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Federkupplung, insbesondere für intermittierenden Betrieb Die Erfindung
bezieht sich auf Federkupplungen, die insbesondere für einen intermittierenden Betrieb
geeignet sind und in Abhängigkeit davon ein- und ausgerückt werden können, ob eine
Steuerbuchse der Kupplungseinrichtung sich drehen kann oder an einer Drehung gehindert
ist.
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Federkupplungen mit einer Schraubenfeder, die sich um Eingabe- und
Abtriebsteile erstreckt, und mit einer Steuerbuchse, die in Eingriff mit dem einen
Ende der Peder steht und gegen eine Drehung zurückgehalten werden kann, oder die
sich auch drehen kann, um dadurch die Arbeitsweise der Kupplungseinrichtung zu steuern,
sind bekannt. Ein wichtiges Anwendungsgebiet für solche Kupplungen findet sich in
Maschinen, in denen die Ein- und Auskupplungs-Arbeitsgänge wiederholt über eine
ausgedehnte Zeitspanne ausgeführt werden müssen.
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Die bekannten Kupplungen fallen jedoch häufig aus oder gehen zu Bruch,
wenn sie mit einer sehr hohen Geschwindigkeit über eine lange Zeitspanne arbeiten
müssen, z.B. mit einerfGeschwindigkeit in der Größenordnung von 40 U/sek., und sie
arbeiten außerdem kaum zufriedenstellend, wenn es erforderlich istt die Stellung
des Abtriebsteils während eines jeden Arbeitszyklus genau zu fixieren.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung in einer
solchen Ausführung zu schaffen, daß sie mit einer hohen Geschwindigkeit über eine
lange Zeitspanne zyklisch betrieben werden kann und dabei nicht ausfällt. Die Kupplung
des aufgezeigten Typs soll ferner während eines jeden Arbeitszyklus beim Ein- und
Ausrücken die Stellung einer Abtriebswelle präzise fixieren können. Die Kupplung
soll fernerhin 90 beschaffen sein, daß ihre Abtriebswelle gegen eine umgekehrte
Drehung blockiert ist, wenn die Kupplung ausgerückt ist.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Federkupplung gelöst,
die gekennzeichnet ist durch ein drehbares Eingabeteil und ein axial ausgerichtetes
drehbares Abtriebsteil, von denen ein jedes eine zylindrische Kupplungsfläche aufweist,
eine Hauptfeder, die in Eingriff mit den zylindrischen Kupplungsflächen steht, wobei
die Feder in einer solchen Richtung gewickelt ist, daß sie die Eingabe- und Abtriebsteile
verbindet und das Abtriebsteil in einer vorbestimmten Drehrichtung in bezug auf
das Eingabeteil antreibt, ein ortsfest angebrachtes Teil, das eine zylindrische
Kupplungsfläche aufweist, eine Steuerbuchse, die in Eingriff mit dem einen Ende
der Hauptfeder steht und dadurch drehbar ist, eine erste Vorrichtung zum Unterbrechen
der Drehung der Steuerbuchse, damit die Abtriebs- und Eingabeteile getrennt werden
und die Feder veranlaßt wird, wieder an der zylindrischen Fläche des ortsfesten
Teils anzugreifen, um die Drehung des -Abtriebsteils anzuhalten, und durch eine
zweite Vorrichtung, die in Wirkverbindung mit dem ortsfesten Teil und dem Abtriebsteil
steht und eine Drehung des Abtriebsteils in einer Richtung zuläßt, in der das Abtriebsteil
durch das Eingabeteil gedreht wird, jedoch eine Drehung des Abtriebateils in der
entgegengesetzten Richtung verhindert.
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Die Erfindung wird nun an Hand der beiliegenden Abbildungen ausführlich
beschrieben, wobei alle aus der 23eschreibung und den Abbildungen hervorgehenden
Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen
können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.
Bs zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt einer Federkupplung, die gemäß der Erfindung
konstruiert ist; Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Ebene der Linie 2-2 der
Fig. 1; Fig. 3 eine J)raufeiht der in der Kupplung der Fig. 1 und 2 verwendeten
Haupt feder; Fig. 4 eine Draufsicht einer Rückanschlagfeder, die in der Kupplung
der Fig. 1 und 2 eingesetzt ist und Fig. 5 eine Draufsicht einer in der Kupplung
der Fig. 1 und 2 verwendeten Freilauffeder.
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Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen. Mit der Bezugszahl
10 ist ein Eingabeteil der Kupplung gemäß der Erfindung gekennzeichnet, auf dem
eine Buchse 12 mit einem Preßsitz aufgebracht ist Dieses Eingabeteil ist über die
Buchse 12 in einem lager 14 drehbar abgestützt, dessen Laufring-Trageteil 16, z.B.
durch Schrauben 18, am ortsfesten Rahmen 20 ;befestigt ist. Das Eingabeteil 10 ist
mit einer Verzahnung 22 versehen oder auf andere Weise zweckentsprechend ausgeblldet,
damit es in Eingriff mit einem treibenden Teil gebracht und durch dieses kontinuierlich
gedreht werden kann. Eine Abtriebswelle 24. ist auf Buchsen 26 und 28 innerhalb
des Eingabeteils 10 drehbar gelagert. Diese Abtriebswelle ist an einem Abtriebsteil
30 der Kupplung durch einen Stift 32 befestigt. Das Eingabeteil 10 und Abtriebsteil
30
weisen äußere zylindrische Kupplungsflächen 34 bzw. 36 auf, die von den wendelförmigen
Windungen der Hauptfeder 38 der Kupplung umfaßt werden. Die Teile 10 und 30 enthalten
auch zylindrische Flächen 40 und 42, die mit einer Freilauf-Schraubenfeder 44 in
Eingriff stehen.
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Die Haupt feder 38 ist eine Stufenfeder mit einem Mittelteil 46, das
einen kleineren Durchmesser als die entgegengesetzten Endteile 48 und 50 aufweist.
Der Durchmesser des Mittelteils der Feder ist so festgelegt, daß diese in der Kupplung
einen festen Sitz auf den Eingabe- und Abtriebsteilkupplungsflächen 34 und 36 hat.
Der Endteil 48 der Weder hat einen Festsitz auf der inneren zylindrischen Fläche
52 einer Steuerbuchse 54, die konzentrisch zu den Kupplungsflächen 34 und 36 liegt,
während der Endteil 50 der Peder einen Festsitz auf einer inneren zylindrischen
Fläche 56 einer Hülse 58 aufweist, die ebenfalls konzentrisch zu den Flächen 34
und 36 angeordnet ist. Die Federendteile weisen vorzugsweise Zungen oder Mitnehmer
60 und 62 auf, die in den Hülsen 54 bzw. 58 festgemacht sind, um jede Relativdrehung
eines Federendteils und der zugeordneten Hülse zu verhindern. Vorzugsweise ist ferner
der Festsitz zwischen den Federendteilen 48 und 50 und den Flächen 52 und 56 so
kräftig, daß Scherbeanspruchungen an den Feder-Mitnehmern 60 und 62 abgeschwächt
werden.
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Die Hülse 58 ist, wie gezeigt, durch einen Stift 64 am Abtriebsteil
30 befestigt. Die Steuerbuchse 54 ist jedoch auf der Buchse 12 drehbar gelagert.
Der mittlere Teil 46 der Haupt feder 38 ist bei einer Aufweitung in Eingriff mit
der inneren zylindrischen Fläche 56 der Hülse 58 und einer inneren zylindrischen
Fläche 66 bringbar, die an einem Teil 68 ausgebildet ist, welches durch Schrauben
69 am ortsfesten Laufringtragteil 16 festgemacht ist. Die innere zylindrische Fläche
66 verläuft wie die Pläche 56 konzentriseh zu den Flächen 34 und 36.
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Die Teile 68 und 58 enthalten zylindrische Kupplungsflächen 70 bzw.
72, die in Eingriff mit einer Rückanschlag-Schraubenfeder 74 stehen. Die Feder 74
ist eine Stufenfeder, die so in die Kupplung eingebaut wird, daß ihre Windungen
76 mitdem kleineren Durchmesser fest auf der zylindrischen Pläche 70 des Teils 68
sitzen und daß ihre Windungen 78 mit dem größeren Durchmesser einen weniger festen
Sitz auf der zylindrischen Flache 72 am Teil 58 haben. Die oben erwähnte Freilauffeder
44 ist ebenfalls eine Stufenfeder, deren Windungen 80 mit dem größeren Durchmesser
einen Festsitz auf der zylindrischen Fläche 40 am Eingabeteil 10 haben und deren
Windungen 82 mit dem kleineren Durchmesser einen weniger starken-Festsitz auf der
zylindrischen Fläche 42 am Abtriebsteil 30 aufweisen. Sämtliche Federn in der Kupplung,
d.h. die Hauptfeder 38, die Rückanschlagfeder 74 und die Freilauffeder 44 sind alle
in der gleichen Richtung gewickelt.
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Im Betrieb wird das Eingabeteil 10 der Kupplung in einer solchen Richtung
angetrieben, daß die Hauptfeder 38 noch fester -gegen die Kupplungsflächen 34 und
36 gezogen wird (gemäß Fig. 2 entgegen dem Uhrzeigersinn), was zur Polge hat, daß
das Abtriebsteil 30 ebenso wie die fest angebrachte Abtriebswelle 24 über die Feder
durch das Eingabeteil 10 angetrieben werden. Wahrend das Abtriebsteil 30 durch das
Eingabeteil 10 angetrieben wird, wird die Feder 74 durch den kräftigen...
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Festsitz ihrer Windungen 76 auf der zylindrischen Fläche 70 gegen
eine Drehung angehalten und ihre Windungen 78 werden durch das Abtriebsteil überholt.
Die Feder 44, welche- infolge des kräftigen Festsitzes ihre Windungen 80 auf der
zylindrischen Fläche 40 wirksam am Eingabeteil 10 festgelegt ist, verhindert, daß
das Abtriebsteil 30 das Eingabeteil überholt, da jede derartige Neigung dazu rührt,
daß die Windungen.82 sich auf der zylindrischen Pläche 42 festziehen. Während der
Drehung des Abtriebsteils 30 durch das Eingabeteil 10 dreht sich die Steuerbuchse
54 mit der Feder 38. Das Abtriebseil
30 und die Abtriebswelle 24
können in vorbestimmten Stellungen durch Unterbrechung der Drehung der Buchse 54
angehalten werden, die, wie gezeigt, mit Anschlägen 84 und 86 versehen ist, welche
wiederum mit einer passenden Anschlageinrichtung, etwa der Klinke 88 in Eingriff
bringbar sind. Wenn die Drehung der Buchse 54 unterbrochen wird, weitet sich der
mittlere Teil 46 der Peder 38 sofort gegen die zylindrische Bläche 66 des ortsfesten
Teils 68 und gegen die zylindrische Pläche 56 der Hülse 58 auf, um über die Feder
38 das Abtriebsteil 30 am ortsfesten Teil 68 festzulegen, woraufhin das Abtriebsteil
30 und die Abtriebswelle 24 ihre Drehung beenden. Eine umgekehrte Drehung des Abtriebsteils
30 und der Abtriebswelle 24 nach dem Anhalten des Abtriebsteils wird durch die Rückanschlagfeder
74 verhindert, da deren Windungen 78 sich auf der zylindrischen Pläche 72 festziehen,
um die Drehung in einer Richung entgegengesetzt zur Antriebsrichtung zu blockieren.
Das Ausrücken der Klinke 88 aus der Steuerbuchse 54 bewirkt, daß die mittleren Windungen
46 der Feder. 38 wieder in Eingriff mit den Kupplungsflächen 34 und 36 kommen. Diese
Windungen werden durch die Drehung des Eingabeteils fest gegen die Kupplungsflächen
gezogen, und das Abtriebsteil wird wieder über die Feder 38 durch das Singabeteil
angetrieben.
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Die Federn 38 und 44 dienen dem Zweck, praktisch jede relative Drehung
der Eingabe- und Abtriebsteile der Kupplung zu verhindern, wenn die Klinke 88 aus
der Steuerbuchse 54 ausgerückt ist, und die Federn 38 und 74 gewährleisten, daß
das Abtriebsteil 30 in Ruhelage oder stehen bleibt, wenn die Klinke 88 sich in Eingriff
mit einem der Anschlage 84 oder 86 an der Steuerbuchse 54 befindet. Die Stellung
der Abtriebswelle kann daher mit der Klinke 88 genau gesteuert werden. Es ist häufig
zweckmäßig, wenn die Abtriebswelle 24 periodisch zwischen Drehintervallen augenblicklich
blockiert bzw. festgestellt werden soll, daß die Klinke 88 wirkungsmäßig mit
irgendeiner
Kraftquelle verbunden wird, die das Eingabeteil 10 so antreibt, daß die Klinke je
nach Wunsch, in und außer Eingriff mit den Anschlägen 84 und 86 bewegt wird. Bei
einer Alternativausführung kann die Klinke auch unabhängig gesteuert werden, z.B.
durch ein Solenoid in Abhängigkeit von elektrischen Steuersignalen. Der Schlag oder
Stoß auf die Klinke 88 ist, wenn die Klinke in Anlage mit einem Anschlag auf der
Buchse 54 gebracht wird, schwach, denn die Masse der Buchse ist klein, und außerdem
wird nur eine kleine Kraft an dem Anschlag benötigt, um zu bewirken, daß sich die
Feder 98 aufweitet undin verstärktem Eingriff mit der zylindrischen Fläche 66 am
Teil 68 und der zylindrischen Fläche 56 an der Hülse 48 kommt. Die kupplung kann
daher wiederholt mit einer hohen Geschwindigkeit und über eine lange Zeitspanne
hinweg betrieben werden, ohne daß die Klinke oder Steuerbuchse Schaden erleiden
Für den einschlägigen Fachmann iSt es einleuchtend, daß im Rahmen des allgemeinen
Erfindungsgedankens zahlreiche Ände rungen vorgenommen werden können. Insbesondere
wird bemerkt, daß entweder die Rückanschlagfeder 74 oder die Freilauffeder 44 oder
auch diese beiden Federn weggelassen und stattdessen bekannte Rollenkupplungen eingesetzt
werden können, die die Funktionen dieser Federn erfüllen.