DE1221860B - Sicherheitskupplung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

F16d

Deutsche Kl.: 47 c-8

1221 860
H 43770X11/47 c
4. Oktober 1961
28. Juli 1966

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung zur selbsttätigen Unterbrechung einer durchgehenden Wellenverbindung beim Erreichen eines festgelegten Grenzdrehmomentes, bei der unterhalb des eingestellten Grenzdrehmomentes ein mit dem treibenden Kupplungsteil verbundener Mitnehmer mit dem getriebenen Kupplungsteil zusammenwirkt.

Es sind bereits Sicherheitskupplungen bekanntgeworden, die beim Erreichen eines festgelegten Grenzdrehmomentes eine durchgehende Wellenverbindung unterbrechen. Bei diesen bekannten Kupplungen erfolgt die Drehmomentenübertragung mittels am Umfang des treibenden Kupplungsteiles drehbar angeordneter und unter Federdruck stehender Mitnehmerkörper, die in am getriebenen Kupplungsteil angeordnete Einschnitte eingreifen und bei zunehmendem Drehmoment gegen die Wirkung ihrer Spannfedern zunehmend aus der Eingriffsstellung verschwenkt und schließlich ausgerückt werden. Diese bekannten Sicherheitskupplungen schalten bei Überlast nicht vollständig ab, so daß die Kupplungsteile bei Überlast miteinander in Berührung bleiben, so daß bei der Relativbewegung der Kupplungsteile ein fortlaufender Verschleiß an den Mitnehmerkörpern und den mit diesen zusammenwirkenden Emschnitten im getriebenen Kupplungsteil eintritt. Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist bei einer bekannten Ausführung auch schon der am treibenden Kupplungsteil verschwenkbar angelegte Mitnehmerkörper mit einer zunächst ansteigenden und dann stark abfallenden Kurvenbahn versehen worden, auf der in der Form eines Nockenmitläufers ein federbelastetes Druckstück aufsitzt.

Wenn infolge Überlast der Mitnehmerkörper aus seiner Eingriffsstellung mit dem getriebenen Kupplungsteil verschwenkt wird, gleitet die Kurvenbahn an dem Druckstück entlang, und der abfallende Kurventeil wirkt mit dem Druckstück zusammen, wodurch die Mitnehmerkörper in ihrer ausgerückten Lage derart arretiert werden, daß ihre in der Eingriffsstellung in entsprechende Ausnehmungen des getriebenen Kupplungsteiles eingreifende Mitnehmerkante sich außerhalb des Umlaufbereiches des getriebenen Kupplungsteiles befindet, so daß eine vollständige Trennung der Kupplungsteile gewährleistet ist. Bei dieser bekannten Kupplung müssen jedoch die Mitnehmerkörper nach erfolgter Trennung des treibenden und getriebenen Kupplungsteiles durch besondere Maßnahmen in ihre Eingriffsstellung zurückgeführt werden, damit eine erneute Drehmomentenübertragung erfolgen kann. Darüber hinaus ist die bekannte Kupplung nur zur Dreh-Sicherheitskupplung

Anmelder:

Heiland, Inc., Navarre, Minn. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,

Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:

Gilman A. Heiland, Wayzata, Minn.;

Otto S. Neilsen, Minneapolis, Minn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 17. Oktober 1960 (63 099)

momentenübertragung in einer Drehrichtung geeignet.

Es ist auch eine in beiden Drehrichtungen wirkende Kupplung mit einem als zweiarmigen Hebel ausgebildeten Mitnehmerkörper bekanntgeworden, wobei einer der Hebel am treibenden Kupplungsteil und der andere am getriebenen Kupplungsteil anliegt und Rückstellfedern der Hebelwirkung entgegenwirken; aber bei dieser Kupplung tritt im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Einrichtung im ausgekuppelten Zustand keine vollständige Trennung der Kupplungshälften ein, wodurch ein bestimmtes Leerlaufdrehmoment bedingt ist und im längeren Betrieb erheblicher Verschleiß eintritt.

Gegenüber den vorbekannten Anordnungen besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Sicherheitskupplung, bei der das zu übertragende maximale Drehmoment einstellbar ist, die ferner in beiden Drehrichtungen ihre Sicherheitsfunktion ausüben kann, bei der sich der Mitnehmerkörper unter bestimmten wählbaren Bedingungen selbsttätig wieder zurückgestellt und bei der die treibenden und getriebenen Kupplungsteile in ausgekuppeltem Zustand ohne gegenseitige Beeinträchtigung oder Abnutzung auf Grund von Reibung ungehindert umlaufen bzw. eine Relativbewegung ausführen können.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe geht die Erfindung von einer Sicherheitskupplung zur selbsttätigen Unterbrechung einer durchgehenden Wellenverbin-

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dung aus, der bei zunehmendem Drehmoment und Verdrehungswinkel zwischen dem treibenden und dem getriebenen Kupplungsteil vor Erreichen des Grenzdrehmomentes ein ansteigender Widerstand mittels eines am Umfang der einen Kupplungshälfte drehbar in Axialrichtung der Kupplung gelagerten, unter Federdruck stehenden zweiarmigen Hebels entgegengesetzt wird, der bezüglich seiner Lagerachse einen radial in die getriebene sowie einen in die treibende Kupplungshälfte weisenden Hebelarm hat und der unterhalb des Grenzdrehmomentes selbsttätig in. eine Längsnut in der anderen Kupplungshälfte eingreift, und besteht darin, daß der zweiarmige Hebel in beiden Drehrichtungen wirkt und daß zu beiden Seiten des einen Hebelarmes nur in Umfangsrichtung bewegliche, in der einen Kupplungshälfte geführte, federnd vorgespannte Ringsegmente anliegen, zwischen denen der bei Überlastung der Kupplung aus der Längsnut der anderen Kupplungshälfte ausgerastete und um seine Lagerachse ge- schwenkte Hebel im wesentlichen drucklos gehalten ist. In vorteilhafter' Weise kann dabei nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der radial in die getriebene Kupplungshälfte weisende Hebelarm des zweiarmigen Hebels kürzer als der in die treibende Kupplungshälfte weisende Hebelarm ausgebildet sein. Weiterhin kann auf der treibenden Kupplungshälfte ein Federring vorgesehen sein, der bei ausgerastetem Hebel von einem an dessen längerem Hebelarm befestigten Stift gespannt wird.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der vorgeschlagenen Sicherheitskupplung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig.l eine auseinandergezogene schaubildliche Darstellung einer Drehmomentkupplung,

F i g. 2 eine Seitenansicht der Kupplung bei teilweise fortgebrochenen Teilen zur besseren Darstellung ihrer Bauweise,

F i g. 3 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2 und

F i g. 4 einen Teilschnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 2 und ein Ende des schaltbaren Segmentes in Ansicht.·

Ein treibender Kupplungsteil 5 hat einen rohrförmigen Flansch 7 und eine Zwischenlegscheibe 8, die nach dem Zusammenbau zusammen mit anderen Elementen einen Ringkanal bilden, der am besten aus der F i g. 2 ersichtlich ist. Die Scheibe 8 ist auf dem rohrförmigen Flansch 7 mittels eines in eine Ringnut eingesetzten Sicherungsringes festgelegt. Der treibende Kupplungsteil 5 weist einen'sich radial nach außen erstreckenden Ringflansch 12 mit einer Bohrung 13 auf.

Die Innenseite des Ringflansches 12 ist mit einer ringförmigen Rippe 14 versehen, die sich über den gesamten Umfang erstreckt, jedoch im Bereich der Bohrung 13 unterbrochen ist. Diese Rippe 14 bildet eine auf dem Innenumfang verlaufende ringförmige Ausnehmung 15. Mit der Rippe 14 arbeitet ein axial verlaufender Umfangsflansch 16 zusammen, um eine Nut 17 zwischen ihnen zu bilden. Dieser Umfangsflansch 16 erstreckt sich nur auf halben Weg um die Seite des Flansches gegenüber der Buchse 13 herum (vgl. insbesondere Fig. 2).

Ein bogenförmig ausgebildeter Block oder ein Segment 18 ist durch zwei Stifte 19 und 20, die von in der Seite des Segmentes 18 gebildeten Bohrungen 21 und 22 aufgenommen werden, an der Innenseite des Flansches 12 befestigt.

In die Ringnut 15 des radialen Flansches 12 greift eine bogenförmige seitwärts verlaufende Rippe 23 des Segmentes 18 ein und sichert dessen Lage. Jedes Ende des Segmentes 18 ist mit einer Ausnehmung 24 versehen. Auf der der Rippe 23 gegenüberliegenden Seite des Segmentes 18 ist eine zweite gleichartige Rippe 25 angeordnet.

Wie besonders deutlich F i g. 1 zeigt, ist auch die Zwischenlegscheibe 8 mit einer Keilnut 26 versehen, der ein Keil 27 zur drehsteifen Festlegung der Zwischenlegscheibe 8 an dem verjüngten Ende des rohrförmigen Flansches 7 des Kupplungsteiles 5 zugeordnet ist. Das Segment 18 wird an der Scheibe 8 in gleicher Weise wie am Radialflansch 12 mittels zweier Stifte 28 und 29, die in entsprechende Bohrungen eingreifen, festgelegt. Zusätzlich greift die Rippe 25 am Segment 18 in eine Ringnut 30 ein. Die Zwischenlegscheibe 8 ist außerdem mit einer sich durch sie hindurcherstreckenden Axialbohrung 31 versehen, welche im gleichen radialen Abstand vom Mittelpunkt angeordnet ist wie die Bohrung 13 im Ringflansch 12.

Die Bohrungen 13, 31 im Ringflansch 12 und der Scheibe 8 dienen zur drehbaren Aufnahme eines Gelenkkörpers 32, welcher auf einander gegenüberliegenden Seiten zwei in die Bohrungen eingreifende Lagerzapfen 33, 34 aufweist.

Der Gelenkkörper hat einen längeren Hebelarm

35 und einen kürzeren Hebelarm 36. Der Hebelarm

36 erstreckt sich nach außen über den Ringflansch 12 und die Zwischenlegscheibe 8 hinaus (vgl. F i g. 1 und 2). Der kürzere Hebelarm 36 ist derjenige Abschnitt des Gelenkkörpers, der durch Erfassung des angetriebenen Teiles 6 die Antriebsfunktion durchführt. Am längeren Hebelarm 35 des Gelenkkörpers ist ein sich in Axialrichtung forterstreckender Widereinstellstift 37 angeordnet.

Gegen die eine Seite des Gelenkkörpers 32 legt sich ein Ende eines bogenförmig ausgebildeten Segmentes oder Blockes 38 mit einer radial zur Bogenform des Segmentes verlaufenden Ebene an. Das gegenüberliegende Ende des Segmentes ist mit einer Ausnehmung 39 versehen, die ein Ende einer kurzen Schraubenfeder 40 aufnehmen kann. Das andere Ende der Feder 40 wird von der Ausnehmung 24 zwischen dem Ringflansch 12 und der Scheibe 8 des fest angeordneten Segmentes 18 aufgenommen. Die Feder 40 drückt das Segment 38 gegen den längeren Hebelarm 35 des Gelenkkörpers 32, Auch das Segment 38 hat an jeder Stirnseite eine bogenförmig ausgebildete, axial verlaufende Rippe 41, 42. Diese Rippen greifen in die Ringnuten 15, 30 im Ringflansch 12 des Kupplungsteiles 5 und der Scheibe 8 ein und dienen als Führungselemente bei einer Bewegung des Segmentes in Umfangsrichtung. Wie insbesondere den F i g. 1 und 3 zu entnehmen ist, befindet sich ein ähnlich ausgebildetes Segment 43 auf der gegenüberliegenden Seite des Gelenkkörpers 32. Auch das Segment 43 ist an seinen Stirnseiten mit axial vorspringenden Rippen 46, 47 versehen, die in die Ringnuten 15, 30 des Ringflansches 12 und der Scheibe 8 eingreifen und dem Segment eine sichere Bogenführung geben. Während die eine Radialebene des Segmentes an dem langen Hebelarm des Gelenkkörpers anliegt, hat das andere Segmentende eine Bohrung 44, in die eine Schraubenfeder 45 eingreift, die mit ihrem anderen

Ende in eine entsprechende Ausnehmung des fest angeordneten Segmentes 18 eingreift und sich an diesem abstützt.

Um die Rippe 14 herum wird durch eine Schnappwirkung ein elastischer, zylindrischer, geteilter Ring 48 von rundem Querschnitt, der einen kleineren Durchmesser als der Umfang der Rippe 14 hat, gelegt, so daß er eng um die Rippe herum anliegt und sein freies Ende seitlich von dem längeren Hebelarm 35 des Gelenkkörpers 32 zu liegen kommt, jedoch so angeordnet ist, daß es den Wiedereinstellstift 37 erfassen kann, wenn sich der Gelenkkörper 32 in eine Stellung in Umfangsrichtung verschiebt. Normalerweise erfaßt die Feder 48 keinen Teil des Gelenkkörpers 32. Wenn sich jedoch der Gelenkkörper in eine Außereingriffsstellung bewegt, so daß sich der kürzere Hebelarm 36 nicht über die Zwischenlegscheibe 8 und den Flansch 12 hinaus nach außen erstreckt, wirkt eines der freien Enden der Feder 48 auf den Wiedereinstellstift 37 ein und drückt den Gelenkkörper 32 sanft in Richtung auf seine Ausgangslage zurück. Die Feder 48 ist mit einer leichten Ausbuchtung 49 versehen, die in eine nicht gezeigte, in dem Umfangsflansch angeordnete Ausnehmung eingreift. Hierdurch wird sichergestellt, daß sich die Feder 48 nicht in Umfangsrichtung bewegt.

Der angetriebene Teil 6 der Kupplung weist einen becherförmigen Körper 50 auf, der eine auf seiner Innenseite axial verlaufende Nut 51 hat, welche den kürzeren Arm 36 des Gelenkkörpers 32 in sich aufnehmen kann. Wie F i g. 2 zeigt, umgibt der angetriebene Teil 6 mit seinem becherförmigen Teil 50 den treibenden Teil 5 und ist mittels eines Sicherungsringes 52 daran befestigt. Dieser Sicherungsring sitzt in einer auf der Innenseite des becherförmigen Körpers angeordneten Ringnut und wirkt auf eine Zwischenlegscheibe 53.

Wenn die Kupplung zusammengebaut wird (vgl. F i g. 2 und 3), dann drücken die beiden auf dem Umfang verschiebbaren Segmente 38 und 43 normalerweise den Gelenkkörper 32 in eine radiale Lage mit Bezug auf die beiden koaxial angeordneten Kupplungsteile 5 und 6. Infolge der Länge des längeren Hebelarmes 35 ist ein beträchtliches Drehmoment erforderlich, um den kürzeren Arm 36 an seiner Eingriffsstellung in der in dem becherförmigen Teil 50 gebildeten Nut heraus in eine Nichteingriffsstellung zu bringen. Das Drehmoment, bei der die Kupplung trennt, kann durch eine Veränderung der Länge des Hebelarmes 35 des Gelenkhebels, der Länge der auf dem Umfang verschiebbaren Segmente 38 und 43 oder durch eine Veränderung der Länge oder Stärke der Federn 40 und 45 festgelegt werden. In ähnlicher Weise kann das feste Segment 18 langer oder kürzer ausgebildet werden, um die erwünschte Wirkung zu erreichen. Es ist verhältnismäßig einfach, diese Merkmale der verschiedenen Elemente aufeinander abzustimmen, so daß die Kupplung bei einem festgelegten Drehmoment trennt.

Wenn das festgelegte Drehmoment erreicht bzw. geringfügig überschritten worden ist, wird der kürzere Hebelarm 36 des Gelenkkörpers 32 in Richtung des wirkenden Drehmomentes verschwenkt. Hierdurch verschwenkt sich der längere Hebelarm 35 in entgegengesetzter Richtung, d. h. in die Richtung, in die von dem treibenden Teil 5 ein Drehmoment übertragen wird. Hierdurch drückt der Gelenkkörper 32 die auf dem Umfang verschiebbaren Segmente 38 und 43 mit Bezug auf den Gelenkkörper nach außen. Der Gelenkkörper nimmt dann eine solche Stellung ein, daß die verschiebbaren Segmente 38 und 43 gegeneinander wirken und eine von einem dieser beiden Segmente übertragene Druckkraft auf die Drehstifte 33 und 34 des Gelenkkörpers wirkt. Im wesentlichen heben sich dabei die Kraftwirkungen gegenseitig auf, so daß für den Gelenkkörper 32 keine Veranlassung zur Rückkehr in seine Ausgangslage und damit zum Eingriff des Hebelarmes 36 in die Nut 51 besteht, so daß sich die Vorrichtung weiterhin drehen kann, ohne daß zwischen dem treibenden Teil 5 und dem angetriebenen Teil 6 nennenswerte Reibung auftritt.

Infolge dieser im wesentlichen reibungsfreien Lagerung der Kupplungsteile zueinander kann eine derartige Kupplung über lange Zeiträume in Betrieb sein, ohne daß Schaden oder ein nennenswerter Verschleiß auftreten. Infolgedessen bewahrt eine Drehmomentkupplung dieser Bauart während ausgedehnter Betriebszeiten ihre Genauigkeit trotz häufiger Auskupplung infolge einer Überlastung.

Wenn die Drehzahl des treibenden Teiles 5 derart vermindert wird, daß es sich der Haltestellung nähert, dann stellt sich die Kupplung selbsttätig auf die Gleichlaufstellung mit dem angetriebenen Teil 6 ein. Wenn nämlich der Gelenkkörper 32 in die nichttreibende Stellung übergeht, so daß seine Enden im wesentlichen mit seiner Drehachse sowie zwischen den Enden der verschiebbaren Segmente 38 und 43 ausgerichtet sind, erfaßt der Wiedereinstellstifft 37 eines der freien Enden der Feder 48. Diese Feder 48 ist im Vergleich zu der elastischen Druckkraft, die auf die verschiebbaren Segmente 38 und 43 ausgeübt wird, verhältnismäßig weich, reicht jedoch aus, um den Gelenkkörper 32 in seine radiale Lage zurückzudrücken, wenn der treibende Teil nicht oder nur mit sehr geringer Drehzahl umläuft. Daraus geht hervor, daß die verhältnismäßig schwache Kraft der Feder 48, die auf den Wiedereinstellstift 37 des Gelenkkörpers 32 wirkt, die einzige Kraft ist, die den kürzeren Hebelarm in seine Eingriffsstellung in die Nut 51 des angetriebenen Teiles 6 zurückführt, wenn sich der Gelenkkörper in einer Nichteingriffsstellung befindet. Diese Kraftwirkung ist so schwach, daß an den Begrenzungsteilen der Nut 51 keine Beschädigungen auftreten, sie aber dennoch zum Einrücken des Hebelarmes 36 in die Nut 51 bei Beendigung der Drehbewegung des treibenden Teiles 5 ausreicht. Nachdem der Hebelarm 36 in die Nut 51 des becherförmigen Teiles 50 eingerückt ist, kommt die verhältnismäßig starke Druckkraft der federbeaufschlagten Segmente 38 und 43 erneut zur Wirkung, und die Radialebenen der Elemente 38, 43 kommen zur Anlage an dem längeren Hebelarm 35 des Gelenkkörpers. Die verschiebbaren Segmente 38 und 43 sowie das feste Segment 18 sind so angeordnet, daß sie nicht mit der Innenseite des becherförmigen Körpers 50 in Berührung kommen und sich nicht bis zum Umfang der Zwischenlegscheibe 8 oder des Flansches 12 nach außen erstrecken. Auch der Flansch 12 und die Zwischenlegscheibe 8 kommen nicht mit der Innenseite des becherförmigen Körpers 50 in Berührung. Hierdurch wird ein im wesentlichen reibungsfreier Umlauf der Kupplungsteile gewährleistet, wenn sich der Gelenkkörper 32 in seiner Nichteingriffsstellung befindet, wobei die entgegengesetzt gerichteten Druckkräfte von den verschieb-

baren Segmenten 38, 43 im wesentlichen aufgehoben sind.

Die Feder 48 arbeitet unabhängig von den auf die verschiebbaren Segmente 38 und 43 wirkenden Federn 40, 45 und kommt erst zum Eingriff, nachdem sich die Wirkungen der Federn 40, 45 gegenseitig aufgehoben haben.

Die oben beschriebene Kupplung arbeitet ohne besondere Einstellung in beliebiger Drehrichtung. Außerdem stellt sie sich bei dem Drehmoment, für das sie ursprünglich bestimmt war, unabhängig von der Drehrichtung, in der das Drehmoment übertragen wird, selbsttätig wieder ein.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Sicherheitskupplung zur selbsttätigen Unterbrechung einer durchgehenden Wellenverbindung, der bei zunehmendem Drehmoment und Verdrehungswinkel zwischen treibender und getriebener ao Kupplungshälfte vor Erreichen des Grenzdrehmomentes ein ansteigender Widerstand mittels eines am Umfang der einen Kupplungshälfte drehbar in Axialrichtung der Kupplung gelagerten, unter Federdruck stehenden zweiarmigen Hebels entgegengesetzt wird, der bezüglich seiner Lagerachse einen radial in die getriebene sowie einen in die treibende Kupplungshälfte weisenden Hebelarm hat und der unterhalb des Grenzdrehmomentes selbsttätig in eine Längsnut in der anderen Kupplungshälfte eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (32) in beiden Drehrichtungen wirkt und daß zu beiden Seiten eines Hebelarmes nur in Umfangsrichtung bewegliche, in der einen Kupplungshälfte (5) geführte, federnd vorgespannte Ringsegmente (38, 43) anliegen, zwischen denen der bei Überlastung der Kupplung aus der Längsnut (51) der anderen Kupplungshälfte (6) ausgerastete und um seine Lagerachse (33, 34) geschwenkte Hebel im wesentlichen drucklos gehalten ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radial in die getriebene Kupplungshälfte (6) weisende Hebelarm (35) kürzer als der in die treibende Kupplungshälfte (5) weisende ist.

3. Kupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der treibenden Kupplungshälfte (5) ein Federring (48) angeordnet ist, der bei ausgerastetem Hebel von einem an dessen längerem Hebelarm (35) befestigten Stift (37) gespannt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 325 982, 951687,
614;

französische Patentschrift Nr. 1098 662;
USA.-Patentschriften Nr. 1927 509, 2 909 073.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 607/190 7. 66 © Bundesdruckerei Berlin