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Sicherheitskupplung, insbesondere für Walzwerke Für viele Zwecke,
insbesondere aber für Walzwerksantriebe, werden Sicherheitskupplungen benötigt,
bei denen bis zum Erreichen eines bestimmten Grenzdrehmomentes die übertragung schlupffrei
erfolgt, jedoch nach überschreiten des Grenzdrehmomentes vollständig unterbrochen
wird. Sicherheitskupplungen dieser Art sind in großer Zahl bekannt und bestehen
zumeist aus mit Klauen besetzten Kupplungshälften, bei denen die mit Schrägflächen
versehenen Klauen ün eingekuppelten. Zustand kraftschlüssig im Eingriff miteinander
gehalten werden.
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Bei einer bekannten Sicherheitskupplung dieser ,Art sitzt ein mit
trapezförmigen Nasen ausgestattetes hülsenförmiges Kupplungsstück unter dem Axialdruck
einer Feder auf der Antriebswelle. Die Kupplungshülse ist mit einem L-förmigen Schlitz
versehen, in den ein in der Antriebswelle sitzender Stift eingreift. Bei überschreitung
des Grenzdrehmomentes Werden die trapezförmigen Nasen gegen den Druck der Feder
aus entsprechend geformten Ausnehmungen der anderen Kupplungshälfte herausgedrückt,
wobei sich die hülsenförmige Kupplungshälfte entsprechend dem L-förmigen Führungssehlitz
sowohl axial als auch radial bewegt. Dabei gleitet der in der Welle sitzende Stift
unter Belastung durch das übertragende Drehmoment bis zum völligen Ausschalten der
Kupplung entlang der seitlichen Begrenzungskante des L-förmigen Schlitzes. Das fährt
zu dem Nachteil, daß beim Ausrücken der Kupplung der sich aus dem Drehmoment ergebende
Reibungswiderstand zwischen Stift und Kupplungshülse überwunden werden muß.
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Auch eine andere bekannte Sicherheitskupplung kann nur unter überwindung
eines hohen Reibungs-Widerstandes ausgerückt werden. Bei dieser bekannten Sicherheitskupplung
ist die nachgiebige Kupplungshälfte ebenfalls axial verschieblich mit der ihr zugeordneten
Welle verbunden, während die andere Kupplungshälfte auf dieser Welle mittels Kugellager
drehbar gelagert ist. Die axial bewegliche Kupplungshälfte besitzt eine Stirnradverzahnung,
die sich in ständigem Eingriff mit der Innenverzahnung eines an der die Kupplungshälfte
tragenden Welle befestigten Ringes befindet.
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Bei einer weiteren Klauenkupplung, bei der das Ausrücken unter überwindung
erheblicher Reibungskräfte erfolgt, ist der axial unveischiebbare, jedoch drehbare
Kupplungsteil mit dem Antriebsglied durch mehrere gegen Druckfedern in Längsrichtung
verschiebbare Bolzen verbunden, die mit ihrem einen abgeschrägten Ende an entsprechenden
Schrägflächen des betreffenden Kupplungsteils anliegen. Darüber hinaus ist an der
axial nicht verschiebbaren Kupplungshälfte eine Sperrklinke angeordnet, die hinter
Sperrzähne der axial verschiebbarenKupplungshälfte greift. Bei überschreitung des
Grenzdrehmomentes werden die Bolzen gegen den Federdruck axial verschoben, wobei
die abgeschrägten Bolzenenden unter Belastung durch das übertragene Drehmoment auf
den komplimentären Schrägflächen abgleiten. Auch das Abgleiten der Sperrklinke von
dem entsprechenden Sperrzahn erfolgt unter der Last des übertragenen Drehmomentes,
woraus sich je nach Belastung erhebliche Schaltschwierigkeiten und -ungenauigkeiten
ergeben.
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Diese Schwierigkeiten ergeben sich auch bei einer anderen bekannten
Sicherheitskupplung, bei der die beiden Kupplungshälften durch ein besonderes Kniehebelsystem
geschaltet werden. Die Betätigung des Kniehebelsystems erfolgt durch eine mit der
Antriebswelle verbundene Rolle, die über eine Kurve und eine mit dieser verbundene
Feder das Kniehebelsystem auslöst. Die Kurve ist jedoch an einer Büchse angeordnet,
die mit Nut und Feder oder einer Verzahnung auf der einen, als Hülse ausgebildeten
Kupplungshälfte axial verschiebbar angeordnet ist. Insofern findet das Ausrücken
der Kupplung bzw. das Verschieben der die Kurve tragenden Hülse gegen die Reibung
in der Nut und Feder bzw. Verzahnung unter Belastung durch das Drehmoment statt.
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Eine weitere bekannte Überlastungsklauenkupplung besitzt durch Federdruck
im Eingriff gehaltene Kupplungshälften mit konvex gekrümmten Eingriffsflächen, wobei
die eine Kupplungshälfte längsverschiebbar, jedoch durch Keile drehfest auf der
Welle angeordnet ist, während die andere, getriebene Kupplungshälfte frei drehbar
auf derselben Welle gelagert ist. Die axiale Verschiebung der treibenden
Kupplungshälfte
erfolgt entlang den durch das Drehmoment belasteten Reibungsflächen an den Keilen,
d. h. unter überwindung großer Reibungskräfte.
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Bei einer weiteren Wellenkupplung sind die beiden Kupplungshälften
durch einen elastischen Gummireifen miteinander verbunden. Bei dieser Ausführung
ist die eine Kupplungshälfte mit der ihr zugeordneten Achse fest verkeilt, während
bei der anderenKupplungshälfte eine auf derWelle verkeilte Nabe vom zugehörigen
Flansch getrennt und mit diesem durch eine Verzahnung kraftschlüssig verbunden ist.
Die Drehmomentübertragung innerhalb der einen Kupplungshälfte erfolgt durch die
Verzahnung, wobei der Kupplungsflansch durch die im Gumrnireifen hervorgerufenen
Axialkräfte auf der Nabe axial verschoben werden kann. Hierbei handelt es sich jedoch
nicht -um eine Sicherheitskupplung, die bei Drehmomentüberschreitung automatisch
ausgerückt wird.
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Ähnlich sind bekannte elastische Klauenkupplungen, deren Kupplungshälften
durch einen elastischen Gummireifen miteinander verbunden sind und einander gegenüberliegende
Klauen besitzen. Diese be-
kannten Wellenkupplungen arbeiten jedoch normalerweise
wie klauenlose Kupplungen, d. h. die Klauen kommen nur beün Ausfall des elastischen
Reifens in Eingriff, während die Drehmomentübertragung bei Normalbetrieb ausschließlich
durch den Reifen erfolgt. Eine derartige Schaltkupplung besteht aus zwei hintereinandergeschalteten
Einzelkupplungen, nämlich einer Wellenkupplung mittels eines elastischen Reifens
zur Aufnahme von Wellenverlagerungen und einer die eigentliche, Schaltkupplung bildenden
Lamellen- und Einscheibenkupplung. Die axial verschiebbaren Lamellen müssen jedoch
beim Ab-
schalten unter der Belastung durch das übertragene Drehmoment,
d. h. unter überwindung einer hohen Reibungskraft in ihren Führungen verschoben
werden.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, eine
Sicherheitskupplung zu schaffen, bei der das Ausrücken ohne Belastung durch das
Drehmoment außerhalb der Klauen erfolgt, d. h. bei der, abgesehen von den
Klauen selbst, keine Verschiebung unter Belastung durch das übertragene Drehmoment
erfolgt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kombination an sich bekannter
Merkmale gelöst, und zwar dadurch, daß die eine Kupplungshälfte auf der einen Welle
axial verschiebbar, in ausgekuppeltem Zustand jedoch frei drehbar und mit der anderen
Welle durch ein das Drehmoment ausschließlich übertragendes axialelastisches Zwischenglied
verbunden ist. Dadurch, daß die Drehmomentübertragung zwischen der axial verschiebbaren
Kupplungshälfte und der ihr zugeordneten feststehenden Welle ausschließlich über
ein elastisches Zwischenglied erfolgt, wird beim Auskuppeln praktisch jede Art von
Reibungswiderstand vermieden, der sich bei allen bekannten Kupplungen aus der axialen
Verschiebung unter der Last des Drehmomentes stehender Berührungsflächen ergibt.
Das elastische Zwischenglied setzt nämlich der Verschiebung nur einen geringen,
mit Null beginnenden Widerstand entgegen, der vom Drehmoment unabhängig und auch
äußeren Einflüssen, wie Temperatur, Verschmutzung usw. n » icht unterworfen
ist. Somit wird durch die erfindungsgemäße Sicherheitskupplung die Schaltgeschwindigkeit
erheblich vergrößert. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Sicherheitskupplung des näheren erläutert, wobei die Kupplung
oberhalb der Mittellinie im eingerückten und unterhalb der Mittellinie im ausgerückten
Zustand dargestellt ist.
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Die treibende Welle 1 ist mit der getriebenen Welle2 durch
eine Kupplung verbunden, wobei diese mit einer Muffe der festen Kupplungshälfte
3 auf einem Fortsatz 4 der treibenden Welle 1 aufgeschoben ist. Ein
Kei15 und ein Bolzen6 mit Unterlegscheibe7 legen die Muffe der Kupplungshälfte
3 auf der treibenden Welle 1 unverschiebbar und undrehbar fest. Mittels
Nadellagern 8 ist auf der Muffe der festen Kupplungshälfte 3 eine
Büchse der verschiebbaren Kupplungshälfte 9 axial verschiebbar gelagert.
Die Flansche 10 und 11 der beiden Kupplungshälften 3
und
9 sind mit Klauen 12 versehen, die bei eingerückter Kupplung entsprechend
dem oberen Teil der dargestellten Kupplung ineinandergreifen. Die aneinanderliegenden
Flanken der Klauen 12 sind abgeschrägt, so daß die bei der Drehmomentübertragung
wirksame Umfangskraft außer einer tangentialen Komponente auch eine axiale Komponente
besitzt, die die verschiebbare Kupplungshälfte 9 (in der Zeichnung) nach
links zu verschieben sucht.
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Der Flansch 11 der verschiebbaren Kupplungshälfte
9 ist durch ein axialelastisches Zwischenglied 13 mit dem Flansch
14 einer Büchse 15 verbunden, die mittels eines Pendellagers 16 auf
der Muffe der festen Kupplungshälfte 3 drehbar und pendelnd, je-
doch
axial nicht verschiebbar gelagert ist. Das Zwischenglied 13 ist in Achsrichtung
soweit nachgiebig, wie es die axiale Verschiebung der Kupplungshälfte beim Ein-
und Ausrücken einerseits und die Pendelbewegung der Büchse 15 andererseits
erfordern. Das Zwischenglied besteht aus einem Ring in Form eines innen längs aufgeschnittenen
Schlauches, dessen einer Rand mit der verschiebbaren Kupplungshälfte und dessen
anderer Rand mit der Büchse 15 verbunden ist. Die Form des Zwischengliedes
führt dazu, daß dieses in axialer Richtung leicht nachgeben kann, in tangentialer
Richtung, d. h. der Richtung der zu übertragenen Umfangskraft jedoch nahezu
steif ist. Das axialelastische Zwischenglied besteht aus Gummi oder einem gummiähnlichen
Kunststoff. Auf der getriebenen Welle 2 sitzt eine Muffe16a mit einer Bogenverzahnung17,
die in eine Bogenverzahnung 18 an der Innenwand der Büchse 15 eingreift.
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Durch ein Wälzlager 19 ist die verschiebbare Kupplungshälfte
9 mit einem Zylinder 20 so verburL-den, daß dieser die axiale Verschiebung,
nicht aber die Drehung der Kupplungshälfte mitmacht. Auf der treibenden Welle sitzt
des weiteren eine feststehende Büchse 24, die in ein Gehäuse 25 eingesetzt
ist und gegen die sich die Welle 1 mittels eines Wälzlagers 26 abstützt.
Ein Flansch 21 der festen Büchse 24 teilt das Innere des Zylinders 20 in zwei Kammern
22 und 23, in die Druckflüssigkeit zur Betätigung der verschiebbaren Kupplungshälfte
9 eingeleitet werden kann.
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Die Druckbeaufschlagung erfolgt im Betrieb so, daß in der
Kammer 22 eine Kraft wirksam ist, die der an den Klauen 12 erzeugten axialen
Komponente der Umfangskraft entgegenwirkt und die Trennung der beiden Kupplungshälften
3, 9 verhindert, bis das übertragene Drehmoment einen bestimmten Grenzwert
überschreitet.
Dieser Grenzwert kann durch ein in der Hydraulik angeordnetes Reduzierventil in
weiten Grenzen eingestellt werden. Wird das Grenzdrehmoment jedoch überschritten,
so beginnt die axiale Verschiebung der Kupplungshälfte 9 unter der Wirkung
der nach links gerichteten Axialkraft unter Mitnahme des Zylinders 20, so daß nach
einer kurzen Strecke bereits die Eintrittsöffnung 31 freigelegt und nunmehr
die Kammer 23 automatisch unter Druck gesetzt wird, um den Zylinder 20 zusammen
mit der Kupplungshälfte 9 hydraulisch in die im unteren Teil der Zeichnung
dargestellte ausgerückte Endstellung zu überführen.
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Die beschriebene Kupplung bildet mit den beiden Kupplungshälften
3, 9, dem elastischen Zwischenglied 13 und der Büchse 15 sowie
dem Zylinder 20, der Büchse 24 und dem Wälzlager 26 eine geschlossene Baueinheit,
die sich als ganzes auf der Welle 1
montieren und mit ihrer Bogenverzahnung
18 über die Muffe 16a schieben läßt. Verlagerungen werden dabei, auch wenn
sie windschief sind, durch die Bogenverzahnung in Verbindung mit dem nachgiebigen
Zwischenglied 13 und der Büchse 15 klemmfrei aufgenommen.