DE19508526A1 - Kupplung zur Verbindung einer Kupplungshülse mit einem Kupplungszapfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur lösbaren Verbindung einer Kupplungshülse mit einem Kupplungszapfen, wobei die Kupp­ lungshülse eine Aufnahmebohrung aufweist, in welcher der Kupp­ lungszapfen im gekuppelten Zustand einsitzt und welche zur Über­ führung in den gekuppelten Zustand in Richtung der Längsachse des Kupplungszapfens und der Kupplungshülse aufeinanderzu ver­ stellbar sind und wobei Mittel zum lösbaren Arretieren der Kupp­ lungshülse zum Kupplungszapfen entgegen der Kuppelrichtung vor­ gesehen sind, die eine Sperrausnehmung mit einer Sperrfläche in der Außenfläche des Kupplungszapfens, einen Riegel, der eine mit der Sperrfläche zusammenarbeitende Riegelfläche aufweist und der mit seiner Riegelfläche in eine über die Wandung der Aufnahme­ bohrung der Kupplungshülse nach innen vorragende Sperrstellung oder eine aus der Aufnahmebohrung zurückgezogene Lösestellung bewegbar ist, sowie ein federbelastetes Sperrelement umfaßt, welches den Riegel in der Sperrstellung verriegelt und welches durch Eingriff von außen in eine Freigabestellung überführbar ist, wobei der Riegel durch Federkraft zur Sperrstellung hin be­ aufschlagt ist und bei Freigabestellung des Sperrelementes durch Bewegung der Kupplungshülse und/oder des Kupplungszapfens ent­ gegen der Kuppelrichtung in die Lösestellung und bei Aufhebung des Eingriffs wieder in die Sperrstellung gedrängt wird und wobei ferner die Achse der Bohrung zur Aufnahme des Riegels in einer Ebene mit der Längsachse der Aufnahmebohrung liegt und die Bohrungsachse die Längsachse mit einem spitzen Winkel schneidet, wobei sich der Winkel in Kuppelrichtung bei Bewegung der Kupp­ lungshülse auf den Kupplungszapfen zu öffnet.

In der US 43 92 759 ist eine Kupplung beschrieben, bei der der Kupplungszapfen mit einem Vielkeilprofil und einer umlaufenden Nut versehen ist. Die Kupplungshülse weist eine entsprechende mit einem Vielkeilprofil versehene Bohrung auf. In der Wandung der Kupplungshülse ist radial verlaufend eine abgestufte Bohrung eingebracht. In diese ist ein Riegel eingesetzt, der an seinem im Durchmesser kleineren Ende eine Riegelfläche aufweist, die mit der umlaufenden Nut des Kupplungszapfens zusammenarbeitet. Der Riegel ist nach Art eines Pilzes gestaltet, das heißt er weist nach außen hin einen vergrößerten Kopf auf, der in dem im Durchmesser vergrößerten Abschnitt der radial verlaufenden Boh­ rung einsitzt. Zwischen der Endfläche dieser Bohrungsstufe und der des vergrößerten Abschnittes des Riegels ist eine Feder eingelegt, die den Riegel nach außen außer Eingriff zur Nut des Kupplungszapfens beaufschlagt. Auf der Kupplungshülse sitzt eine axial verschiebliche Hülse als Sperrelement auf, die von einer Feder in Richtung Sperrstellung beaufschlagt wird und über eine Schrägfläche den Riegel zu seiner Eingriffstellung hin beauf­ schlagt. Um den Kupplungszapfen in die Kupplungshülse einschie­ ben zu können, muß das Sperrelement soweit verschoben werden, daß der Riegel unter Federkraft nach außen wandern kann. In dieser Stellung ist es möglich, das Sperrelement in Form der Hülse durch Verdrehen in seiner axialen Richtung an der Kupp­ lungshülse festzulegen.

Die DE-AS 12 73 918 beschreibt eine Kupplung mit einer Kupp­ lungshülse und einem Kupplungszapfen, welche zueinander korre­ spondierende und schräg zur Längsachse verlaufende Bohrungen aufweisen. In der Bohrung des Kupplungszapfens sitzt ein Riegel ein, der mittels eines federnden Gummielementes in eine Ein­ griffsposition zur Bohrung der Kupplungshülse gedrängt wird. Er ist durch ein Werkzeug aus dieser Eingriffsposition gegen die Kraft des Gummipolsters in eine ausgerückte Position verstell­ bar. Ferner weist die Kupplungshülse eine Schrägfläche auf, welche beim Zusammenführen von Kupplungshülse und Kupplungszap­ fen den Riegel gegen die Kraft des Gummipolsters in die zurück­ gezogene Stellung zurückschiebt, um das Einkuppeln zu erleich­ tern.

Ferner ist im DE-GM 19 21 517 eine Kupplung beschrieben, bei der der an der anzutreibenden Walze angebrachte Kupplungszapfen einen vom Kreisquerschnitt abweichenden Rechteckquerschnitt mit einer teilweisen zylindrischen Außenfläche aufweist, mit welchem er drehfest in einer entsprechenden Aufnahmebohrung der Kupp­ lungshülse aufgenommen ist. Die Kupplungshülse ist beispiels­ weise Teil einer Gelenkwelle, welche eine Längenveränderung zwischen ihren beiden Anschlußpunkten zuläßt, so daß durch Ver­ kürzung der Gelenkwelle die Kupplungshülse von dem Kupplungs­ zapfen abgezogen werden kann. Umgekehrt kann durch Verlängerung der Gelenkwelle die Kupplungshülse in Ausschieberichtung auf den Kupplungszapfen aufgeschoben werden. Ein solches Lösen der Ver­ bindung ist beispielsweise zum Walzenwechsel bei einem Walzwerk erforderlich.

Es wurde festgestellt, daß bei einigen Anwendungsfällen, bei denen im Betrieb eine schwingende Belastung auftritt, die reib­ schlüssige Anlage des Riegels gegen das Sperrelement zur Auf­ hebung der Sicherung führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kupplung nach dem Hauptpatent so weiter auszugestalten, daß eine Sicherung der Verbindung im gekuppelten Zustand auch bei schwingender Bean­ spruchung gegeben ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rie­ gel an seinem der Riegelfläche abgewandten Ende mit einer Siche­ rungsfläche versehen ist, daß das Sperrelement durch eine Druck­ feder zur Sperrstellung beaufschlagt ist und in dieser in Anlage zu einem Boden der Ausnehmung, in der es verstellbar aufgenommen ist, befindet und daß zwischen der Sicherungsfläche des Sperr­ elementes und der Gegenfläche des Riegels, die zur Abstützung des Riegels gegen das Sperrelement bei Beaufschlagung des Rie­ gels in der Sperrstellung durch den Kupplungszapfen dient, im unbeaufschlagten Zustand des Riegels in der Sperrstellung ein Spiel vorhanden ist und daß die Sicherungsfläche und die Gegen­ fläche parallel zur Stellachse des Sperrelementes verlaufen.

Eine Sicherung durch das Sperrelement ist auch bei schwingender Beanspruchung gegeben, da aufgrund des Spieles und des paralle­ len Verlaufs der Sicherungsfläche und der Gegenfläche keine Verstellkraft auf das Sperrelement ausgeübt werden kann. Bei Beaufschlagung des Sperrelementes durch den Riegel ist dieser fest gegen den Boden der Ausnehmung abgestützt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung und dessen Anwendung bei einer Gelenkwelle für ein Walzwerk ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 eine Anordnung, bestehend aus einem Antrieb, einem Walzenständer, zwei Gelenkwellen, die zum Antrieb je einer Walze dienen, wobei beide über eine erfindungs­ gemäße Kupplung verbunden sind und diese sich in ge­ kuppelter Stellung befinden, und einer Haltevorrich­ tung für die Gelenkwellen,

Fig. 2 eine Anordnung gemäß Fig. 1 bei gelöster Kupplung,

Fig. 3 das Detail X gemäß Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, für eine Ausführung, bei der Kupplungshülse und Kupp­ lungszapfen auch im gekuppelten Zustand eine Relativ­ verstellung in Axialrichtung ausführen können, und

Fig. 4 eine Vergrößerung des Details Y gemäß Fig. 3 bei in gekuppelter Position befindlicher Kupplungshülse und Kupplungszapfen.

Aus den Fig. 1 und 2 ist ein Antrieb 1 ersichtlich, der zum Antrieb der Walzen eines Walzenständers 2 dient. Zur Verbindung zwischen beiden ist eine Gelenkwelle 3 vorgesehen. Die Gelenk­ welle 3 besteht aus den beiden im Abstand voneinander angeord­ neten Gelenken 4, 5, die eine Abwinklung zwischen An- und Abtrieb zulassen, und dem Schiebeteil 6, das aus der Lageveränderung der Gelenkwelle resultierende Längenveränderungen ausgleicht. Ferner ist die Kupplungshülse 7, die an das Gelenk 5 angeschlossen ist, erkennbar, und die, wie aus Fig. 2 ersichtlich, zur Verbindung mit dem Kupplungszapfen 8 dient. Die Kupplungshülse 7 ist mit Arretiermitteln 10 versehen. Die Längsachse der Kupplungshülse ist mit 12 und die des Kupplungszapfens mit 13 bezeichnet. Zur Verbindung der Kupplungshülse 7 mit dem Kupplungszapfen 8 muß die Gelenkwelle eine Längenveränderung durch Bewegung des Gelen­ kes 5 nach rechts auf den Walzenständer 2 zu erfahren. Das Kup­ peln der Kupplungshülse 7 mit ihrer Längsachse 12 auf dem Kupp­ lungszapfen 8 mit der Längsachse 13 erfolgt in Richtung des Pfeiles N. Dabei werden Kupplungshülse 7 und Kupplungszapfen 8 so ausgerichtet, daß ihre Längsachsen 12 und 13 zu einer über­ einstimmenden Lage kommen. Es ist auch möglich, daß die Walze mit dem Kupplungszapfen 8 eine Zustellbewegung auf die ortsfest gehaltene Kupplungshülse 7 zu ausführt. Zur Durchführung des Kuppel- bzw. Entkuppelvorganges dient auch eine Haltevorrichtung 52, die die Gelenkwelle 3 für diesen Vorgang abstützt und ferner ein Öffnungswerkzeug 46, das die Verriegelung der Kupplung löst.

Aus Fig. 3 ist im vergrößerten Maßstab erkennbar, daß die Ge­ lenkwelle 3 ein Kreuzgelenk 5 umfaßt, dessen eine Gelenkgabel einen Flansch 9 trägt, an dem die Kupplungshülse 7 festgelegt ist. Die Kupplungshülse 7 weist an ihren dem Flansch 9 zu- und abgewandten Ende je einen Zentrierring 11, 11a zur Zentrierung der Kupplungshülse 7 gegenüber dem Kupplungszapfen 8 auf, da dieser einen vom Kreisquerschnitt abweichenden Querschnitt hat. Diesem Querschnitt ist die Aufnahmebohrung 23 in der Kupplungs­ hülse 7 angepaßt. Die Wandung der Aufnahmebohrung 23 ist mit 24 bezeichnet. Die Aufnahmebohrung 23 besitzt die Längsachse 12. Ferner ist die Kupplungshülse 7 in ihrer Außenfläche mit einer Zentriernut 14 zur Anbringung eines Zentrieransatzes eines Öff­ nungswerkzeuges versehen. Darüber hinaus ist erkennbar, daß in einem Durchbruch der Kupplungshülse 7 die Arretiermittel 10 angeordnet sind, die zur axialen Fixierung der Kupplungshülse 7 auf dem Kupplungszapfen 8 entgegen der Aufschieberichtung die­ nen.

Der Kupplungszapfen 8 ist, wie aus den Fig. 4 bis 6 erkenn­ bar, mit einer Sperrausnehmung 15 in seiner Außenfläche 17 ver­ sehen. Die Sperrausnehmung 15 weist eine Sperrfläche 16 auf, die unter dem Winkel B von etwa 45 bis 55° zur Längsachse 13 des Kupplungszapfen 8 geneigt angeordnet ist und der sich entgegen der Kuppelrichtung N der Kupplungshülse 7 öffnet.

Zum vorderen Ende hin ist der Kupplungszapfen 8 mit einer ko­ nisch verlaufenden Zentrierfläche 18 versehen. Der Kupplungs­ zapfen 8 ist mit seiner Außenfläche 17 in der Aufnahmebohrung 23 der Kupplungshülse 7 aufgenommen. Die Kupplungshülse 7 weist einen radialen Durchbruch 20 auf, der abgesetzt und in Drauf­ sicht als Rechteck gestaltet sein kann. In diesen Durchbruch 20 sind die Arretiermittel 10 eingesetzt. Diese umfassen einen Träger 19, der durch Schrauben an einer Stufenfläche des Durch­ bruches 20 verschraubt ist und in diesen radial von außen einge­ steckt ist. Er reicht bis an die Wandung 24 der Aufnahmebohrung 23 heran. Er ist gegenüber der Außenfläche 21 der Kupplungshülse 7 versenkt angeordnet. In dem Träger 19 befindet sich eine schräg verlaufende Bohrung 27, deren Bohrungsachse 28 mit der Längsachse 12 der Kupplungshülse 7, die der der Aufnahmebohrung 23 entspricht, in einer Ebene liegt und diese unter einem Winkel A schneidet, der als spitzer Winkel mit etwa 45 bis 55° gestal­ tet ist. Der Winkel A öffnet sich in Kuppelrichtung N. Die Boh­ rung 27 ist ausgehend von der dem Kupplungszapfen 8 zugewandten Innenfläche als Sackbohrung gestaltet. In die Bohrung 27 ist ein Riegel 25 in Form eines zylindrischen Bolzens verschiebbar ein­ gesetzt. Der Riegel 25 ist entlang der Bohrungsachse 28 ver­ stellbar. Er ist auf seiner Außenfläche mit einer sich parallel zur Bohrungsachse 28 erstreckenden Nut 29 versehen, in welche ein Sicherungsstift 30, der in den Träger 19 eingesetzt ist, eingreift und den Riegel 25 gegen Verdrehung in der Bohrung 27 sichert. Darüber hinaus begrenzt der Sicherungsstift 30 in Ver­ bindung mit der Nut 29 die Verlagerung des Riegels 25 nach innen in Richtung auf die Aufnahmebohrung 23.

Bei der Ausgestaltung nach den Fig. 3 und 4 ist eine axiale Relativbewegung zwischen dem Kupplungszapfen 8 und der Kupp­ lungshülse 7 auch im gekuppelten Zustand vorgesehen. Dabei ist die Länge der Nut 29 so getroffen, daß die Bewegung des Riegels 25 nach innen zur Sperrstellung hin derart begrenzt ist, daß der Riegel 25 nicht in dem Grund der Sperrausnehmung anliegt. Der Riegel 25 läuft mit dem Anschlag 50a seiner Nut 29 gegen den Sicherungsstift 30.

Der Riegel 25 weist eine Sackbohrung auf, in welche eine Druck­ feder 31 eingesetzt ist, die sich mit einem Ende in der Sack­ bohrung und mit ihrem anderen Ende gegen den Boden der als Sack­ bohrung gestalteten Bohrung 27, in der der Riegel 25 aufgenommen ist, abstützt. Die Feder 31 drängt den Riegel 25 in eine nach innen verschobene Position, in welcher er sich mit seiner zur Aufnahmebohrung 23 hin vorgesehenen Riegelfläche 26 in die Boh­ rung 23, d. h. über die Bohrungswandung 24 radial nach innen vorsteht. Die Riegelfläche 26 ist unter einem Winkel B von 45 bis 550 zur Längsachse 12 der Kupplungshülse 7 angeordnet, wel­ cher sich entgegen der Kuppelrichtung N öffnet, bei der die Kupplungshülse 7 auf den Zapfen 8 aufgeschoben wird, und wel­ cher größenmäßig dem Winkel entspricht, unter dem die Sperrflä­ che 16 zur Längsachse 13 des Kupplungszapfens 8 angeordnet ist.

Der Riegel 25 ist an seinem der Riegelfläche 26 abgewandten Ende mit einer Sicherungsfläche 33 versehen ist, die mit einem Sper­ relement 35 zusammenarbeitet. Das Sperrelement 35 ist in einer Ausnehmung 40 des Trägers 19 radial verschiebbar geführt. Das Sperrelement 35 weist auf seiner Außenfläche eine zur Sicheru­ ngsfläche 33 des Riegels 25 korrespondierende Gegenfläche 36 auf. Das Sperrelement 35 besitzt ferner einen nach radial außen gerichteten Betätigungsstift 37, der nach außen geführt ist und in eine Ausnehmung hineinragt. Das Sperrelement 35 wird ferner von einer Druckfeder 44 beaufschlagt, die dessen Stirnfläche 56 gegen den Boden 55 der Ausnehmung 40 drückt. Zwischen der Gegen­ fläche 36 des Riegels 25 und der Sicherungsfläche 33 des Sperr­ elementes 35 ist ein Spiel 54 vorhanden. Der Riegel 25 schlägt dabei durch seine Feder 31 beaufschlagt mit dem Anschlag 50a seiner Nut 29 an den Sicherungsstift 30 an, während das Sperre­ lement 35 durch seine Druckfeder 44 beaufschlagt mit seiner Stirnfläche 56 am Boden 55 der Ausnehmung 40 anschlägt. Beim Verschieben der Kupplungshülse 7 entgegen der Aufschieberichtung N zum ortsfesten Kupplungszapfens 8 wird der Riegel 25 durch die Sperrfläche 16 der Sperrausnehmung 15 über seine Riegelfläche 26 entlang seiner Längsachse 28 so weit verschoben, bis er mit seiner Gegenfläche 36 an die Sicherungsfläche 33 des Sperrele­ mentes 35 anschlägt und somit seine weitere Bewegung verhindert wird. Die Gegenfläche 36 und die Sicherungsfläche 33 verlaufen parallel zur Stellachse X des Sperrelementes 35.

Zum Lösen der Verbindung dient ein Öffnungswerkzeug das mit einem radial verschiebbaren Betätigungsbolzen den Betätigungs­ stift 37 beaufschlagt, so daß das Sperrelement 35 aus der in Fig. 4 dargestellten Position radial nach innen verlagert wird, wobei die Gegenfläche 36 sich von der Sicherungsfläche 33 wegbe­ wegt und die Sicherung des Riegels 25 aufgehoben ist. Durch Ver­ schieben der Kupplungshülse 7 entgegen der Kuppelrichtung N verschiebt sich der Riegel 25 gegen die Kraft der Feder 31 in eine zurückgezogene Position. Der Riegel 25 gleitet mit seiner Riegelfläche 26 an der Sperrfläche 16 der Sperrausnehmung 15 des Kupplungszapfens 8 auf, und die Kupplungshülse 7 kann den Kupp­ lungszapfen 8 verlassen. Sobald die Bewegung soweit erfolgt ist, daß der Bereich der Zentrierfläche 18 erreicht ist, wird der Riegel 25 wieder durch die Kraft der Feder 31 in eine nach innen verlagerte Position verschoben, in der eine Sperrfläche 26 über die Wandung 24 der Aufnahmebohrung 23 nach innen vorsteht. Beim Kuppeln erfolgt die Bewegung umgekehrt. Die Zentrierfläche 18 verschiebt beim Aufschieben der Kupplungshülse 7 auf den Kupp­ lungszapfen 8 den Riegel 25 in die zurückgezogene Position, bis die Sperrausnehmung 15 erreicht ist und der Riegel 25 unter der Kraft der Feder 31 wieder nach innen verlagert wird. Danach wird das Sperrelement 35 durch Ausfahren des Betätigungsbolzens frei­ gegeben und das Sperrelement 35 legt sich mit seiner Stirnfläche 55 gegen den Boden 56 der Ausnehmung 40 an.

Bezugszeichenliste

1 Antrieb
2 Walzenständer
3 Gelenkwelle
4, 5 Gelenk
6 Schiebeteil
7 Kupplungshülse
8 Kupplungszapfen
9 Flansch
10 Arretiermittel
11, 11a Zentrierring
12, 13 Längsachse
14 Zentriernut
15 Sperrausnehmung
16 Sperrfläche
17 Außenfläche
18 Zentrierfläche
19 Träger
20 Durchbruch
21 Außenfläche der Kupplungshülse
22
23 Aufnahmebohrung
24 Wandung der Aufnahmebohrung
25 Riegel
26 Riegelfläche
27 Bohrung
28 Bohrungsachse
29 Nut
30 Sicherungsstift
31 Feder
32
33 Sicherungsfläche
34
35 Sperrelement
36 Gegenfläche
37 Betätigungsstift
38
39
40 Ausnehmung
41
42
43
44 Feder
45
46
47
48
49
50a Anschlag
51
52 Haltevorrichtung
53
54 Spiel zwischen Sicherungsfläche 33 und Gegenfläche 36
55 Boden der Ausnehmung
56 Stirnfläche des Sperrelementes
A, B Winkel
N Aufschieberichtung

Claims (1)

1. Kupplung zur lösbaren Verbindung einer Kupplungshülse (7) mit einem Kupplungszapfen (8), wobei die Kupplungshülse (7) eine Aufnahmebohrung (23) aufweist, in welcher der Kupp­ lungszapfen (8) im gekuppelten Zustand einsitzt und welche zur Überführung in den gekuppelten Zustand in Richtung der Längsachse (13) des Kupplungszapfens (8) und der Kupplungs­ hülse (7) aufeinanderzu verstellbar sind und wobei Mittel (10) zum lösbaren Arretieren der Kupplungshülse (7) zum Kupplungszapfen (8) entgegen der Kuppelrichtung vorgesehen sind, die eine Sperrausnehmung (15) mit einer Sperrfläche (16) in der Außenfläche (17) des Kupplungszapfens (8), einen Riegel (25), der eine mit der Sperrfläche (16) zu­ sammenarbeitende Riegelfläche (26) aufweist und der mit seiner Riegelfläche (26) in eine über die Wandung (24) der Aufnahmebohrung (23) der Kupplungshülse (7) nach innen vor­ ragende Sperrstellung oder eine aus der Aufnahmebohrung (23) zurückgezogene Lösestellung bewegbar ist, sowie ein federbelastetes Sperrelement (35) umfaßt, welches den Rie­ gel (25) in der Sperrstellung verriegelt und welches durch Eingriff von außen in eine Freigabestellung überführbar ist, wobei der Riegel (25) durch Federkraft zur Sperrstel­ lung hin beaufschlagt ist und bei Freigabestellung des Sperrelementes (35) durch Bewegung der Kupplungshülse (7) und/oder des Kupplungszapfens (8) entgegen der Kuppelrich­ tung (N) in die Lösestellung und bei Aufhebung des Ein­ griffs wieder in die Sperrstellung gedrängt wird und wobei ferner die Achse (28) der Bohrung (27) zur Aufnahme des Riegels (26) in einer Ebene mit der Längsachse (12) der Aufnahmebohrung (23) liegt und die Bohrungsachse (28) die Längsachse (12) mit einem spitzen Winkel (A) schneidet, wobei sich der Winkel (A) in Kuppelrichtung (N) bei Bewe­ gung der Kupplungshülse (7) auf den Kupplungszapfen (8) zu öffnet, nach Patent . . . . . . (Patentanmeldung P4410306.9), dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel (25) an seinem der Riegelfläche (26) abge­ wandten Ende mit einer Sicherungsfläche (3) versehen ist, daß das Sperrelement (35) durch eine Druckfeder (44) zur Sperrstellung beaufschlagt ist und in dieser in Anlage zu einem Boden der Ausnehmung, in der es verstellbar aufgenom­ men ist, befindet und daß zwischen der Sicherungsfläche (33) des Sperrelementes (35) und der Gegenfläche (36) des Riegels (25), die zur Abstützung des Riegels (25) gegen das Sperrelement (35) bei Beaufschlagung des Riegels (25) in der Sperrstellung durch den Kupplungszapfen (8) dient, im unbeaufschlagten Zustand des Riegels (25) in der Sperrstel­ lung ein Spiel (54) vorhanden ist und daß die Sicherungs­ fläche (33) und die Gegenfläche (36) parallel zur Stell­ achse (X) des Sperrelementes (35) verlaufen.