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überlastsicherheitskupplung Die Erfindung betrifft eine überlastsicherheitskupplung
mit Kugeln zum Übertragen des Drehmomentes, die in öffnungen an den einander gegenüberliegenden
Stirnseiten der beiden Kupplungshälften eingreifen und von einem frei drehbaren
Käfig geführt werden, wobei die eine Kupplungshälfte Ausnähmungen von solcher Tiefe
aufweist, daß die nach dem Ausrücken aufgenommenen Übertragungskugeln vom Federdruck
entlastet sind.
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Da bei Kupplungen dieser Bauart die Kugeln bei ausgerichteter Kupplung
vom Druck der Kupplungsfeder entlastet sind, kommt bei ihnen eine wesentliche Verschleißquelle,
nämlich die im überlastungsfall beim Weiterlaufen der treibenden Kupplungshälfte
zwischen den federbelasteten Kupplungshälften und den Kugeln vorhandene Reibung
in Fortfall. Dafür tritt aber das Problem der Reibung zwischen den sich relativ
zueinander drehenden unter Federdruck stehenden Kupplungshälften und zusätzlich
das weitere Problem auf, daß beim Leerlauf der Kupplung durch die Berührung zwischen
den sich relativ drehenden Kupplungsteilen die Kugeln sich auf den in der Regel
geneigt angeordneten Bodenflächen der Kugelaufnahmeausnehmungen aufwärts zu bewegen
suchen und wieder in unerwünschter Weise in drehmomentübertragenden Eingriff mit
den Kupplungsteilen gelangen können.
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Um der Neigung der Kugeln, sich beim Leerlauf wieder in ihre drehmomentübertragende
Stellung zu bewegen, entgegenzuwirken, hat man bei einer von der eingangs erwähnten
Kupplungsbauart wesentlich abweichenden überlastsicherheitskupplung vorgeschlagen,
an Stelle eines frei drehbaren Käfigs einen Käfig zu verwenden, der durch eine nur
eine beschränkte Drehbewegung zwischen diesen Teilen zulassende Stiftverbindung
mit dem treibenden Kupplungsteil gekoppelt ist, damit die Kugeln in ihrer Leerlauf-
oder Freilaufstellung in den Kugelaufnahmeöffnungen verbleiben. Bei den so ausgebildeten
Kupplungen ist im Gegensatz zu der Kupplung, von der die Erfindung ausgeht, die
treibende Kupplungshälfte drehfest auf der treibenden Welle angeordnet, und der
Druck der Kupplungsfeder wirkt nicht direkt auf die treibende Kupplungshälfte, sondern
über in dieser in radialen Schlitzen drehbar gelagerte Rollen auf den Käfig. Die
Kugeln liegen in ihrer drehmomentübertragenden Stellung, in der sie in die öffnungen
der getriebenen Hälfte einfassen, an diesen Rollen an und müssen sich bei überlast
über diese Rollen hinwegbewegen, um in die Ausnehmungen zu gelangen. Wenn die treibende
Kupplungshälfte sich noch weiter gegenüber der nach dem Ausrücken stehengebliebenen
getriebenen Hälfte dreht, so wird durch die unter dem Druck der Kupplungsfeder stehenden
Rollen ein Restdrehmoment über die Rollen auf den axial gegen die getriebene Hälfte
gedrückten Käfig übertragen, der auf Grund der Stiftverbindung sich mit der Geschwindigkeit
der treibenden Welle dreht. Es tritt also ein erheblicher Verschleiß zwischen den
aneinander anliegenden Flächen des Käfigs und der stillstehenden getriebenen Kupplungshälfte
ein und es wird auch ein erhebliches unerwünschtes Drehmoment auf diese Hälfte ausgeübt.
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Bei einer weiteren bekannten, zur Übertragung kleiner Drehmomente
geeigneten Kupplung, die in der gleichen Weise wie die vorerwähnte ältere Kupplung
keinen frei drehbaren Käfig, sondern einen mit der treibenden, mit Radialrollen
versehenen und undrehbar auf ihrer Welle angeordneten Kupplungshälfte durch eine
Stiftverbindung gekoppelten Käfig aufweist, soll die zwischen dem Käfig und der
getriebenen Kupplungshälfte in Leerlaufstellung der Kupplung vorhandene Reibung
dadurch vermieden oder herabgesetzt werden, daß als Kupplungsfeder eine Feder verwendet
wird, die in der voll ausgerückten Stellung der Kupplung vollständig oder nahezu
vollständig entspannt sein soff. Es ist ersichtlich, daß bei einer solchen Anordnung,
die durch das Vorhandensein der Stiftverbindung und der Radialrollen baulich komplizierter
ist als die eingangs erwähnte Kupplungsanordnung, von der die Erfindung ausgeht,
zur
Übertragung von größeren Drehmomenten ungeeignet ist, da sich
bei Kupplungen für größere Drehmomente Federn, die innerhalb eines sehr kleinen
axialen Ausdehnungsbereichs aus einem zur Übertragung des Drehmoments geeigneten,
stark gespannten in einen völlig entspannten Zustand übergehen, nicht verwendbar
sind.
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Die Erfindung löst das Problem, bei überlastsicherheitskupplungen
der eingangs erwähnten Bauart, die, insbesondere zur Übertragung großer- Drehmomente
bis zu 50 mkg oder darüber geeignet sind, einen stoßfreien Leerlauf zu gewährleisten,
in äußerst einfacher Weise dadurch, daß zwischen dem Käfig und der nicht mit den
Ausnehmungen versehenen Kupplungshälfte ein Axialkugellager angeordnet ist, welches
die beiden Kupplungshälften bei ausgerückter Kupplung in einem solchen Abstand voneinander
hält, daß eine Druckanlage zwischen den das Drehmoment übertragenden Kugeln und
den beiden Kupplungshälften ausgeschlossen ist.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Kupplung, deren Teile in der eingerückten, Drehmoment übertragenden
Stellung gezeigt sind, F i g. 2 einen ähnlichen Längsschnitt wie F i
g. 1,
in dem die Teile in der voll ausgerückten Stellung gezeigt sind, in
der die treibende Kupplungshälfte die getriebene Kupplungshälfte überholt hat, F
i g. 3 eine Stirnansicht der getriebenen Kupplungshälfte in Richtung des
Pfeils 3 in F i g. 1,
F ig.4 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab
nach Linie 4-4 der F i g. 3,
F i g. 5 eine Stimansicht der treibenden
Kupplungshälfte in Richtung des Pfeils 5 in F i g. 1 gesehen und F
i g. 6 eine Stimansicht des Kugelkäfigs der Kupplung.
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Die in den Zeichnungen dargestellte überlastsicherheitskapplung ist
speziell zur Verwendung bei Druckmaschinen, beispielsweise Zeitungsdruckmaschinen,
bestimmt, bei denen das Antriebsdrehmoment besonders groß ist und beispielsweise
in der oben angegebenen Größenanordnung von 50 mka liegt.
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Die Kupplung weist eine treibende Kupplungshälfte 10 und eine
getriebene Kupplungshälfte 11 auf, die beide scheibenförmig ausgebildet und
in koaxialem Abstand um eine gemeinsame Achse 12 drehbar angeordnet sind, wobei
die treibende Kupplungshälfte 10 in bekannter Weise mit einer Umfangsnut
13 zur Aufnahme eines Riemens einer nicht gezeigten Kraftquelle versehen
ist.
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Die treibende Kupplungshälfte 10 kann sich axial von der getriebenen
Kupplungshälfte 11 entgegen dem Druck einer sehr starken Feder 14 weg bewegen.
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Sowohl die treibende als auch die getriebene Kupplungshälfte
10 bzw. 11 sind mit drei symmetrisch angeordneten Kugelhalteöffnungen
15 bzw. 16 versehen, die als sich axial erstreckende Durchgangslöcher
ausgebildet sind und alle gleiche Durchmesser und gleiche radiale Abstände von der
Kupplungsachse 1-2 haben, so daß in einer Stellung der beiden Kupplungshälften
10, 11, nämlich der in F i g. 2 gezeigten eingerückten Stellung- der
Kupplung, die Öffnungen 15 der treibenden Kupplungshälfte 10 genau
mit den Öffnungen 16 der getriebenen Kupplungshälfte 11
ausgerichtet
sind und gegenüberliegende Seiten der drehmomentübertragenden Kugeln 17 aufnehmen
können, deren Durchmesser etwas größer als der Durchmesser der Kugelhalteöffnungen
15, 16 ist.
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Die der treibenden Kupplungshälfte 10 zugekehrte Stirnfläche
der getriebenen Kupplungshälfte 11 ist mit drei gleichen Kugelaufnahmeausnehmungen
20 von länglicher, kreisbogenförmiger Form versehen, die Teile eines gemeinsamen
Kreises sind.
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Wie in F i g. 3 gezeigt, erstrecken sich die Ausnehmungen 20
in der durch den Pfeil angegebenen Drehrichtung von nahe den Vorderseiten (bezogen
auf die Drehrichtung) der Öffnungen 16 gelegenen Stellen aus, so daß die
Kugeleintrittsenden 21 der Ausnehmungen 20 nahe diesen Öffnungen liegen.
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Wie aus den F i g. 3 und 4 ersichtlich, sind die Kugeleintrittsenden
21 der Ausnehmungen 20 so ausgebildet, daß ihre Breite und ihre Tiefe in Längsrichtung
vom Kugeleintrittsende 21 aus allmählich zunehmen, so daß die Ausnehmungen an nahe
ihren anderen Enden 22 liegenden Stellen ihre größte Tiefe und größte Breite haben.
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Diese die größte Tiefe und Breite aufweisenden Abschnitte
23 der Ausnehmungen 20 nehmen die Kugeln 17, wie strichpunktiert in
Fi g. 4 angedeutet, in der ausgerückten Stellung der Kupplung auf.
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Die Kugelaufnahmeabschnitte 23 der Ausnehmungen haben eine Breite,
die etwas größer als der Kugeldurchmesser ist, z. B. beträgt bei einem Kugeldurchmesser
von 25 mm die, Breite der Ausnehmungen in diesen Abschnitten etwa
26 mm.
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Jede Kugelaufnahmeöffnung ist im Querschnitt derart konkav gekrümmt,
daß die Seiten der Ausnehmung auf ihrer ganzen Länge außer Berührung mit der Kugel
sind, wenn diese sich in der Mitte zwischen den beiden Längskanten25 der Ausnehmung
20 befindet, so daß keine Gefahr besteht, daß sie zwischen den Seitenkanten
25 der Ausnehmunaen t2 eingeklemmt werden.
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Die Kugelaufnahmeabschnitte.23 der Ausnehmungen haben eine Tiefe,
die etwas größer ist als der doppelte Abstand, mit dem die Kugeln in die Kugelhalteöffnungen
15 eingreifen, wenn die Kupplung ein-,gerückt ist.
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Es sind Vorkehrungen getroffen, um zu verhüten, daß die beiden K-upplungshälften.
10 und 11 sich unter der Federlast so weit aufeinander zu bewegen
können, daß ihr gegenseitiger Abstand wesentlich kleiner als der Abstand ist, welchen
sie im eingerückten Zustand voneinander haben. Wenn somit eine Kugel 17 im
mittleren Abschnitt einer Ausnehmung der treibenden Kupplungshälfte aufgenommen
ist, befindet sie sich nicht nur außer Druckanlage mit dieser Hälfte, sondern ist
auch vollständig von der aegenüberliegenden Stirnfläche der getriebenen Kupplungshälfte
11 gelöst.
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Die Kupplungsanordnung weist einen Kugelkäfig 26 auf, der zwischen
den beiden einander zugekehrten Stimflächen der Kupplungshälften 10 und
11 angeordnet ist. Der K-ugelkäfig 26 ist mit drei axialen Bohrungen
27 versehen, die in gleichen Abständen entsprechend den gegenseitigen Abständen
der Kugelhalteöffnungen 15,16 angeordnet sind. Der Kugel-käfig 26
hält die Kugeln 17 bei ein- oder ausgerückter Kupplung im gleichen relativen
Umfangsabstand in Stellung.
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Der scheibenförmige Kugelkäfig 26 hat eine axiale Dicke, die
wesentlich geringer ist als der Abstand zwischen den einander zugekehrten Stimflächen
der Kupplungshälften 10 und 11. Er liegt vorzugsweise
mit
Reibung an der getriebenen Kupplungshälfte 11
an, so daß er, wenn die Kugeln
17 außer Eingriff mit den KugelhAlteöffnungen 15 der treibenden Kupplungshälfte
10 stehen, keine Drehbewegung ausführt und in einer Stellung gehalten ist,
in welcher seine Bohrungen 27 versetzt zu den Kugelhalteöffnungen
16 der getriebenen Kupplungshälfte angeordnet sind. Durch diese Anordnung
wird jegliche unerwünschte Schlagwirkung zwischen den Kugeln 17 und den öffnungen
16 vermieden, wenn die Kupplung ausgerückt ist.
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Die getriebene Kupplungshälfte 11 ist mittels Schrauben
29 auf einer Buchse 28 befestigt, die durch einen Keil 30 mit der
Abtriebswelle 31 verbunden ist.
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Die zuvor erwähnte Feder 14 ist auf dem Außenumfang der Buchse
28 angeordnet, wobei ein Ende der Feder an der ihr zugekehrten Sfirnfläche
der treibenden Kupplungshälfte 10 über einen Druckring 32 und über
zwischen diesem und der treibenden Kupplungshälfte angeordnete Kugeln
33 angreift.
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Das gegenüberliegende Ende der Feder 14 stätzt sich an einer Mutter
34 ab, welche auf das mit Außengewinde 35 versehene Ende der Buchse aufgeschraubt
ist, so daß durch Drehen der Mutter 34 die Spannung der Feder 14 zur Einstellung
des Ausrückdrehmoments geändert werden kann.
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Eine zweite Anzahl von Axialdruck aufnehmenden Kugeln 36 ist
zwischen der treibenden Kupplungshälfte 10 und der getriebenen Kupplungshälfte.11
in einer Ausnehmung 37 der Mittelbohrung des Kugelkäfigs 26 vorgesehen.
Die Anordnung dieser beiden Sätze von Kugeln 33 und 36 erleichtert
die zuvor erwähnte überholbewegung der treibenden Kupplungshälfte 10. Wenn
die Kupplung, wie in F i g. 2 aezeigt, vollständig ausgerückt ist, wird die
Kraft der Feder 14 durch die beiden Sätze Kugeln 36, 33 und durch eine zwischen
dem Kugelkäfig 26 und der getriebenen Kupplungshälfte 11 angeordnete
Druckscheibe 38 aufgenommen und so auf die getriebene Kupplungshälfte
11 und damit auf die Buchse 28
übertragen, ohne daß die Kugeln
17 selbst irgendwie belastet werden, die dann, wie aus F i g. 2 ersichtlich,
vollständig außer Eingriff mit der treibenden Kupplungshälfte 10 sind, während
in der. eingerückten Kupplungsstellung die Druckübertragung von der treibenden
auf die getriebene Kupplungshälfte lediglich über die Kugel erfolgt und kein Druck
von der treibenden Scheibe über den Käfio, und die Druckscheibe 38 auf die
getriebene Kupplungshälfte übertragen wird.
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Während des Betriebes dreht sich die treibende Kupplungshälfte
10 in der durch den Pfeil in F i g. 3
angedeuteten Richtung, in der
die öffnungen 16 der getriebenen Kupplungshälfte an den in bezug auf die
Drehrichtung hinteren Enden 21 der Ausnehmungen 20 liegen.
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Wenn das vorbestimmte maximale Drehmoment überschritten wird, wird
der axiale Druck zwischen den Kugeln 17 und den Kanten 18 der Kugelaufnahmeöffnungen
15, 16 groß genug, um die Kraft der Feder 14 zu überwinden. Die treibende
Kupplungshälfte 10 kann sich dann in bezug auf die getriebene
Kupplungshälfte 11 weiter drehen, so daß sich die Kugeln 17 aus den
Öffnungen 16 der getriebenen Kupplungshälfte heraus bewegen, in die benachbarten
Enden 21 der Ku-elaufnahmeausnehmungen 20 übertreten und bis in die Kugelaufnahmeabschnitte
23 rollen. Die Kugeln 17 greifen in dieser Stellung mit einer Seite
so weit in die Ausnehmungen 20 ein, daß die gegenüberliegende Seite der Kugeln vollständig
außer Eingriff mit den entsprechenden Kugelhalteöffnungen 15 der treibenden
Kupplungshälfte ist. Die Kupplung ist dann vollständig ausgerückt und die treibende
Kupplungshälfte 10 kann sich frei gegenüber der getriebenen Kupplungshälfte
11 drehen, ohne daß die Kugeln 17 in Druckanlage mit einer der beiden
Kupplungshälften stehen (s. F i g. 2). Wie ersichtlich, hat jede Ausnehmung
20 pärallel zur Kupplungsachse eine genügende Tiefe, um auch dann, wenn sich die
Kugeln in den Ausnehmungen befinden, den beiden Kupplungshälften eine relative Drehbewegung
zu gestatten, ohne daß die Kupplungshälften und die Kugeln untereinander in Gleitberührung
stehen.
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Wie weiterhin aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich, weist die,
Kupplungshälfte 11 an ihren zwischen ihren Kugelaufnahmeöffnungen und ihren
Kugelaufnahmeausnehmungen liegenden Stirnflächenabschnitten keinerlei Vorsprünge
auf, so daß die Kugeln in die Kug#Ihalteöffnungen der Kupplungshälfte ein- und aus
ihnen austreten können, ohne daß sich die Kupplungshälften um einen wesentlich größeren
Abstand als dem Durchmesser der Kugeln relativ zueinander gegen die Kraft der Feder
od. dgl. auseinanderbewegen müssen.
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Während der zuvor erwähnten Bewegung der Kugeln 17 in die Kugelaufnahmeabschnitte
23 der Ausnehmung 20 dreht sich der K ugelkäfig 26 relativ
zur treibenden Kupplungshälfte 10 um das notwendige Maß, um die Kugeln in
Ausrichtung mit den Kugelaufnahmeabschnitten 23 zu bringen. Diese Drehung
wird dadurch bewirkt, daß die Kugeln bei Beginn der Vorwärtsbewegung in den Ausnehmungen
20 noch im rollenden Eingriff mit der treibenden Kupplungshälfte 10 und mit
dem geneigten Boden 24 der Ausnehmung am Kugeleintrittsende 21 stehen.
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Wenn jedoch die Kugeln 17 erst einmal mit den I,'-ugelaufnahmeabschnitten
22 der Ausnehmungen 20 ausgerichtet sind, wird auf den Kugelkäfig 26 keine
Kraft, welche ihn relativ zur treibenden Kupplungshälfte zu drehen sucht, ausgeübt,
so daß er mit seinen Bohrungen27 in Ausrichtung mit den Abschnitten 23 einer
jeden Kugelaufnahmeausnehmung verbleibt, um die Kugeln in der gewünschten Stellung
außer Druckanlage mit den beiden Kupplungshälften zu halten.
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Das Wiedereinrücken der Kupplung wird so bewirkt, daß die Bedienungsperson
zunächst die sich drehenden Teile zum Stillstand kommen läßt, worauf dann
der Kugelkäfig 26 relativ zur treibenden Kupplungshälfte 10 in entgegengesetzter
Richtung zu der vorgesehenen Drehrichtung der treibenden Kupplungshälfte gedreht
wird, so daß die Kugeln 17 zum Ende 21 einer jeden Ausnehmung, zurückbewegt
werden. Sie laufen dabei über die geneigte Bodenfläche 24 und dann über die benachbarte
glatte Stirnfläche der treibenden und getriebenen Kupplungshälfte und werden wieder
mit den Öffnungen 15 der treibenden Kupplungshälfte und den öffnungen
16 der getriebenen Kupplungshälfte ausgerichtet und rasten unter der Belastung
der Feder 14 wieder darin ein.