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Die Erfindung bezieht sich auf Kupplungsanordnungen zur Begrenzung
eines zu übertragenden Drehmoments, bei welchem eine auf das Drehmoment ansprechende
Vorrichtung mit einer Reibungskupplung mechanisch in Reihe gekuppelt ist und Kugeln,
die in Ausnehmungen zwischen antreibenden und angetriebenen Teilen der auf das Drehmoment
ansprechenden Vorrichtung enthalten sind, innerhalb ihrer Ausnehmungen in Abhängigkeit
von der Drehmomentstärke hochlaufen, um den einen dieser Teile in axialer Richtung
vom anderen entgegen der Wirkung einer Feder zu verschieben, wobei der auf diese
Weise verschobene Teil den einen von einem Paar von sich gegenüberliegenden Reibfiächenbauteilen
der Reibungskupplung mitnimmt, um so unverzögert den Berührungsdruck zwischen den
Reibflächen bei kontinuierlichem Reibungseingriff lediglich herabzusetzen und dadurch
die durch die Kupplung übertragene Drehmomentstärke zu begrenzen und bei welchen
eine Kupplungsnachstellung bei Abnutzung der Reibflächen möglich ist.
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Bei einer bekannten Ausführungsform einer Kupplungsanordnung dieser
Art wirkt der angetriebene Teil der auf das Drehmoment ansprechenden Vorrichtung
außerdem als der antreibende Reibflächenbauteil der Reibungskupplung, und, bis eine
vorbestimmte Stärke des aufgebrachten Drehmoments erreicht ist, wirken die in ihren
Ausnehmungen hochlaufenden Kugeln lediglich in der Weise, daß sie diesen Teil axial
in Richtung auf den angetriebenen Reibflächenbauteil der Kupplung drücken. Dadurch
wird der Berührungsdruck zwischen den Reibflächen erhöht und ein Schleifen bzw.
Rutschen der Kupplung vermieden. Ist aber einmal die vorbestimmte Stärke des Drehmoments
erreicht, dann laufen die Kugeln soweit hoch, daß sie ihre Ausnehmungen verlassen
und dem angetriebenen Teil der auf das Drehmoment ansprechenden Vorrichtung die
Möglichkeit geben, sich unter der Wirkung der Feder in der entgegengesetzten Axialrichtung
zu bewegen, und zwar vom angetriebenen Teil der Kupplung weg. Dadurch wird der Berührungsdruck
zwischen den beiden Reibflächen vermindert und schnell vollständig unterbrochen,
so daß die Reibungskupplung ausgerückt und durch die Anordnung kein Drehmoment mehr
übertragen wird. Eine übertragung des Drehmoments kann nur durch eine manuelle Rückstelltätigkeit
wiederhergestellt werden, durch welche die Kugeln wieder in ihre Ausnehmungen zwischen
dem antreibenden und angetriebenen Teil .der auf das Drehmoment ansprechenden Vorrichtung
zurückgebracht werden.
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Das Ausrücken der Kupplung und die folgende Notwendigkeit für die
Rückstellung, und zwar jedesmal, wenn die Stärke des zur Anwendung kommenden Drehmoments
die Grenze überschreitet,- mdcht diese Ausführungsform von Kupplungsanordnung für
die Verwendung unter denjenigen Umständen ungeeignet, wo die Stärke des zu übertragenden
Drehmoments immer noch begrenzt werden soll, aber die übertragung ungeachtet der
Stärke des der Anordnung auferlegten Drehmoments kontinuierlich weiter erfolgen
soll. Solche Umstände treten beispielsweise in einem Luftfahrzeug mit einem Autopiloten
auf. Wo ein Autopilot dazu verwendet wird, die aerodynamischen Ruderflächen eines
Luftfahrzeugs zu betätigen, ist es erwünscht, daß der Flugzeugführer in der Lage
ist, den Autopiloten jederzeit zu überwinden und dadurch die Steuerung des Luftfahrzeugs
zu übernehmen, wobei er einfach die normalen Handsteuerungen verwendet, die ihm
für den manuellen Flug des Luftfahrzeugs zur Verfügung stehen. Um den Autopiloten
auf diese Weise zu überwinden, muß die Stärke des auf die Ruderflächen-Betätigungsvorrichtung
durch den Flugzeugführer ausgeübten Drehmoments dem durch den Autopiloten auferlegten
Drehmoment entgegenwirken. Demgemäß ist es notwendig, den Autopiloten mit der Betätigungsvorrichtung
über eine Kupplungsanordnung zu kuppeln, die, während sie ein Drehmoment vom Autopiloten
kontinuierlich auf die Betätigungsvorrichtung überträgt, die Stärke des übermittelten
Drehmoments auf einen Wert begrenzt, der innerhalb der Fähigkeit des Flugzeugführers
liegt, diesem unter Verwendung der manuellen Steuerung entgegenzuwirken.
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Eine Ausführungsform einer Kupplungsanordnung der beschriebenen Bauart,
welche unter diesen letztgenannten Umständen verwendet werden kann, ist bereits
zur Verwendung für Rollenwicklung vorgeschlagen worden. Bei dieser Ausführungsform
von Kupplungsanordnung wird der antreibende Teil der auf das Drehmoment ansprechenden
Vorrichtung durch den angetriebenen Reibflächenbauteil der Kupplung getragen, und
die in ihren Ausnehmungen hochlaufenden Kugeln drücken den antreibenden Teil entgegen
der Wirkung der Feder in einer axialen Richtung, um den Berührungsdruck zwischen
den Reibflächen der Kupplung zu vermindern. Sobald die Stärke des zur Anwendung
kommenden Drehmoments über einen Wert hinaus ansteigt, der unter anderem von der
Steifheit und Vorspannung der Feder abhängig ist, so wird der Berührungsdruck bis
zu einem Punkt reduziert, an welchem ein Schlupf auftritt. Das steigende Ausmaß
des Schlupfes, der mit zunehmender Stärke des zur Anwendung kommenden Drehmoments
auftritt, wirkt in der Weise, daß es die Stärke des zu übertragenden Drehmoments
begrenzt, und der Wert, auf welchen sie begrenzt wird, bleibt im wesentlichen konstant,
und zwar ungeachtet jeder Änderung des Reibungskoeffizienten an den Reibflächen.
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Bei dieser Ausführungsform von Kupplungsanordnung ist für eine Nachstellung
der normalen Axialverschiebung des antreibenden und angetriebenen Bauteils der Reibungskupplung
zueinander Sorge getragen. Eine solche Nachstellung ist erforderlich, um einer Abnutzung
an den Reibflächen Rechnung zu tragen, und sie wird dadurch erreicht, daß der antreibende.
Bauteil der Kupplung in einer mit Gewinde versehenen Hülse gelagert wird, welche
in den Gehäusedeckel eingeschraubt und mittels einer Gegenmutter in der passenden
Stellung gesichert wird. Ohne Zweifel ist eine häufige Handnachstellung der Gewindehülse
erforderlich, wenn die Drehmoment-Begrenzungseigenschaften der Kupplungsanordnung
über den ganzen Betrieb hinweg im wesentlichen konstant gehalten werden sollen.
Eine solche Notwendigkeit ist von Nachteil, und dies wirkt sich insbesondere dann
aus, wenn die Kupplungsanordnung in einem Luftfahrzeug, wie oben beschrieben, verwendet
werden soll.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kupplungsanordnung der beschriebenen
Gattung zu schaffen, bei welcher der Berührungsdruck praktisch unabhängig von der
Abnutzung der Reibflächen ist.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß auch der andere Reibflächenbauteil
zur Ausführung
einer freien Axialbewegung in Richtung auf den einen
Reibflächenbauteil verschiebbar gelagert ist und daß eine zweite, in an sich bekannter
Weise entgegen der ersten wirkende und zumindest gleich starke Feder den anderen
Reibflächenbauteil in diese Richtung zu drücken sucht.
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Bei der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung wird die Kupplung automatisch
nachgestellt, um die Abnutzung der Reibflächen auszugleichen, und dies hat den Hauptvorteil,
daß, wenn einmal die Vorspannung der ersten Feder eingestellt worden ist, um die
erwünschte Begrenzungswirkung hervorzurufen, diese Wirkung ohne irgendeine wesentliche
Veränderung und ohne die Notwendigkeit irgendeiner laufenden Überprüfung und Wartung
aufrechterhalten wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Kupplungsanordnung nach der Erfindung
wird nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher
beschrieben. Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch die Kupplungsanordnung.
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Die Kupplungsanordnung weist einen im allgemeinen zylindrischen, mit
Außengewinde versehenen Bauteil 1 auf, welcher einstückig mit einer Scheibe 2 (die
den antreibenden Teil bildet) an seinem rechten Ende ausgebildet ist und eine abgestufte
Bohrung 3 aufweist, die eine Schulter 12 bildet. Der Durchmesser des linken Endes
des Bauteils 1 ist verringert, um einen Hohlzylinder 4 zu bilden. Der Zylinder
4 ist mit Außenklauen 5 versehen, welche mit Klauen 7 an einer ringförmigen Scheibe
6 kämmen, welche auf dem Zylinder 4 frei drehbar sitzt, aber deren Axialbewegung
von den Klauen 5 weg durch einen Rückhaltering 17 an dem Zylinder
4 begrenzt wird. Die Scheibe 6 ist mit weiteren Klauen 8 an der gegenüberliegenden
Seite der Klauen 7 versehen, welche mit den Zähnen kämmen, die von einem Servomotor
angetrieben werden, wie nachstehend noch beschrieben werden soll.
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Ein Hohlzylinder 9 ist an der Scheibe 2 durch Schrauben
10 befestigt und verläuft koaxial zum Bauteil 1, wobei die gemeinsame Achse
durch das Bezugszeichen 12 kenntlich gemacht ist. Ein mit Bohrung versehener zylindrischer
Bolzen 13 sitzt in der Bohrung 3 und dem Zylinder 9, wobei die Bohrung an ihrem
linken Ende einen erweiterten Abschnitt 15 aufweist, der ein Innengewinde 16 hat
und an seinem rechten Ende in einen sechseckigen Sockel 11 eingeformt ist.
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Der Bauteil 1 ist mit der Ausgangswelle eines Servomotors gekuppelt,
welcher Klauen aufweist, die mit den Klauen 8 zusammenwirken, und einen mit Außengewinde
versehenen Zapfen, der zu dem mit Gewinde versehenen Abschnitt 15 paßt. Der Bauteil
1 ist mit der Ausgangswelle des Servomotors verbunden.
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Der Bauteil 1 und der Zylinder 9 sind in Kugellagern
18 bzw. 19 drehbar gelagert, die auf dem Gehäuse der Kupplungsanordnung sitzen,
welches aus zwei schalenförmigen Bauteilen 20 und 21 besteht. Die Bauteile 20 und
21 und ein Ring 23, welcher sich zwischen ihnen befindet, werden durch Schrauben
24 zusammengehalten. Die innere Lauffläche des Lagers 18 ist auf dem Bauteil 1 gleitbar
gelagert, und die äußere Lauffläche ist in einem Ring 22 befestigt, der selbst gleitbar
in einem hohlen Zylinder 25 angebracht ist. Die innere und die äußere Lauffläche
des Lagers 18 werden durch Muttern 26, die auf den Bauteil 1 aufgeschraubt
sind, an einer Bewegung nach links und durch den Ring 22 an einer Bewegung nach
rechts gehindert. Die innere Lauffläche des Lagers 19 wird auf dem Zylinder 9 durch
Klemmringe 27 gehalten, und die äußere Lauffläche wird auf dem Bauteil 21 durch
eine ringförmige Schulter 28 am Bauteil 21 und eine ringförmige Endkappe
29
gehalten, die durch Schrauben 30 am Bauteil 21 befestigt ist.
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In die Scheibe 2 sind drei Buchsen 31 aus gehärtetem Stahl eingepaßt,
die um die Achse 12 symmetrisch verteilt angeordnet und mit konischen Aussparungen
versehen sind. Eine Scheibe 32 ist auf dem Zylinder 9 drehbar gelagert, und in sie
sind drei Buchsen 33 aus gehärtetem Stahl eingepaßt, die gleichartig denjenigen
der Scheibe 2 sind und symmetrisch um die Achse 12 im gleichen Radius wie diejenigen
der Scheibe 2 angeordnet sind. Die gezeigte Winkellage der Scheibe 32 ist derart,
daß die Buchsen 31 und 33 einander gegenüberliegen, und Kugeln 34 aus gehärtetem
Stahl sind so angeordnet, daß sie in die konischen Aussparungen der Buchsen 31 und
33 eingreifen. Die Scheibe 32 wird in Richtung auf die Scheibe 2 durch eine Feder
35 in Form eines Tellerfederpakets gedrückt, dessen eines Ende gegen ein Drucklager
36 drückt. Das Drucklager 36 ist um die Achse 12 drehbar gelagert und überträgt
die Kraft der Feder 35 auf die Scheibe 32 über Kugellager 46. Das andere Ende der
Feder 35 drückt gegen ein weiteres Drucklager 37, welches über drei Bolzen 38, die
durch gekrümmte Schlitze 39 in der Scheibe 32 hindurchführen, an der Scheibe 2 befestigt
ist. Der Antrieb wird von der Scheibe 32 auf den Ring 23 durch eine Anordnung übertragen,
die der Wirkung nach eine Mehrscheiben-Reibungskupplung ist. Fünf ringförmige Reibungsplatten
eines Reibflächenbauteils 42, die durch zwei Zungen 43
zurückgehalten
werden, welche aus dem Ring 23 herausragen, greifen an einer Reibungsfläche an,
die an einer ringförmigen Verlängerung 40 der Scheibe 32 und vier ringförmigen Reibungsplatten
eines Reibflächenbauteils 41, der durch drei Stifte 44 zurückgehalten wird, welche
an die Scheibe 32 angeschraubt sind, gebildet wird. Eine Tellerfeder 45, deren eines
Ende an dem Ring 22 angreift und deren anderes Ende am Reibungsbauteil 42 angreift,
drückt alle Reibungsflächen der Verlängerung 40 und der Reibflächenbauteile
41 und 42 in Eingriff miteinander. Die Steifheit der Feder 45 ist sehr viel größer
als diejenige der Feder 35.
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Im Betrieb werden der Bauteil 1 und die Scheibe 2 durch den Servomotor
angetrieben, und der Antrieb wird über die Kugeln 34 auf die Scheibe 32 übertragen.
Der Antrieb wird von der Scheibe 32 auf den Ring 23 durch die Reibungsflächen der
Verlängerung 40 und die Reibflächenbauteile 41 und 42 übertragen.
Eine Kraft wird durch die Kugeln 34 auf die Scheibe 32 ausgeübt, die die Kraft verringert,
mit welcher die Reibungsflächen in Wirkverbindung miteinander gedrückt werden, und
dadurch das Drehmoment verringert, welches durch die Reibungsflächen übertragen
werden kann. Wenn das übertragene Drehmoment einen gewissen Wert überschreitet,
wird die Kraft, mit der die Reibungsflächen in Wirkberührung miteinander gedrückt
werden, genügend verringert, damit sie rutschen. Die Stärke des Drehmoments, bei
welcher das Rutschen erfolgt, hängt ab von dem Reibungskoeffizienten der Reibungsflächen,
dem Winkel der konischen Aussparungen
der Buchsen 31 und
33, dem Radius der Kugeln 34 und ihrem Abstand von der Achse 12 und
der Steifheit der Federn 35 und 45. Die Stärke des Drehmoments, bei welchem das
Rutschen stattfindet, ändert sich; wenn sich .der Reibungskoeffizient der Reibungsflächen
ändert, aber nicht im gleichen Maße. Wenn z. B. der Reibungskoeffizient um ungefähr
50% ansteigt, kann die Höhe des Drehmoments, bei welcher die Reibungsflächen rutschen,
um nicht mehr als 15% erhöht werden. Der Antrieb wird von dem Ring 23 auf
andere Bauteile durch ein Element (nicht gezeigt) übertragen, das an dem Bauteil
21 befestigt ist.
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Die Stärke des Drehmoments, bei welcher das Rutschen erfolgt, kann
durch Verschrauben der Muttern 26 entlang dem Bauteil 1 geändert werden,
wodurch die Kräfte geändert werden, die durch die Federn ausgeübt werden.