DE1255405B

DE1255405B - Safety coupling in the form of a clamping lock (clamping body freewheel)

Info

Publication number: DE1255405B
Application number: DE1966ST025228
Authority: DE
Inventors: Hans Hillmann
Original assignee: Stieber Rollkupplung K G
Current assignee: Stieber Rollkupplung K G
Priority date: 1966-04-13
Filing date: 1966-04-13
Publication date: 1967-11-30

Description

Sicherheitskupplung in Form eines Klemmgesperres (Klemmkörperfreilaufes) Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung, d. h. also eine Kupplung zur Verhinderung der übertragung eines einen Maximalwert überschreitenden Drehmoments in der einen Drehrichtung, in Form eines in der anderen Drehrichtung entkuppelnden Klemmgesperres (Klemmkörperfreilaufes).Safety coupling in the form of a locking mechanism (sprag freewheel) The invention relates to a safety coupling, i. H. so a clutch for prevention the transmission of a torque exceeding a maximum value in one Direction of rotation, in the form of a locking mechanism that decouples in the other direction of rotation (Sprag freewheel).

Die meisten bekannten Sicherheitskupplungen, welche die Übertragung eines einen Maximalwert überschreitenden Drehmoments verhindern sollen, sind Reibungskupplungen. Infolgedessen sind sie in ihrer Abschaltgenauigkeit, d. h. in der Genauigkeit der Einhaltung des gewünschten maximalen übertragbaren Drehmoments, abhängig vom Reibungswert, der aber in sehr starkem Maße von äußeren Einflüssen, und zwar von der Feuchtigkeit, von der Temperatur und vom Schmierzustand der Reibflächen abhängig ist. Infolgedessen ist die Abschaltgenauigkeit dieser bekannten Sicherheitskupplungen nur sehr gering. Die bekannten Sicherheitskupplungen sind außerdem fast alle konstruktiv und daher herstellungstechnisch recht aufwendig und aus dem gleichen Grund nicht immer in befriedigendem Maße betriebssicher.Most known safety couplings that do the transmission Friction clutches are intended to prevent a torque from exceeding a maximum value. As a result, they are in their shutdown accuracy, i. H. in the accuracy of the Compliance with the desired maximum transferable torque, depending on the coefficient of friction, but to a very great extent from external influences, namely from the moisture, depends on the temperature and the lubrication condition of the friction surfaces. Consequently the shutdown accuracy of these known safety clutches is very low. The known safety couplings are also almost all constructive and therefore In terms of production technology, it is quite complex and, for the same reason, not always in operationally reliable to a satisfactory degree.

Bei Reibungs-Sicherheitskupplungen ist es auch schon bekannt, die durch elastische, hülsenförmige Reibelemente erzielte Anpreßkraft und damit das Rutsch-Drehmoment durch das Reibelement umgebende Metall-Spiralfedern zu beeinflussen. Die geschilderten grundsätzlichen Nachteile von auf Reibung basierenden Sicherheitskupplungen werden dadurch nicht behoben.In the case of friction safety clutches, it is already known that contact pressure achieved by elastic, sleeve-shaped friction elements and thus the To influence slip torque by the friction element surrounding metal spiral springs. The described basic disadvantages of friction-based safety clutches are not resolved by this.

Weiter ist eine Sicherheitskupplung bekannt, bei der zwischen der zylindrischen Außenfläche eines Innenringes und der zylindrischen Innenfläche eines Außenringes eine Vielzahl von über den Umfang gleichmäßig verteilten, durch eine ringförmige Feder zusammengehaltenen und in radialer Richtung außen und innen über diese ringförmige Feder vorstehenden Klemmkörpern in Form von zu einer radialen Ebene in Mitnahmerichtung unterhalb des Reibungswinkels angestellten, rechteckigen, an beiden Enden abgerundeten Klemmplatten vorgesehen ist. Allerdings weist hier die zylindrische Außenfläche des Innenringes kreiszylindrische Längsnuten auf, in denen die innenliegenden Enden der Klemmplatten schwenkbar gelagert sind. Infolgedessen ist das maximale Übertragungsdrehmoment nicht genau einstellbar und nicht genau auf längere Zeit einhaltbar, weil die für das Kippen der Klemmkörper aus der Leerlaufstellung in die Einkuppelstellung und umgekehrt erforderliche Kraft in sehr starkem Maße von der Reibung zwischen den Klemmplatten und ihren Lagernuten im Innenring, die eine Art Lagerpfanne bilden, abhängig ist. Die Stärke dieser Reibung hängt wiederum von einer ganzen Reihe von äußeren Einflüssen ab, darunter in besonders starkem Maße vom Schmierzustand der Kupplung und damit von der Temperatur der Kupplung. Infolgedessen kann das Grenzdrehmoment der Kupplung, wie bei allen auf Reibung beruhenden Sicherheitskupplungen, in derart starkem Maße schwanken, daß diese Kupplungsbauart zumindest für viele Anwendungsfälle als eine wirkliche Sicherheitskupplung praktisch unbrauchbar ist. - Auch ist diese bekannte Kupplung keine »Sicherheitskupplung« im üblichen Sinne. Unter einer Sicherheitskupplung versteht man eine solche Kupplung, die bei Überschreiten eines bestimmten maximalen Übertragungsdrehmoments die betreffende Antriebsverbindung vollkommen trennt, so daß sowohl antriebsseitig als auch abtriebsseitig Beschädigungen durch Überlastung vermieden werden. Bei Überschreitung des gewünschten Grenzdrehmoments kann der Antrieb frei weiterlaufen, während das angetriebene Aggregat überhaupt nicht mehr angetrieben wird. Die bekannte, als »Drehmomentmechanismus« bezeichnete Kupplung arbeitet insofern gerade umgekehrt, als sie bei Übertragung eines unter dem gewünschten Grenzdrehmoment liegenden Drehmoments ausgekuppelt ist, wobei die Übertragung über einen Torsionsstab erfolgt, während bei überschreitung dieses Grenzdrehmoments infolge einer bestimmten Verdrillung des Torsionsstabes, der an einem Ende mit dem Innenring und am anderen Ende mit dem Käfig des Klemmgesperres verbunden ist, dieses Gesperre eingekuppelt, d. h. also der Innenring mit dem feststehenden Außenring gekuppelt wird. Dabei wird also der Antrieb gewissermaßen abgewürgt. Man kann hiermit Überlastungen des angetriebenen Aggregats oder Organs verhindern, nicht aber eine Überlastung des antreibenden Teils, beispielsweise eines Elektromotors, einer Brennkraftmaschine od. dgl. Es handelt sich bei der bekannten Kupplung um eine in beiden Richtungen einschaltbare Freilaufkupplung, deren Schaltung abhängig von dem übertragenen Drehmoment durch ein Drehmoment-Meßorgan in Form eines Torsionsstabs erfolgt. Die bekannte Drehmoment-Begrenzungskupplung benötigt zu ihrer Schaltung einen besonderen Käfig zusätzlich zu der Anfederung der Klemmplatten in Form einer Wurmfeder, die durch entsprechende Öffnungen der Klemmplatten hindurchgeführt ist.Next, a safety coupling is known in which between the cylindrical outer surface of an inner ring and the cylindrical inner surface of a Outer ring a large number of evenly distributed over the circumference, through a annular spring held together and radially outward and inward over this annular spring protruding sprags in the form of a radial Level in the direction of driving below the angle of friction, rectangular, Rounded clamping plates are provided at both ends. However, points here the cylindrical outer surface of the inner ring has circular cylindrical longitudinal grooves, in which the inner ends of the clamping plates are pivotably mounted. Consequently the maximum transmission torque is not precisely adjustable and not precisely Can be maintained for a longer period of time, because the clamping body for tilting from the idle position in the coupling position and vice versa required force to a very large extent from the friction between the clamping plates and their bearing grooves in the inner ring, which form a kind of storage pan, is dependent. The strength of this friction, in turn, depends from a whole range of external influences, including particularly strong ones Dimensions of the lubrication condition of the coupling and thus of the temperature of the coupling. As a result, the limit torque of the clutch can, as with all, be based on friction Safety clutches fluctuate to such an extent that this type of coupling practical as a real safety coupling, at least for many applications is useless. - This well-known coupling is also not a "safety coupling" in the usual sense. A safety coupling is understood to be a coupling that the one in question when a certain maximum transmission torque is exceeded Drive connection completely separates, so that both the drive side and the output side Damage due to overload can be avoided. If the desired At the limit torque, the drive can continue to run freely while the driven unit is no longer powered at all. The one known as the "torque mechanism" The clutch referred to works exactly the other way around, as it does during transmission a torque below the desired limit torque is disengaged, the transmission takes place via a torsion bar, while when exceeded this limit torque as a result of a certain twisting of the torsion bar, the one at one end with the inner ring and at the other end with the cage of the locking mechanism is connected, this locking mechanism is engaged, d. H. so the inner ring with the stationary one Outer ring is coupled. In this way, the drive is, so to speak, stalled. Man can thus prevent overloading of the driven unit or organ, not but an overload of the driving force Part, for example one Electric motor, an internal combustion engine or the like. It is the known Clutch to a one-way clutch that can be switched on in both directions, its switching depending on the torque transmitted by a torque measuring element in the form of a Torsion bars takes place. The well-known torque limiting clutch needed for their Circuit a special cage in addition to the springing of the clamping plates In the form of a worm spring, which is passed through corresponding openings in the clamping plates is.

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung einer echten Sicherheitskupplung zur Verhinderung der Übertragung eines einen Maximalwert überschreitenden Drehmoments in der einen Drehrichtung, in Form eines in der anderen Drehrichtung entkuppelnden Klemmgesperres, wobei, ausgehend von der bekannten Konstruktion mit Klemmplatten, die Nachteile dieser bekannten Kupplungsbauweise vermieden werden sollen und eine sehr einfach aufgebaute und betriebssichere und genau arbeitende Sicherheitskupplung geschaffen werden soll.The object of the invention is to create a real one Safety coupling to prevent the transmission of a maximum value exceeding Torque in one direction of rotation, in the form of one in the other direction of rotation decoupling locking mechanism, based on the known construction with Clamping plates, the disadvantages of this known coupling design are avoided should and a very simply structured, reliable and precisely working Safety coupling is to be created.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die ringförmige Feder aus elastischem Werkstoff besteht, in dem die Klemmplatten eingebettet sind, und daß der eine der beiden Ringe so dünnwandig ist, daß er bei überschreiten des vorgesehenen maximalen Drehmoments durch elastische Verformung ein Umkippen der Klemmplatten ermöglicht. Dieser elastische Ring übernimmt nicht nur die Anfederung, sondern auch die Führung der Klemmplatten, so daß ein besonderer Käfig überflüssig wird. Ferner wird ein besonderes Drehmoment-Meßorgan, wie es bei der bekannten Kupplung in Form eines Torsionsstabs vorhanden ist, eingespart, da der ohnehin vorhandene Innen- oder Außenring der Kupplung, der entsprechend dünnwandig ausgebildet ist, diese Aufgabe mit übernimmt. Die erfindungsgemäße Kupplung arbeitet ferner völlig reibungsfrei und daher sehr genau. Das gewünschte Grenzdrehmoment ändert sich im Betrieb der Kupplung, auch bei schwankenden Betriebsbedingungen, nicht.This object is achieved according to the invention in that the annular The spring is made of elastic material in which the clamping plates are embedded, and that one of the two rings is so thin-walled that it is exceeded when the provided maximum torque due to elastic deformation overturning the Clamping plates allows. This elastic ring not only takes over the springing, but also the guidance of the clamping plates, so that a special cage is superfluous will. Furthermore, a special torque measuring element, as is the case with the known clutch in the form of a torsion bar is saved, since the already existing one Inner or outer ring of the coupling, which is accordingly thin-walled, takes over this task. The clutch according to the invention also works completely frictionless and therefore very accurate. The desired limit torque changes in Operation of the coupling, even with fluctuating operating conditions, does not.

Um den ursprünglichen Kupplungszustand wiederherzustellen, aber auch um ein Verändern des gewünschten maximalen Mitnahme-Drehmoments zu ermöglichen, kann in weiterer Ausbildung der Erfindung der Durchmesser der Klemmfläche, die der Klemmfläche an dem elastischen verformbaren Ring gegenüberliegt, stufenlos veränderbar sein. Dies kann man beispielsweise dadurch verwirklichen, daß die Veränderung des Durchmessers der Klemmfläche durch axial gegeneinander verschiebbare Kegelflächen erfolgt.In order to restore the original clutch condition, but also to enable the desired maximum driving torque to be changed, can in a further embodiment of the invention, the diameter of the clamping surface, which the Opposite clamping surface on the elastic deformable ring, infinitely variable be. This can be achieved, for example, by changing the Diameter of the clamping surface by axially displaceable conical surfaces he follows.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.

F i g. 1 zeigt oberhalb der Mittellinie einen Axialschnitt, unterhalb der Mittellinie eine Seitenansicht einer Sicherheitskupplung gemäß der Erfindung; F i g. 2 zeigt eine an einer Stelle aufgebrochene Stirnansicht der Sicherheitskupplung gemäß F i g. 1; F i g. 3 zeigt in einem Teil-Radialschnitt eine andere Möglichkeit zur Veränderung des maximalen Mitnahme-Drehmoments der Sicherheitskupplung. Hauptteile der Sicherheitskupplung sind ein äußeres Gehäuse 1 mit daran durch Schrauben 16 befestigtem Deckel 3, ein Innenring 2 und ein elastisch aufweitbarer Außenring 4. Auf dem Innenring 2 ist ein schräg zur Axialrichtung geschlitzter federnder Ring 5 gelagert, der eine zylindrische Außenklemmfläche 21 aufweist. Zwischen dieser und der zylindrischen Innenklemmfläche 22 des Außenringes 4, der an dem äußeren Gehäuse 1 mittels Schrauben 19 befestigt ist, befinden sich, in axialer Richtung durch je einen Ring 7 und 27 gehalten, Klemmkörper 8 in Form von Klemmplatten, die an ihren radial innen-und außenliegenden Enden abgerundet sind und mit einem elastischen Ring 6 fest verbunden sind, über den sie in beiden Richtungen radial vorstehen. Der Ring 6 kann aus Gummi oder einem elastischen Kunststoff bestehen. Im Falle der Verwendung von Gummi können die Klemmplatten 8 mit dem Ring 6 z. B. durch Anvulkanisieren verbunden sein. Es kommt auch eine Verklebung der Klemmplatten 8 mit dem Ring 6 in Frage.F i g. 1 shows an axial section above the center line and a side view of a safety coupling according to the invention below the center line; F i g. FIG. 2 shows a front view, broken away at one point, of the safety coupling according to FIG. 1; F i g. 3 shows, in a partial radial section, another possibility for changing the maximum driving torque of the safety clutch. The main parts of the safety coupling are an outer housing 1 with a cover 3 fastened to it by screws 16, an inner ring 2 and an elastically expandable outer ring 4. Between this and the cylindrical inner clamping surface 22 of the outer ring 4, which is attached to the outer housing 1 by means of screws 19, there are, held in the axial direction by a ring 7 and 27, clamping body 8 in the form of clamping plates, which on their radially inward -and outer ends are rounded and are firmly connected to an elastic ring 6, over which they protrude radially in both directions. The ring 6 can be made of rubber or an elastic plastic. In the case of the use of rubber, the clamping plates 8 with the ring 6 z. B. be connected by vulcanization. It is also possible to glue the clamping plates 8 to the ring 6.

Mittels einer auf den Innenring 2 aufgeschraubten Ringmutter 9 können über einen Ring 10 und einen Sprengring 13 mehrere Bolzen 17, die in entsprechenden Bohrungen des Innenringes 2 axial verschiebbar sind, in axialer Richtung verschoben werden. Diese Bolzen 17 lagern in dem Ring 2, der eine kegelige Außenfläche 25 aufweist. Auf dieser kegeligen Außenfläche sitzt der geschlitzte federnde Ring 5 mit einer entsprechend kegeligen Außenfläche 26 auf. Durch Verdrehen der Ringmutter 9 kann man also den Außendurchmesser der äußeren zylindrischen Klemmfläche 21 des federnden Ringes 5 und damit das maximale Mitnahme-Drehmoment der Sicherheitskupplung verändern. By means of a ring nut 9 screwed onto the inner ring 2, several bolts 17, which are axially displaceable in corresponding bores in the inner ring 2, can be displaced in the axial direction via a ring 10 and a snap ring 13. These bolts 17 are supported in the ring 2, which has a conical outer surface 25. The slotted resilient ring 5 with a correspondingly conical outer surface 26 is seated on this conical outer surface. By turning the ring nut 9 , the outer diameter of the outer cylindrical clamping surface 21 of the resilient ring 5 and thus the maximum torque of the safety coupling can be changed.

Das äußere Gehäuse 1 ist gegenüber dem Innenring 2 an beiden Enden mittels Dichtungen Il, 12 abgedichtet. Außerdem ist das äußere Gehäuse 1 auf dem Innenring 2 mittels zweier Kugellager 18, 20 gelagert. Das Kugellager 20 ist mittels Sprengringen 14, 15 in axialer Richtung gesichert.The outer housing 1 is sealed off from the inner ring 2 at both ends by means of seals 11, 12. In addition, the outer housing 1 is mounted on the inner ring 2 by means of two ball bearings 18, 20. The ball bearing 20 is secured in the axial direction by means of snap rings 14, 15.

In F i g. 2 sind die Klemmplatten 8 in derjenigen Stellung (genau radiale Stellungen) dargestellt, die sie einnehmen, wenn die Sicherheitskupplung durch entsprechende Einstellung der Ringmutter 9 auf das Mitnahme-Drehmoment Null eingestellt ist. Beim Anziehen der Ringmutter 9 wird die geschlitzte Büchse 5 auf dem Innenring 2 in der Blickrichtung nach F i g. 1 nach rechts verschoben. Hierbei muß der Außenring 4 gegenüber dem Innenring 2 relativ verdreht werden. Die Richtung dieser Relativverdrehung bestimmt die Mitnahme- und die Entkupplungsrichtung. Bei dieser Verdrehung wird die Büchse 5 etwas elastisch gedehnt. Anschließend kann die Kupplung nur noch in einer Richtung im Leerlauf gedreht werden, während in der anderen Richtung das Innenteil bzw. das Außenteil mitgenommen wird. Beim überlasten der Kupplung in Mitnahmerichtung kippen die Klemmplatten 8 unter entsprechender Ausdehnung der federnden Büchse 4 über die Radialebene hinaus. Danach befindet sich die Kupplung dann in der bisherigen Mitnahmerichtung im Leerlauf.In Fig. 2, the clamping plates 8 are shown in that position (precisely radial positions) which they assume when the safety coupling is set to zero driving torque by setting the ring nut 9 accordingly. When the ring nut 9 is tightened, the slotted sleeve 5 is placed on the inner ring 2 in the direction of view of FIG. 1 moved to the right. Here, the outer ring 4 must be rotated relative to the inner ring 2. The direction of this relative rotation determines the driving direction and the uncoupling direction. During this rotation, the sleeve 5 is stretched somewhat elastically. The clutch can then only be rotated in one direction while idling, while the inner part or the outer part is taken along in the other direction. When the clutch is overloaded in the driving direction, the clamping plates 8 tilt with a corresponding expansion of the resilient sleeve 4 beyond the radial plane. The clutch is then idle in the previous driving direction.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 sitzen die Klemmplatten 8, die unter Umständen in gleicher Weise wie nach den F i g. 1 und 2 in einen Ring aus elastischem Werkstoff eingebettet sind, nicht zwischen zylindrischen, sondern zwischen kegeligen Flächen 28 und 29 des Außenringes 4 a bzw. des Innenringes 5a. Der Kegelwinkel der beiden Kegelflächen 28 und 29 ist gleich. In diesem Fall braucht die Büchse 5a nicht geschlitzt zu sein, was die Herstellung erleichtert und verbilligt. Durch axiale Verschiebung der Hülse 5 a unter Sicherung der Klemmplatten 8 gegen axiale Verschiebung kann hier ebenfalls das maximale Mitnahme-Drehmoment der Sicherheitskupplung verändert werden.In the embodiment according to FIG. 3 sit the clamping plates 8, which under certain circumstances in the same way as according to FIGS. 1 and 2 are embedded in a ring made of elastic material, not between cylindrical, but between conical surfaces 28 and 29 of the outer ring 4 a and the inner ring 5 a. The cone angle of the two conical surfaces 28 and 29 is the same. In this case, the sleeve 5a does not need to be slotted, which makes production easier and cheaper. By axially displacing the sleeve 5 a while securing the clamping plates 8 against axial displacement, the maximum driving torque of the safety clutch can also be changed here.

Claims

Claims: 1. Safety coupling to prevent transmission a torque exceeding a maximum value in one direction of rotation, in the form of a locking mechanism that decouples in the other direction of rotation, with between the cylindrical outer surface of an inner ring and the cylindrical inner surface of an outer ring through a multitude of evenly distributed over the circumference an annular spring held together and radially outward and inward Clamping bodies projecting via this annular spring in the form of a radial one Level in the direction of driving below the angle of friction, rectangular, Rounded clamping plates are provided at both ends, thereby g ek e n n z e i c h n e t that the annular spring (6) is made of elastic material, in which the clamping plates (8) are embedded, and that one of the two rings (4, 5) is so thin-walled that it will break when the maximum torque is exceeded allows the clamping plates to tip over due to elastic deformation.

2. Safety coupling according to claim 1, characterized in that the diameter of the clamping surface (21) of the other ring (5, 4) is continuously variable.

3. Safety coupling according to claims 1 and 2, characterized in that the change in the diameter of the clamping surface (21) takes place by axially mutually displaceable conical surfaces (25, 26; 28, 29). Documents considered: German utility model No. 1910 328; French Patent No. 1302 721; British Patent No. 905,781; USA: Patent No. 3,134,246.