DE19815999A1

DE19815999A1 - Overload-prevention clutch

Info

Publication number: DE19815999A1
Application number: DE1998115999
Authority: DE
Inventors: Frank Dr Ing Rieg; Helmut Dipl Ing Scherner; Reiner Dipl Ing Banemann; Reinhard Dipl Ing Wibbeling; Joern Kerkhoff
Original assignee: KTR Kupplungstechnik GmbH
Current assignee: KTR Kupplungstechnik GmbH
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 1999-03-11
Anticipated expiration: 2018-04-10
Also published as: DE19815999B4

Abstract

The clutch comprises members on driving and driven shafts and halves on the driving member uncoupling against spring action on overload. The halves consist of annular components on the driving member and engaging together via spur-type dog teeth. One or both of them slide in the axial direction, and they are thrust into engagement by one or more plate springs. The spring can engage via balls with the halves so as to transmit the torque.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zur Drehmomentübertragung mit einem auf der Antriebswelle befestigbaren Antriebsteil (Kupplungsnabe) und auf dem Antriebsteil angeordneten, bei Auftreten einer Überlast trennbaren, federbelasteten Überlastelementen zur Drehmomentbegrenzung.The invention relates to a clutch for torque transmission with one on the Drive shaft attachable drive part (coupling hub) and on the drive part arranged, when an overload occurs, separable, spring-loaded overload elements for Torque limitation.

Überlastkupplungen haben die Aufgabe, das Auftreten unzulässig hoher Drehmomente beim Übertragen der Antriebskraft zu unterbinden. Es werden form- oder kraftschlüssige Überlastelemente verwendet, die sich nach Überschreiten eines Grenzdrehmomentes gegeneinander verdrehen können. Sie sind deshalb gleitend angeordnet und führen teilweise axiale Ausweichbewegungen aus, beispielsweise bei der Verwendung von Planverzahnungen für eine formschlüssig wirkende Verbindung.Overload clutches have the task of preventing the occurrence of impermissibly high torques Prevent transmission of the driving force. It will be positive or non-positive Overload elements are used, which exceed a limit torque can twist against each other. They are therefore slidably arranged and partially lead axial evasive movements, for example when using face gears for a positive connection.

Kraftschlüssige Überlastelemente sind dagegen mit speziellen Reibbelägen versehen, die unter Verwendung axial gerichteter Federkräfte gegeneinander gepreßt werden. Nach dem Überschreiten eines eingestellten Grenzmomentes reicht die Haftreibung nicht mehr aus, um das Drehmoment in voller Höhe übertragen zu können. Die Überlastteile verdrehen sich lediglich gegeneinander, wobei die Haftreibung in eine Gleitreibung übergeht, die dem Restmoment entspricht. Die Kupplung rutscht unter Beibehaltung des Restmomentes kontinuierlich durch.Non-positive overload elements, on the other hand, are provided with special friction linings, which are under Use axially directed spring forces to be pressed against each other. After this If a set limit torque is exceeded, static friction is no longer sufficient to to be able to transmit the torque in full. The overload parts twist only against each other, whereby the static friction changes into a sliding friction that the Residual moment corresponds. The clutch slips while maintaining the residual torque continuously through.

Es ist ferner bekannt, formschlüssig wirkende Verbindungen zwischen dem Antriebsteil einer Kupplung und den Überlastelementen unter Zwischenschaltung einer Tellerfeder und Wälzkörpern zu schaffen, die in Vertiefungen eines Überlastelements liegen und mit ihrem hervorstehenden Umfang in Vertiefungen der Tellerfeder fassen. Beim Erreichen eines einstellbaren Grenzdrehmoments wird das Überlastelement axial verschoben, so daß die Wälzkörper aus den Vertiefungen treten und eine Relativdrehung der benachbarten Teile erlauben, bis die Wälzkörper in eine benachbarte Vertiefung rutschen. Bei weiterer Aufrechterhaltung der Überlast wiederholt sich dieser Vorgang, und es kommt zu einem ständigen Durchrasten für die Dauer der Grenzwertüberschreitung, wie beispielsweise die EP 0 717 210 A1 zeigt. Die bekannte Kupplung ist bei einem minimalen Aufwand von Einbauteilen von einfacher Ausbildung bei geringen Herstellungskosten. Sie ist vor allem für eine spielfreie Drehmomentübertragung geeignet.It is also known to have a form-fitting connection between the drive part Coupling and the overload elements with the interposition of a plate spring and To create rolling elements, which lie in recesses of an overload element and with it Grip the protruding circumference in the recesses in the disc spring. When you reach one adjustable limit torque, the overload element is axially displaced so that the Rolling elements emerge from the recesses and a relative rotation of the adjacent parts allow until the rolling elements slide into an adjacent recess. With another Maintaining the overload repeats this process and one occurs constant snapping for the duration of the limit violation, such as EP 0 717 210 A1 shows. The known coupling is with a minimum of installation parts of simple training at low manufacturing costs. It is especially for a game-free Suitable for torque transmission.

Bekannt sind Anwendungsfalle, die ein sehr häufiges Durchrutschen erfordern. Die Beschränkung der drehmomentübertragenden Teile auf eine Tellerfeder mit formschlüssiger Wälzkörperverbindung zu den benachbarten An- und Abtriebsteilen der Kupplung ist dafür weniger geeignet. Die Verwendung von Planverzahnungen zur Herstellung eines Formschlusses zwischen federnd aneinandergepreßten Überlastteilen ist an sich bekannt und auch in Abwandlung - wenn auch nicht als drehmomentübertragendes Element - in Schlagbohrmaschinen realisiert. Von beiden Anwendungsfallen ist bekannt, daß beidseitig gehärtete Planverzahnungen fast verschleißfrei arbeiten. Es besteht jedoch die Schwierigkeit, das Drehmoment von dem einen, sich axial bewegenden Überlastelement möglichst spielfrei zum Abtrieb weiterzuleiten.Applications are known which require very frequent slipping. The Limitation of the torque-transmitting parts to a disc spring with a positive fit Rolling element connection to the adjacent input and output parts of the coupling is therefor less suitable. The use of face gears to produce a Form-fit between resiliently pressed overload parts is known per se and also in a variation - if not as a torque-transmitting element - in Impact drills realized. From both application cases it is known that on both sides Hardened face gears work almost wear-free. However, there is a difficulty the torque of the one axially moving overload element is as free of play as possible forward to the downforce.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und eine Kupplung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß eine weitestgehend spielfreie Weiterleitung des Drehmoments bei gleichzeitiger axialer Beweglichkeit der Überlastelemente zueinander sicher erzielt wird. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Kennzeichenteils des Anspruchs 1. The invention has for its object to remedy this situation and a clutch to form the generic term of claim 1 so that a largely free of play Torque transmission with simultaneous axial mobility of the overload elements to each other is achieved safely. The invention solves this problem by the features of Characteristic part of claim 1.

Zum Weiterleiten des Drehmoments bei gleichzeitiger axialer Beweglichkeit der Überlastteile kann eine Tellerfeder mit Wälzkörpern als Mitnahmeteile dienen, die jedoch nicht ausrasten, sondern so ausgelegt sind, daß als Überlastelemente ebenfalls ausschließlich Druckringe dienen, die mit Planverzahnungen formschlüssig ineinanderfassen.To transmit the torque with simultaneous axial mobility of the overload parts a disc spring with rolling elements can serve as driving parts, but they do not disengage, but are designed so that only pressure rings are used as overload elements serve that form-fit with face gears.

Die erfindungsgemäß gestaltete Bauform ist universell als Standardüberlastkupplung für den allgemeinen Maschinenbau geeignet und zeichnet sich durch eine klare Trennung der Funktionen aus:
The design according to the invention is universally suitable as a standard overload clutch for general mechanical engineering and is characterized by a clear separation of the functions:

a) The pressure rings with the face teeth as free-acting, positive Fasteners take over the overload function,
b) the largely play-free torque transmission to the pressure rings during the Axial movement is taken over and guaranteed by the ring-shaped disc springs together with the positive connection of the disc springs with the on and Output parts a clearly defined disengagement of the face geared parts.

Die Ausführung ist auch an die Übertragung größerer Drehmomente anpaßbar, da mehrere Tellerfedern zu einem Paket zusammengefaßt werden können.The version can also be adapted to the transmission of larger torques, as there are several Disc springs can be combined into a package.

Es sind keine zusätzlichen Bauteile für die Drehmomentübertragung zwischen der oder den Tellerfedern und anschließenden Kupplungsteilen erforderlich, die nicht handelsüblich sind. Eine weitere Möglichkeit ergibt sich durch die Verwendung von Materialanhäufungen an den angrenzenden Bauteilen anstelle von Federhülsen.There are no additional components for torque transmission between the or Disc springs and subsequent coupling parts that are not commercially available are required. Another possibility arises through the use of material accumulations on the adjacent components instead of spring sleeves.

Weitere den Erfindungsgegenstand vorteilhaft gestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.Further features that advantageously design the subject matter of the invention are shown in FIGS Subclaims specified.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigen:In the drawing, two exemplary embodiments of the invention are shown schematically and explained below. Show it:

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Kupplung mit einer Tellerfeder und Wälzkörpern zur spielfreien Drehmomentübertragung und einer Planverzahnung der Überlastelemente, Fig. 1 is a longitudinal section through a clutch with a diaphragm spring and rolling elements for play-free transmission of torque, and a face gear of the overload elements

Fig. 2 eine Ansicht der Kupplung gemäß Fig. 1 in Achsrichtung, Fig. 2 is a view of the coupling according to Fig. 1 in the axial direction,

Fig. 3 eine schaubildliche Darstellung der Einzelteile der Kupplung nach den Fig. 1 und 2, Fig. 3 is a perspective view of the individual parts of the clutch of FIGS. 1 and 2,

Fig. 4 den Längsschnitt durch eine Kupplung mit zu einem Paket zusammengefaßten Tellerfedern und Federhülsen zur spielfreien Drehmomentübertragung und mit planverzahnten Überlastelementen, Fig. 4 shows the longitudinal section through a coupling having combined to form a package cup springs and spring sleeves for play-free transmission of torque and with plane-toothed overload elements,

Fig. 5 die Ansicht in Achsrichtung auf das angetriebene Kupplungsteil der Kupplung nach Fig. 4, Fig. 5 shows the view in the axial direction to the driven clutch part of the clutch according to Fig. 4,

Fig. 6 die Ansicht in Achsrichtung auf die Antriebsseite der Kupplung nach den Fig. 4 und 5, Fig. 6 is a view in the axial direction on the drive side of the clutch of FIGS. 4 and 5,

Fig. 7 eine schaubildliche Darstellung der Kupplung nach den Fig. 4 bis 6, Fig. 7 is a perspective view of the clutch of FIGS. 4 to 6,

Fig. 8 die Ansicht einer Tellerfeder mit Materialaussparungen am Außen- und Innenumfang in Achsrichtung, Fig. 8 shows the view of a plate spring material with cut-outs on the outer and inner periphery in the axial direction,

Fig. 9 einen Axialschnitt durch die Tellerfeder und Fig. 9 is an axial section through the plate spring and

Fig. 10 eine schaubildliche Darstellung der Tellerfeder. Fig. 10 is a perspective view of the plate spring.

Die auf einer nicht dargestellten Antriebswelle zu befestigende Kupplungsnabe 1 mit einem Bund- oder Nabenflansch 2 trägt gleitende Überlastelemente in Form eines Flanschringes 3 und eines Schaltringes 4. Als Gleitelement dient eine auf die Nabe 1 geschobene Gleitbuchse 5, die mit Hilfe eines Federringes 6 axial gesichert ist. Der Flanschring und der axial verschiebbare Schaltring sind zur formschlüssigen Verbindung mit Planverzahnungen 7 und 8 ausgeführt.The coupling hub 1 to be fastened on a drive shaft, not shown, with a collar or hub flange 2 carries sliding overload elements in the form of a flange ring 3 and a switching ring 4 . A sliding bush 5 pushed onto the hub 1 serves as a sliding element and is axially secured with the aid of a spring ring 6 . The flange ring and the axially displaceable switching ring are designed for positive connection with splines 7 and 8 .

Zwischen dem Schaltring 4 und dem Nabenflansch 2 ist eine Tellerfeder 9 zur spielfreien Weiterleitung des Drehmoments von der Nabe 1 in den Schaltring 4 angeordnet. Gleichzeitig sorgt die Tellerfeder für den notwendigen Anpreßdruck des Schaltringes an den Flanschring. Der spielfreien Drehmomentübertragung dienen in an sich bekannter Weise kugelige Wälzkörper 10, die mit einem ausreichend großen Umfang in Aufnahmeöffnungen 11 des Nabenflansches und mit dem vorstehenden Teil ihres Umfangs in Bohrungen 12 der Tellerfeder greifen. Diese Bohrungen befinden sich auf einem radialinneren, konzentrischen Kreis der Tellerfeder, so daß sie unmittelbar der Zentralöffnung der Tellerfeder benachbart sind. Die Tellerfeder weist ferner Öffnungen 13 auf, die nah ihrem Außenumfang verteilt angeordnet sind und Kugeln aufnehmen, die mit ihren über die Tellerfederfläche vorstehenden Teilen in Bohrungen 14 auf der Rückseite des Schaltrings greifen. Die Dimensionierung der Kugeln und Aufnahmeöffnungen ist so ausgelegt, daß ein Herausrutschen beim Auftreten eines Überlastmomentes nicht möglich ist.Between the switching ring 4 and the hub flange 2 , a plate spring 9 is arranged for the play-free transmission of the torque from the hub 1 into the switching ring 4 . At the same time, the plate spring ensures the necessary contact pressure of the switching ring on the flange ring. The play-free torque transmission is used in a manner known per se spherical rolling elements 10 which engage with a sufficiently large circumference in receiving openings 11 of the hub flange and with the projecting part of their circumference in bores 12 of the plate spring. These holes are located on a radially inner, concentric circle of the plate spring, so that they are immediately adjacent to the central opening of the plate spring. The plate spring also has openings 13 which are arranged distributed close to its outer circumference and receive balls which engage with their parts projecting beyond the plate spring surface in bores 14 on the rear side of the switching ring. The dimensions of the balls and receiving openings are designed so that they cannot slip out when an overload torque occurs.

Der Flanschring 3 ist an seiner der Verzahnung abgewandten Seite mit Gewindebohrungen 15 versehen, die eine Befestigung des Flanschrings an einem anzutreibenden Teil ermöglichen.The flange ring 3 is provided on its side facing away from the toothing with threaded bores 15 , which enable the flange ring to be fastened to a part to be driven.

Sobald das von der Antriebswelle über die Kupplungsnabe 1, die Tellerfeder 9 und den Schaltring 4 auf den anzutreibenden Flanschring zu übertragende Drehmoment einen Grenzwert übersteigt, sorgen die kegelförmigen Planverzahnungen 7, 8 der Überlastelemente Schaltring und Flanschring aufgrund axialer Kraftkomponenten für ein axiales Ausweichen des Schaltrings 4 in Richtung auf den Nabenflansch 2, bis eine Trennung erreicht ist und eine relative Verdrehung der Überlastelemente ermöglicht wird.As soon as the torque to be transmitted from the drive shaft via the clutch hub 1 , the plate spring 9 and the switching ring 4 to the flange ring to be driven exceeds a limit value, the conical face teeth 7 , 8 of the overload elements switching ring and flange ring ensure axial deflection of the switching ring 4 due to axial force components towards the hub flange 2 until separation is achieved and relative rotation of the overload elements is made possible.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 bis 7 zeigt eine Kupplung mit einem aus drei einzelnen Tellerfedern 20 zusammengefaßten Federpaket. Die Tellerfedern sind mit Materialaussparungen 21 am Innenumfang und Aussparungen 22 am Außenumfang versehen. Sie sind halbkreisförmig für den Eingriff von Federhülsen 24 und 25 gestaltet.The exemplary embodiment according to FIGS. 5 to 7 shows a clutch with a spring assembly combined from three individual plate springs 20 . The plate springs are provided with material cutouts 21 on the inner circumference and cutouts 22 on the outer circumference. They are designed semi-circular for the engagement of spring sleeves 24 and 25 .

Die in die Kerben am Innenumfang greifenden Federhülsen 25 fassen mit ihren gegenüberliegenden Enden in einen Druckring 26, dessen dem Federpaket abgewandte Seite mit einer Planverzahnung 27 versehen ist, die in eine entsprechende Verzahnung eines fest auf der Antriebswelle 28 sitzenden Druckrings 29 greift. Der Druckring 26 ist konzentrisch auf einer axialen Verlängerung 29a des Druckrings 29 axial- und drehbeweglich angeordnet. Zwischen diesen beiden Teilen befindet sich eine Gleitbuchse 30.The spring sleeves 25, which engage in the notches on the inner circumference, engage with their opposite ends in a pressure ring 26 , the side of which facing away from the spring assembly is provided with a plane toothing 27 which engages in a corresponding toothing of a pressure ring 29 firmly seated on the drive shaft 28 . The pressure ring 26 is arranged concentrically on an axial extension 29 a of the pressure ring 29 axially and rotatably. A sliding bush 30 is located between these two parts.

Durch die äußeren Materialaussparungen 22 wird das Drehmoment über die Federhülsen 24 in ein angetriebenes Teil, hier ein stirnverzahntes Rad 31, geleitet. Das Rad 31 ist durch die auf der Antriebswelle 28 befestigte Gleitbuchse 32 in der Lage, sich zusammen mit dem Federpaket und dem Druckring 26 in Umfangsrichtung zu drehen, sobald die Planverzahnung getrennt ist. Ein Flanschring 33 in Verbindung mit einem Sicherungsring 34 verhindert eine axiale Verschiebung der Gleitbuchse 32. Am antriebsseitigen Ende der Welle 28 ist ein kegelförmiges Antriebsritzel 35 angeordnet.The torque is passed through the outer material cutouts 22 via the spring sleeves 24 into a driven part, here a spur gear 31 . The wheel 31 is able to rotate in the circumferential direction together with the spring assembly and the pressure ring 26 by means of the sliding bush 32 fastened on the drive shaft 28 as soon as the face teeth are separated. A flange ring 33 in conjunction with a retaining ring 34 prevents axial displacement of the sliding bush 32 . A conical drive pinion 35 is arranged at the drive end of the shaft 28 .

Die durch das Antriebsritzel 35 in die Welle 28 geleitete Drehkraft wird über den fest auf der Welle sitzenden Druckring 29 und die Planverzahnung auf den axial- und drehbeweglich angeordneten Druckring 26 übertragen. Unterhalb des Grenzdrehmoments, d. h. solange die planverzahnten Druckringe 26 und 29 in Eingriff stehen, wird das Drehmoment über das Federpaket in das Zahnrad 31 geleitet. Sobald jedoch ein Grenzdrehmoment überschritten wird, kann infolge der Planverzahnung der Druckring 26 axial in Richtung auf das Abtriebsrad 31 verschoben werden bis der Eingriff der Planverzahnung aufgehoben ist. Die Welle 28 mit dem fest darauf angeordneten Druckring kann sich dann in Umfangsrichtung gegen die miteinander verbundenen Teile Druckring 26, Federpaket 20 und Stirnrad 31 verdrehen, so daß die mit einer Überlast verbundende Gefahr der Beschädigung von Maschinenteilen unterbunden ist.The torque transmitted through the drive pinion 35 into the shaft 28 is transmitted to the pressure ring 29 , which is firmly seated on the shaft, and the face toothing to the pressure ring 26 , which is arranged so as to be axially and rotatably movable. Below the limit torque, that is, as long as the pressure toothed rings 26 and 29 are in engagement, the torque is conducted into the gear wheel 31 via the spring assembly. However, as soon as a limit torque is exceeded, the pressure ring 26 can be axially displaced in the direction of the driven gear 31 as a result of the face toothing until the engagement of the face toothing is released. The shaft 28 with the pressure ring fixed thereon can then rotate in the circumferential direction against the parts of the pressure ring 26 , spring assembly 20 and spur gear 31 connected to one another, so that the risk of damage to machine parts associated with an overload is prevented.

Claims

1.Coupling for torque transmission with a drive part which can be fastened to the drive shaft and arranged on the drive part, separable in the event of an overload, spring-loaded overload elements for torque limitation, characterized in that two overloaded annular carriers ( 3 , 4 ; 26 , 29 ) interlocking face gears ( 7 , 8 ; 27 ) are used, at least one of which is arranged in an axially sliding manner and for transmitting the torque from the drive part of the clutch to the overload elements or from the overload elements in the output part of the clutch and for generating the axial contact force at least one disc spring ( 9 , 20 ) is used for the interlocking face teeth and to compensate for the axial movements of the face teeth.

2. Coupling according to claim 1, characterized in that the plate spring ( 9 ) for transmitting a torque via balls ( 10 ) is positively connected to its adjacent connecting parts ( 2 , 4 ).

3. Coupling according to claim 1, characterized in that the plate spring for transmitting the torque is provided with material recesses ( 21 , 22 ) provided on the inner and outer circumference for the engagement of adjacent connecting parts.

4. Coupling according to claim 3, characterized in that spring sleeves ( 24 , 25 ) are used as the torque-transmitting connecting parts.

5. Coupling according to claim 3, characterized in that as a torque transmitting Connecting parts rigid, cylindrical pins are used.

6. Coupling according to claim 3, characterized in that as a torque transmitting Connecting parts of material accumulations or material thickening of the neighboring ones Serve coupling parts.

7. Coupling according to claim 1 or 2, characterized in that the plate spring ( 9 ) between a fixedly arranged on the drive part collar ( 2 ) and an axially movable pressure ring ( 4 ) is used.

8. Coupling according to one of claims 1 and 3 to 6, characterized in that a plurality of disc springs ( 20 ) are combined to form a spring assembly.