichtung beweglich.
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Der Gehäusering 9 ist auf der der Scheibe 2 zugekehrten Stimfläche
11 mit kreisförmig angeordneten aneinanderstoßenden halbkugeligen Ausnehmungen
13 sowie mit einer kreisförmigen Rille 12 versehen, welche den Ausnehmungen
4 und der Rille 3 der Scheibe 2 entsprechen und auf demselben Kreisdurchmesser
konzentrisch zur Mittellinie der Kupplung angeordnet sind.
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In den durch die gegenüberliegenden Ausnehmungen der Scheibe 2 und
des Gehäuseringes 9 gebildeten Hohlkugeln werden Kugeln 14 vom gleichen Durchmesser
gelagert.
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Eine Reihe von Federn 15, die im Deckel 10 gelagert
und dort durch Schrauben 16 gehalten werden, preßt die Scheibe, 2 gegen die
Wand 11 des Gehäuseringes 9 bzw. gegen eine zwischengeschaltete Reibscheibe
17.
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Ein durchgehend geführter ringförmiger Vorsprung 19 des Gehäuseringes
9 umgibt mit geringem Spiel die zyhndrische Außenfläche der Scheibe 2. Ebenso
greift ein Ringvorsprung 20 der Scheibe 2 mit geringem Spiel in die Bohrung des
Gehäuseringes 9 ein.
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Die beschriebene Kupplung arbeitet wie folgt: Wenn die Kupplung
auf die Übertragung eines bestimmten Drehmoments eingestellt ist, wird die Drehbewegung
von der treibenden Scheibe 2 auf die getriebene Scheibe 5, welche auf die
treibende Welle 1 bzw. getriebene Welle 6 aufgekeüt sind, mittels
der Kugeln 14 übertragen, solange das eingestellte Drehmoment nicht überschritten
ist.
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überschreitet aus irgendeinem Grund die Belastung an der getriebenen
Welle 6 die vorgegebene Grenze, auf die der Drehmomentbegrenzer eingestellt
worden ist, so steigen die von der getriebenen Scheibe 2 n-ütgenommenen Kugeln 14
aus ihren Ausnehmungen, in die sie eingerastet waren, hoch und rollen zwischen den
Rillen 3 und 12 in die folgenden Ausnehmungen.
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Die zur Herbeiführung dieser Verstellung notwendige Kraft hängt von
der Tiefe der Ausnehmungen 4, 13, bezogen auf die Tiefe der Rillen
3, 12, ab. Die Kraft ist um so kleiner, je mehr sich die Tiefe der
Rillen derjenigen der Ausnehmungen näherL Beim Übergang aus einer Ausnehmung in
die ar)der.2 drücken die Kugeln 14 die Federn 15 zusammen, indem sie die
aus dem Flanschring 7, dem Gehäusering9 und dem Deckel10 bestehende Einheit
axial verschieben. Diese Axialverschiebung der Einheit7, 9, 10 kann zur Betätigung
eines Schalters 18 benutzt werden, welcher das Stillsetzen des die Welle
1 treibenden Motors veranlaßt.
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Während des überganges der Kugeln 14 gleitet die Reibscheibe
17, auf die sich die Federn 15 stützen, auf der Stirnfläche
23 der Scheibe 2.
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Sobald die Kugeln wieder in die Ausnehmungen einfallen, kehrt die
Einheit 7, 9, 10 in ihre Ausgangslage zurück. Es würde dann normalerweise
ein ziemlich heftiger Strom auftreten, wenn die Scheibe 2 und der Gehäusering
9 unter der Wirkung der Federn 15 in Berührung kommen.
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Um die schädlichen Wirkungen dieser Stöße sowohl auf die Kupplung
selbst als auch auf die Lager der treibenden und der getriebenen Welle
1 und 6 zu vermeiden, wird die Einrastbewegung der Einheit
7, 9,
10 durch eine pneumatische Dämpfung wie folgt gebremst: Im Ruhezustand
oder beim Arbeiten mit einem niedrigeren Drehmoment als demjenigen, wofür die Kupplung
eingestellt ist, füllen die Kugeln 14 vollständig die halbkugeligenAusnehmungen
der Scheibe 2 und die gegenüberliegenden des Gehäuseringes 9 aus. Es bleiben
nur die durch die Rillen 3 und 12 abgeschlossenen kleinen Zwischenräume 24
zwischen den Ausnehmungen 4 und 13 frei (Fig. 1, 2, 3).
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Im Augenblick des Entkuppelns und der Verlagerung der Kugeln 14 aus
einer Ausnehmung in die nächste entfernen sich die Scheiben 2 und der Gehäusering
9 voneinander und schaffen zwischen sich einen gegenüber dem Raum 24 stark
vergrößerten leeren Raum 22 (Fig. 4 und 5).
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In diesem Raum 22 entsteht ein Unterdruck, da die Luft wegen des Vorhandenseins
der kreisförrnigen Vorsprünge 20 und 19 der Scheibe 2 bzw. des Gehäuseringes
9 nicht eindringen kann. Sobald sich die Kugeln auf halbem Weg zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Ausnehmungen befinden, wird die Luft durch den sich dabei öffnenden
ringförmigen Spalt 21 angesogen, und sie erfüllt den Raum 22. Dieser Spalt ergibt
sich dadurch, daß der Vorsprung 19 etwas kürzer gehalten ist als der Ausrückweg
der Scheibe 2 gegenüber dem Gehäuseweg 9 im Überlastfall.
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Wenn die Kugeln 14 unter der Wirkung der Feder 15 in die folgenden
Ausnehmungen rollen, nähern sich die Scheibe 2 und der Gehäusering 9, der
Spalt 21 schließt sich wieder, und die im Raum 22 eingeschlossene Luft wird zusammengedrückt
und dämpft die Bewegung des Gehäuseringes 9 gegen die Scheibe 2.
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Die Auswahl der Tiefe der kreisförmig angeordneten Rillen
3 und 12 der Scheibe 2 und des Gehäuseringes 9 in bezug zu der der
Ausnehmungen dient, wie schon erläutert, zur Bestimmung der für das Entkuppeln der
Einrichtung erforderlichen Kraft. Die endgültige Einstellung erfolgt durch eine
Einwirkung auf die Federn 15.