DE1179426B

DE1179426B - Claw clutch with automatic disengagement when torque is exceeded

Info

Publication number: DE1179426B
Application number: DEK48427A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Uebing; Kurt Rotert
Original assignee: Friedrich Kocks GmbH and Co
Current assignee: Friedrich Kocks GmbH and Co
Priority date: 1960-06-30
Filing date: 1960-06-30
Publication date: 1964-10-08

Description

Klauenkupplung mit selbsttätiger Ausschaltung bei Drehmomentüberschreitung Die Erfindung bezieht sich auf eine Klauenkupplung mit selbsttätiger Ausschaltung bei Drehmomentüberschreitung, die insbesondere für Walzwerke geeignet ist. Es ist bekannt, derartige Klauenkupplungen durch einen Kolben eingerückt zu halten, der auf die eine Kupplungshälfte einwirkt und unter hydraulischem oder pneumatischem Druck steht, welcher bei Drehmomentüberschreitung durch die Relativbewegung der Kupplungshälften abgeschaltet wird. Bei bekannten Kupplungen findet diese Abschaltung einfach in der Weise statt, daß .der Zylinder, in dem der Kolben beweglich ist, nach außen geöffnet wird, so daß der Druck mehr oder weniger schnell auf Null sinkt. So wird beispielsweise bei einer bekannten Kupplung bei überlast durch einen Mitnehmerstift ein Schaltring verdreht, um eine Auslaßöffnung freizugeben. Ferner sind Rutschkupplungen bekannt, bei denen der Druck, mit dem die Reibungsflächen gegeneinandergepreßt werden, hydraulisch erzeugt wird und das Drehmoment, bei dem die Kupplung rutscht, durch Änderung des Flüssigkeitsdrucks beeinflußt wird. Bei einer überlastkupplung dieser Art ist ein Kolben vorgesehen, der bei nachlassendem Flüssigkeitsdruck die Kupplung löst und ein Bre m.sorgan betätigt.Claw clutch with automatic disengagement if the torque is exceeded The invention relates to a claw clutch with automatic disengagement if the torque is exceeded, which is particularly suitable for rolling mills. It is known to keep such dog clutches engaged by a piston that on which one coupling half acts and under hydraulic or pneumatic There is pressure, which when the torque is exceeded by the relative movement of the Coupling halves is switched off. This shutdown takes place in known clutches simply in such a way that .the cylinder in which the piston is movable, is opened to the outside, so that the pressure drops more or less quickly to zero. For example, in the case of a known clutch, a driver pin is used in the event of an overload a switching ring is twisted to reveal an outlet opening. There are also slip clutches known, at which the pressure with which the friction surfaces are pressed against each other, is generated hydraulically and the torque at which the clutch slips through Change in fluid pressure is affected. In the case of an overload clutch, this Art a piston is provided which, when the fluid pressure drops, the clutch releases and actuates a brake system.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Klauenkupplung so auszubilden, daß der wirksame Druck beim Abschalten sein Vorzeichen wechselt. Um dies zu erreichen, ist der Kolben als Differentialkolben ausgebildet, dessen kleinere Kolbenfläche bei eingerückter Kupplung unter Druck steht, während die größere Kolbenfläche erst durch die bei Drehmomentüberschreitung erfolgende Relativbewegung der Kupplungshälften unter Druck gesetzt wird. Dadurch wird die Geschwindigkeit, mit der das Ausrücken bei Drehmomentüberschreitung stattfindet, beträchtlich heraufgesetzt. Dies ist gerade bei Walzwerken von Bedeutung, weil dort die mit langsamer oder verzögerter Abschaltung verbundene Steigerung des Drehmoments über den zugelassenen Höchstwert beträchtliche Schäden anrichten kann. F-in weiterer Vorteil liegt darin, daß der Verschleiß an den Flächen der ineinandergreifenden Kupplungshälften um so geringer ist, je schneller die Abschaltung stattfindet.The object of the invention is to design a claw coupling in such a way that that the effective pressure changes its sign when switching off. To achieve this, the piston is designed as a differential piston, its smaller piston area is under pressure when the clutch is engaged, while the larger piston area is only due to the relative movement of the coupling halves when the torque is exceeded is pressurized. This will increase the speed at which the disengagement takes place when the torque is exceeded, increased considerably. This is right now in rolling mills of importance because there those with slow or delayed shutdown associated increase in torque over the permitted maximum value considerable Can cause damage. Another advantage is that there is wear and tear the surfaces of the intermeshing coupling halves, the smaller the faster the shutdown takes place.

Bei der Kupplung nach der Erfindung wird auf hydraulische oder pneumatische Weise verwirklicht, was bei einer anderen bekannten Kupplung durch eine mechanische Kippfeder erreicht wird, die gleichfalls einen Vorzeichenwechsel beim Abschalten bewirkt. Bei dieser bekannten Kupplung ist das Grenzdrehmoment durch die Kippfeder fest gegeben und kann also nur durch Auswechseln der Feder und auch dann nur in verhältnismäßig engen Grenzen geändert werden. Außerdem ist die Schaltgenauigkeit gering, weil das Abschaltinoment innerhalb der Toleranzen in der Federkennlinie schwankt, also nicht unbeträchtlich von dem vorgeschriebenen Grenzdrehmoment abweichen kann. Hinzu kommt daß sich die Kupplung nicht ohne weiteres von Hand wieder einrücken läßt. Demgegenüber läßt sich das Abschaltmoment bei der Kupplung nach der Erfindung leicht und in ziem lich weiten Grenzen auf verschiedene Werte exakt einstellen. Endlich kann die Kupplung durch die pneumatischen oder hydraulischen Mittel auf einfache Weise jederzeit sofort wieder eingerückt werden.In the coupling according to the invention is hydraulic or pneumatic Way realized what in another known clutch by a mechanical Toggle spring is achieved, which also changes the sign when switching off causes. In this known clutch, the limit torque is set by the toggle spring fixed and can only be done by replacing the spring and then only in relatively narrow limits are changed. In addition, the switching accuracy low because the switch-off torque is within the tolerances in the spring characteristic fluctuates, i.e. not deviating insignificantly from the prescribed limit torque can. In addition, the clutch does not easily re-engage by hand leaves. In contrast, the switch-off torque in the clutch according to the invention can be easily and precisely set to various values within fairly wide limits. Finally the clutch can be opened by the pneumatic or hydraulic means can be easily indented at any time.

Die Kupplung, kann mit einem Schaltventil versehen werden, um die der größeren Kolberifläche zugeordnete Zylinderkammer bei eingerückter Kupplung mit der Druckmittelquelle zu verbinden. Durch vorübergehendes öffnen dieses Ventils ist es möglich, die Kupplung jederzeit von Hand auszurücken. Ferner kann ein Schaltventil vorgesehen werden, um bei Wiedereinrücken der Kupplung die der größeren Kolbenfläche zugeordnete Zylinderkammer von der Druckmittelquelle zu trennen und mit einem Rücklauf zu verbinden.The clutch can be provided with a switching valve in order to connect the cylinder chamber assigned to the larger piston surface with the pressure medium source when the clutch is engaged. By temporarily opening this valve, it is possible to disengage the clutch by hand at any time. Furthermore, a switching valve can be provided in order to separate the cylinder chamber assigned to the larger piston area from the pressure medium source and to connect it to a return when the clutch is re-engaged.

In baulicher Hinsicht ist es besonders zweckmäßig, wenn der Differentialkolben imd der ihm zugeordnete Zylinder undrehbar gelagert sind und einer von ihnen mit der einen Kupplungshälfte drehbeweglich verbunden, ist.From a structural point of view, it is particularly useful if the differential piston imd the cylinder assigned to it are non-rotatably mounted and one of them with one coupling half is rotatably connected.

Die Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungsbeispiele. Es zeigen F i g. 1 a, und 1 b einen Längsschnitt durch eine Kupplung, wobei die init F i g. la bezeichnete obeNe Hälfte des Schnitts die eingerückte und die nht F i g. 1 b bezeichnete untere Hälfte des Schnitts die ausgerückte Kupplung wiedergibt und F 1 g. 2 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform in vereinfachter Darstellung.The drawing illustrates two exemplary embodiments. It shows F i g. 1 a and 1 b show a longitudinal section through a coupling, the init F i g. la designated upper half of the cut the indented and the seam F i g. 1 b denoted lower half of the section shows the disengaged clutch and F 1 g. 2 shows a longitudinal section through a further embodiment in a simplified representation.

Von den beiden in F i g. 1 gezeichneten Wellen, die durch die Kupplung miteinander verbunden werden, ist 1 die treibende und 2 die getriebene Welle. Die Kupplung wird mit einer Muffe 3 auf einem Fortsatz 4 der treibenden Welle aufgeschoben. Ein Keil 5 und ein Bolzen 6 mit Scheibe 7 legen die Muffe 3 auf der Welle 1 unverschiebbar und undrehbar fest.Of the two in FIG. 1 shown shafts, which are connected to each other by the coupling, 1 is the driving shaft and 2 is the driven shaft. The coupling is pushed with a sleeve 3 on an extension 4 of the driving shaft. A wedge 5 and a bolt 6 with a washer 7 fix the sleeve 3 on the shaft 1 in such a way that it cannot be displaced and rotated.

Mittels Nadellagern 8 ist auf der Muffe 3 eine Büchse 9 drehbar und axial verschiebbar gelagert. Flansche 10 und 11 an der Muffe 3 und der Büchse 9 sind mit Klauen 12 versehen, die bei eingerückter Kupplung gemäß F i g. 1 a ineinandergreifen. Dadurch wird die Drehung der treibenden Welle 1 auf die Büchse 9 übertragen. Die aneinanderliegenden Flanken der Klauen 12 sind geneigt, so daß die bei der übertragung des Drehmoments wirksame Umfangskraft außer einer tangentialen Komponente eine axiale Komponente hat, die die Büchse 9 in der Zeichnung nach links zu verschieben sucht. Der Flansch 11 ist durch ein Zwischenglied 13 mit dem Flansch 14 einer Büchse 15 verbunden, die mittels eines Pendellagers 16 auf der Muffe 3 drehbar und pendelnd, aber axial unverschiebbar gelagert ist. Das Zwischenglied 13 ist in Achsrichtung so weit nachgiebig, wie es die axiale Verschiebung der Büchse 9 beim Ein- und Ausrücken und die Pendelbewegung der Büchse 15 erfordern, dagegen in tangentialer Richtung. A sleeve 9 is rotatably and axially displaceably mounted on the sleeve 3 by means of needle bearings 8. Flanges 10 and 11 on the sleeve 3 and the sleeve 9 are provided with claws 12 which, when the clutch is engaged, according to FIG. 1 a interlock. As a result, the rotation of the driving shaft 1 is transmitted to the sleeve 9. The adjacent flanks of the claws 12 are inclined, so that the effective peripheral force in the transmission of the torque has, in addition to a tangential component, an axial component which seeks to move the bushing 9 to the left in the drawing. The flange 11 is connected by an intermediate member 13 to the flange 14 of a bush 15 , which is rotatably and oscillatingly mounted on the sleeve 3 by means of a self-aligning bearing 16 , but is axially immovable. The intermediate member 13 is as flexible in the axial direction as required by the axial displacement of the sleeve 9 during engagement and disengagement and the pendulum movement of the sleeve 15 , but in the tangential direction.

Durch ein Wälzlager 19 ist die Büchse 9 mit einem Zylinder 20 so verbunden, daß dieser die axiale Verschiebung, nicht aber die Drehung der Büchse 9 mitmacht. Im Innern dieses Zylinders teilt ein Kolben 21 zwei Kammern 22 und 23 ab, wobei die wirksame Kolbenfläche in der Kammer 22 kleiner ist als in der Kammer 23. Der Kolben 21 bildet einen Teil einer feststehenden Büchse 24, die in ein Gehäuse 25 eingesetzt ist und gegen die sich die Welle 1 mittels eines Wälzlagers 26 abstützt. In den Kammern 22 und 23 ist Druckflüssigkeit wirksam. Sie sind daher durch Dichtungen 27 abgeschlossen.By means of a roller bearing 19 , the sleeve 9 is connected to a cylinder 20 in such a way that the latter takes part in the axial displacement, but not the rotation of the sleeve 9 . Inside this cylinder, a piston 21 divides two chambers 22 and 23 , the effective piston area in the chamber 22 being smaller than in the chamber 23. The piston 21 forms part of a stationary sleeve 24 which is inserted into a housing 25 and against which the shaft 1 is supported by means of a roller bearing 26 . Pressure fluid is effective in the chambers 22 and 23. They are therefore closed by seals 27 .

Die Kammer 22 mit der kleineren Kolbenfläche 28 ist durch eine Leitung 29 ständig mit einer nicht gezeichneten Druckmittelquelle verbunden. Von der Leitung 29 sind Leitungen 30 und 31 abgezweigt, von denen die Leitung 30 ständig und die Leitung 31 nur bei ausgerückter Kupplung (F ig. lb) in die Kammer 23 mündet, der die größere Kolbenfläche 32 zugeordnet ist. In den Leitungen 30 und 31 liegen Schaltventile 33 und 34, von denen das Ventil 33 normalerweise geschlossen und das Ventil 34 normalerweise offen ist. Von der Leitung 30 ist eine Leitung 35 abgezweigt, die über ein normalerweise geschlossenes Ventil 36 zum Rücklauf der hydraulischen Druckmitte,Iquelle führt. Die Ventile 34 und 36 sind gekuppelt, werden also stets gleichzeitig geschaltet.The chamber 22 with the smaller piston surface 28 is continuously connected by a line 29 to a pressure medium source (not shown). Lines 30 and 31 branch off from line 29 , from which line 30 opens continuously and line 31 only opens into chamber 23 when the clutch is disengaged (FIG. 1b), to which the larger piston area 32 is assigned. In the lines 30 and 31 there are switching valves 33 and 34, of which the valve 33 is normally closed and the valve 34 is normally open. From the line 30 a line 35 is branched off, which leads via a normally closed valve 36 to the return of the hydraulic pressure center, I source. The valves 34 and 36 are coupled, so they are always switched simultaneously.

Im Betrieb erzeugt der Druck in der Kammer 22 eine Kraft, die der an den Klauen 12 erzeugten axialen Komponente der Umfangskraft entgegenwirkt und die Trennung der Kupplungshälften 3, 9 daher verhindert, bis das übertragene Drehmoment einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Dieser Grenzwert kann durch ein an geeigneter Stelle der hydraulischen Anlage angeordnetes Reduzierventil bequem in weiten Grenzen justiert werden. Wird er überschritten, so beginnt die axiale Verschiebung der Büchse 9 unter der Wirkung. der nach links gerichteten Axialkraft unter Mitnahme des Zylinders 20, so daß nach einer kurzen Strecke die Mündung der Leitung 31 freigelegt und die Kammer 23 damit unter Druck gesetzt wird, um den Zylinder 20 mit der Büchse 9 durch hydraulisch erzeugte Kraft in die in F ig. lb gezeichnete linke Endstellung überzuführen, die Kupplung also hydraulisch auszurücken. Die Kupplung bleibt ausgerückt, bis zur Betätigung der Ventile 34, 36 die Leitung 31 geschlossen und die Kammer 23 an den drucklosen Rücklauf angeschlossen wird. Unter der Wirkuno, des Drucks in der Kammer 22 kehrt die Kupplung dann in die eingerückte Stellung zurück. Durch vorübergehende Öff- nung des Ventils 33 ist es überdies möglich, die Kupplung jederzeit von Hand auszurücken, wenn das Grenzdrehmoment noch nicht erreicht ist.During operation, the pressure in the chamber 22 generates a force which counteracts the axial component of the circumferential force generated at the claws 12 and therefore prevents the coupling halves 3, 9 from separating until the transmitted torque exceeds a certain limit value. This limit value can easily be adjusted within wide limits by means of a reducing valve arranged at a suitable point in the hydraulic system. If it is exceeded, the axial displacement of the sleeve 9 begins under the effect. the axial force directed to the left with the entrainment of the cylinder 20, so that after a short distance the mouth of the line 31 is exposed and the chamber 23 is thus pressurized to move the cylinder 20 with the sleeve 9 by hydraulically generated force into the position shown in FIG . Transfer lb drawn left end position, so to disengage the clutch hydraulically. The clutch remains disengaged until the actuation of the valves 34, 36, the line 31 is closed and the chamber 23 is connected to the unpressurized return. Then, under the action of the pressure in chamber 22, the clutch returns to the engaged position. By temporarily opening the valve 33 , it is also possible to disengage the clutch by hand at any time if the limit torque has not yet been reached.

In F i g. 1 a und 1 b wird beim überschreiten des Grenzmoments die Kammer 23 dadurch unter Druck gesetzt, daß die Mündung der Leitung 31 freigegeben wird. In F i g. 2 wird dies mit Hilfe einer elektrohydraulischen Schaltung erreicht. Dabei sind von der Kupplung nur die für das Aus- und Einrücken wesentlichen Teile gezeichnet.In Fig. 1 a and 1 b , when the limit torque is exceeded, the chamber 23 is pressurized in that the opening of the line 31 is released. In Fig. 2 this is achieved with the aid of an electro-hydraulic circuit. Only the parts essential for disengaging and engaging the clutch are shown.

Die Kammern 22 und 23 stehen durch Leitungen 37 und 38 mit einem Umschaltventil 39 in Verbindung, an das eine von der Druckmittelquelle kommende Druckleitung 40 und eine zum Rücklauf füh- rende drucklose Leitung 41 angeschlossen sind. Mit der Leitung 40 steht ein Reduzierventil 42 üblicher Bauart in Verbindung, das durch eine Leitung 43 gleichfalls an den Rücklauf angeschlossen ist. Das Ventil 39 wird entgegen einer Feder elektromagnetisch durch eine Spule 44 betätigt. In der gezeichneten Stellung ist diese Spule stromlos. Auf dem Zylinder 20 sitzt ein Nocken 45 zur Betätigung eines Schalters 46, der über die Spule 44 und einen Hauptschalter 48 in der gezeichneten Weise an Sammelschienen 49 des Netzes angeschlossen ist.The chambers 22 and 23 are connected by lines 37 and 38 to a switchover valve 39 , to which a pressure line 40 coming from the pressure medium source and a pressureless line 41 leading to the return are connected. A reducing valve 42 of conventional design is connected to the line 40 and is also connected to the return by a line 43. The valve 39 is actuated electromagnetically by a coil 44 against a spring. In the position shown, this coil is de-energized. A cam 45 is seated on the cylinder 20 for actuating a switch 46 which is connected to busbars 49 of the network via the coil 44 and a main switch 48 in the manner shown.

Wird das Grenzdrehmoment überschritten, beginnt daher die Büchse 9, sich nach links zu verschieben, so wird der Schalter 46 geschlossen, ehe die Klauen 12 sich vollständig trennen. Dadurch wird die Spule 44 erregt, das Ventil 39 umgeschaltet und daher die Kammer 23 unter Druck gesetzt, während die Kammer 22 drucklos wird. Die Kupplung wird mithin hydraulisch ausgerückt und bleibt in ausgerückter Stellung, bis der Hauptschalter 48 kurzzeitig geöffnet wird, wodurch alle Teile in die gezeichnete Grundstellung zurückkehren.If the limit torque is exceeded, therefore, the sleeve 9 begins to shift to the left, so the switch 46 is closed before the claws 12 separate completely. As a result, the coil 44 is energized, the valve 39 is switched and therefore the chamber 23 is pressurized while the chamber 22 is depressurized. The clutch is therefore hydraulically disengaged and remains in the disengaged position until the main switch 48 is briefly opened, whereby all parts return to the basic position shown.

Claims

Claims: 1. Claw clutch with automatic disconnection when torque is exceeded, in particular for rolling mills, which is kept engaged by a piston that acts on one clutch half and is under hydraulic or pneumatic pressure, which is disconnected when the torque is exceeded by the relative movement of the clutch halves, characterized that the piston is designed as a differential piston (21) whose smaller piston surface (28) is under pressure when the clutch is engaged, while the larger piston surface (32) is only pressurized by the relative movement of the clutch halves when the torque is exceeded. 2. Coupling according to claim 1, characterized by a switching valve (33) to connect the cylinder chamber (23) assigned to the larger piston surface (32) with the pressure medium source when the clutch is engaged. 3. Coupling according to claim 1, characterized by a switching valve (34, 36) to separate the cylinder chamber (23) assigned to the larger piston surface (32 ) from the pressure medium source and connect it to a return when the clutch is re-engaged. 4. Coupling according to claim 1, characterized in that the differential piston (21) and the cylinder (20) assigned to it are non-rotatably mounted and one of them is rotatably connected to the one coupling half (9). Documents considered: German Patent Specifications No. 973 922, 1 024 293; U.S. Patent No. 2,911,080.