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Vorrichtung zur Übertragung eines Drehmomentes Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Übertragung eines Drehmomentes, die nach Art einer Kupplung
aufgebaut ist und zur Begrenzung des größten, zwischen der Antriebs- und der Abtriebsseite
übertragbarenMomentes auf einen bestimmten Wert dient. Zugleich erfüllt die Vorrichtung
die Funktion eines Lagers.
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In zahlreichen Anwendungsbereichen werden bei einem rotatorischen
Antrieb von Maschinen und Vorrichtungen gelegentlich Anforderungen gestellt, die
darauf abgestellt sind, daß aus Gründen der Sicherheit oder zum Verbessern der Arbeitsweise
einerseits auf der angetriebenen bzw. belasteten Seite, andererseits auf der Antriebsseite
unzulässig große Momentenbeanspruchunge-n nicht auftreten düren. Die vorliegende
Erfindung betrifft eine solche Vorrichtung, mit der diese Anforderungen in zufriedenstellender
Weise erfüllt werden können.
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Für eine derartige Vorrichtung zur Übert2gung eines Drehomentes wird
erfindungsgemäß vorgeschlagen, da-) ein innerer und ein äußerer Laufring vorgesehen
sind, von denen der eine den anderen antreibt, da? die Innenseite des äußeren Laufringes
und die Außenseite des inneren Laufringes jeweils eine Laufnut aufweisen, daq zwischen
den Laufringen in ihren Laufnuten Kugeln laufen, deren Durchmesser etwas gröber
ist als die Tiefe beider. La--lfnuten und deren Radius etwa dem Bogenradius der
Läufernuten zumindest an einer-Seite der Laufringe gleich ist, da? der grone Durchmesser
einer zwischen einer Kugel und einer Laufnut gebildeten BerUhrungsellipse so groß
ist, daa das größte,
zwischen den Laufringen Ubertragbare Drehmoment
auf einen festen Wert begrenzt ist, daA beim überschreiten dieses Wertes ein Schlüpfen
der Kugeln auftritt und daD ferner unbelastete Hilfskugeln mit jeweils etwas kleinerem
Durchmesser als dem der Kugeln In den Laufnuten zwlsche den Kugeln laufen.
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Der Aufbau der Vorrichtung ist also so gewählt, da.. die ProUektion
des langen Durchmessers der Berührungsellipse, die durch die Auflage der Kugel an
der vorbei laufender Ringnut gebildet wird, sich zu vergrößern bestrebt ist. Die
vorliegende Erfindung nutzt die zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring bestehende
Reibungskraft aus, die auf der zusammengesetzten Wirkung des sogenannten Differentialschlupfes
oder des Differentialschlupfes und des sogenannten Drehbeschleunigungsschlupfes
beruht.
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Weitere Merkmale der Erfindung und die mit der Erfindung erzielbaren
Vorteile gehen aus dem nachfolgend anhand einer Zeichnung näherbeschriebenen Ausführungsbeispiel
hervor; im einzelnen zeigen: Fig.l einen L§ngsschnitt einer AusfUhrungsform nach
der vorliegenden Erfindung; Fig.2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig.
1; Fig.3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des von der Erfindung verwendeten
Prinzips; Fig.4,5,6 und 7 Jeweils im Längsschnitt verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung.
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Bei dem AusfWhrungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 weist die Vorrichtung
einen äußeren Laufring 1 und einen inneren Laufring 2 auf. Letzterer ist in zwei
an der Stelle R im rechten Winkel aufeinandertreffende Ringteile unterteilt. tinte
Antriebswelle ist nicht dargestellt. Der innere Laufring 2 wird von seinen
beiden
Stirnflächen aus in axialer Richtung unter Vorspannung gehalten. Zwischen den beiden
Laufnuten la und 2c des äußeren Laufringes 1 beziehungsweise des inneren Laufringes
2 laufen mehrere Kugel 4 am Umfang dieser beiden Laufringe; bei diesem AusfWhrungsbeispiel
sind es acht Kugeln 4. Der Bogenradius des Laufnutenquerschnittes ist zumindest
an einer Seite des inneren und des äußeren Laufringes 1 bzw. 2 etwa genau so groß
wie der Radius der Kugel 4, so daß diese im ganzen Breitenbereich des inneren und
des äußeren Laufringes 1 bzw. 2 mit beiden-Laufnuten la'oder in Berührung kommen
kann. Jeweils zwischen zwei Kugeln 4 ist eine Hilfskugel 5 eingesetzt. Um in Umfangsrichtung
die Kugeln 4 in einem bestimmten Abstand zueinander zu halten, ist der Durchmesser
der Hilfskugeln 5 ein wenig Eeiner als derjenige der Kugeln 4, was in der Zeichnung
Ubertrieben dargestellt ist. Hiermit wird eine Beschädigung durch eine große relative
Reibung zwischen den Kugeln 4 vermieden. Wenn die Kugeln 4 und die Hilfskugeln 5
abwechselnd ohne einen Abstand zueinander angeordnet sind, ist es ratsam, die Größe
einer jeden Kugel soweit zu begrenzen, daß am Ende des Teilkreisumfanges ein solcher
Abstand entsteht, zum Beispiel in der Größe der Länge eines Kugelradius. Die Kugel
4 ist durch den inneren Laufring 2 und den äußeren Laufring 1 unter Vor--spannung
gesetzt. Da der Durchmesser der Hilfskugel 5 keiner ist als der Durchmesser der
Kugel 4, wird keine Belastung auf die Hilfskugel 5 ausgeUbt, die entweder den inneren
Laufring 2 oder den äußeren Laufring 1 berUhrt. Figur 2 zeigt denjenigen Fall, in
dem die Hilrskugel 5 den äußeren Laufring 1 berührt.
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Die zwischen dem inneren Laufring 2 und dem äußeren Laufring 1 liegenden
Laufnuten la und 2c werden mit ffl, Schmierfett oder dergleichen geschmiert, wie
es bei Kugellagern bekannt ist.
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Die Reibung eines Kugellagers üblicher Ausführung ist sehr klein und
geradewegen dieses besonderen Merkmales wird dieser Laufring angewendet. Im Gegensatz
hierzu jedoch hat die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung einen Aufbau,
bei dem
infolge der Ausbildung der einzelnen Elemente eine durch
Differentialschlupf oder Drehbeschleunigung erzeugte Reibung sehr groß wird. Durch
die Nutzbarmachung dieses Reibungsmomentes kann auf die angetriebene Seite der Vorrichtung-
ein maximales Moment Ubertragen werden, das sich auf einen festen Wert begrenzen
läßt. Somit läßt sich die hier beschriebene Vorrichtung als Drehmomentenkupplung
anwenden, das hei?t als eine Kupplung, bei der eine dem Rollen der Kugeln entgegenwirkende
Reibungskraft durch Vergrößern des langen Durchmessers der Ellipse vergrößert wird,
die durch die zuvor erwähnte BerUhrung der Kugel mit dem inneren und dem äußeren
Laufring 2 bzw. 1 gebildet ist.
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Das Prinzip der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die
Fig. 3 erklärt. Wenn die einer Kraft P ausgesetzte Kugel 4 auf der Achse A-A als
einer Drehachse entlangrollt, wandert sich der Abstand zur zwischen der Drehachse
A-A und der Laufen der Kugel, das heißt der durch die BerUhrung der Kugel 4 mit
dem inneren Laufring 2 gebildeten Ellipse, die in Fig. 3 gezeigt ist. Diese änderung
erfolgt entsprechend der Lage der axialen Richtung und deshalb aufgrund der Gestalt
der Berührungsellipse 10. Die Fläche der Kugel 4 schlUpft entgegen der Richtung
der Kugelbewegung im Mittelteil 11 der BerUhrungsellipse 10 in der Richtung des
langen Durchmessers; ebenfalls schlUpft die Kugelfläche an beiden Endteilen 12 der
BerUhrungsellipse 10 in Richtung der Kugelbewegung. Hierdurch entsteht ein sogenannter
Differential-Schlupf, So daß beim Abrollen der Kugel 4 zwischen dieser und dem inneren
Laufring 2 und dem äußeren Laufring 1 ein Reibungswiderstand entsteht. Dieser wächst
proportional der Kraft P und der Veränderung in der Richtung des langen Durchmessers
der Berührungsellipse 10 und umgekehrt proportional zum Abstand r zwischen der Drehachse
A-A der Kugel 4 und dem inneren Laufring 2 oder dem äußeren Laufring 1; mit anderen
Worten entsprechend der Länge des langen Durchmessers der Berührungsellipse 10.
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Wenn bei der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung die Belastung
ausgeUbt wird, wenn die Drehachse der Kugel zur Achse der Vorrichtung parallel läuft,
tritt nur ein Reibungsmoment auf, welches durch den genannten Differentialschlupf
verursacht wird;, wenn diese Achsen aber nicht parallel laufen, kommt zusätzlich
zu dem genannten Differentialschlupf eine Reibung hinzu, die durch eine Drehbeschleunigung
der Kugel 4 hervorgerufen wird, und das Reibungsmoment wird vergrößert.
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Die nachfolgenden AusfUhrungsbeispiele dienen dem Zweck, das Verständnis
der Erfindung zu erleichtern Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung
wird fUr einen Ventilator verwendet, wie er bei der in ein Kraftfahrzeug eingebauten
Verbrennungsmaschine vorhanden ist. Dieser Ventilator hat eine Drehmomentenkupplung
20 entsprechend der in den Fig. 1 und 2 gezeigten AusfUhrungsform der Erfindung.
Die Drehmomentkupplung 20 dient gleichzeitig als Lager. An der Seite des äußeren
Laufringes ist ein LUfterflUgel 21 befestigt während eine Antriebswelle 22 mit dem
inneren Laufring verbunden ist.
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Bis zu einer festgelegten Drehgeschwindigkeit werden hierbei die A.ntrswelle
22 und der LUfterflUgel 21 ohne Schlupf mitgenommen. Wenn jedoch die vorgegebene
Drehgeschwindigkeit überschritten wird, tritt innerhalb der Drehmomentenkupplung
20 ein Schlupf auf, so daß eine darüberhinausgehende Drehung des Lüfterflügels 1
verhindert wird. Auf der Antriebswelle 22, die sich mit einer ddr Drehzahl der Verbrennungsvaschine
gleichen oder dieser proportionalen DrehgeschWindigkeit dbeht, sind Ringteile 2a
und 2b des inneren Laufringes durch Verstemmen des Endes der Antriebswelle 22 befestigt.
Die inneren Ringteile ?a und 2b haben Jeweils einen nutenartigen Querschnitt und
wurden zuvor mit. Hilfe von Nieten 3 aneinander befestigt, um die Übertragung eines
Drehmomentes der gewUnschten Größe zu gewährleisten. Die Ringteile 2a und 2b des
inneren Laufringes wirken wie Soheibenfedern und dienen zum Aus ich von Befestigungstoleranzen
oder während des Betriebes entstehender Verformungen.
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Auf den äußeren Laufring 1 der Drehmomentenkupplung 20 ist ein Gehäuse
23 aurgesetzt; dieses trägt einen Lüfterflügel 21> der an diesem durch Schrauben
26 befestigt ist. An seiper offenen Seite wird das Gehäuse 23 durch einen Deckel
24 verschlossen, durch dessen Mittelbohrung die Antriebswelle 22 hindurchgeführt
ist. Der zwischen der Innenkante des Deckels 24 und ddr Antriebswelle 22 entstehende
Spalt ist mit einer öldichtung 25 verschlossen, um das im Gehäuse 23 befindliche
Schmieröl am Herausfließen zu hindern.
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Von der Antriebswelle 22 aus wird das Drehmoment ueber die inneren
Ringteile 2a und 2b auf die Kugeln 4 und von diesen auf den äußeren Lauf ring 1
der Drehmomentenkupplung 20 übertttgen, so daß sich der Lüfterflügel 21 dreht. Mit
zunehmender 1)rehgeschwindigkeit der Antriebswelle 22 wächst auch das zum Antrieb
des LUfterflUgels 21 erforderliche Moment. Da jedoch das durch die Drehmomentenkupplung
20 Ubertragbare Moment auf einen vorgegebenen Wert begrenzt ist, kann die Geschwindigkeit
des Lüfterflügels 21 den fUr die Drehgeschwindigkeit vorgegebenen Wert nicht Uberschreiten,
der dem fest vorgegebenen Momentenwert entspricht. Mit anderen Worten: Bis zu einer
vorgegebenen Drehgeschwindigkeit drehen sich die Antriebswelle 22 und der LUfterflUgel
21 infolge der Wirkung der Drehmomentenkupplung 20 einheitlich. Wem das zum Antrieb
des LUfterflUgels 21 erforderliche Moment den fUr das größte Ubertragbare Moment
der Drehmomentenkuglung 20 vorgegebenen Wert dbersteigt, kann die Drehgeschwindigkeit
des LUfterflUgeis 21 mit wachsender Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 22 nicht
weiter zunehmen, da sich die inneren Ringteile 2a und 2b jetzt gegenüber dem äußeren
Laufring 1 mit den zwischen den Laufringen 1 und 2 laufenden Kugeln drehen. Aber
auch dann wird das vorgegebene Moment immer noch auf den LUfterflUgel 21 Ubertragen,
was auf den zuvor beschriebenen Differential-Schlupf und die Rollreibung in der
Drehmomentenkupplung 20 zurUckzufUhren ist.
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Bei der AusfUhrungsform nach Fig. 5 dient die Vorrichtung nach der
Erfindung zur Anwendung bei einem-elektrischen LUfter, der eine gleichzeitig als
Lager dienende Drehmomentenkupplung 20 aufweist; ferner hat dieser einen LUfterflügel
31, eine Antriebswelle 32> einen Elektromotor 33 und ein Gehäuse 34. Wenn in
diesem Falle feste Fremdkörper oder dergleichen irrtümlich in das Schutznetz/geraten,
wird-durch die Wirkung der ch Übertenkupplung 20 verhindert, dag der Elektromotor
33 durch uberlastung beschädigt wird oder verbrennt, Wenn also der Lüfterflügel
31 einem zu großen Moment ausgesetzt ist, schlüpft die Drehmomentenkupplung 20 in
dem über den vorgegebenen Wert hinausgehenden Momentenbereich; obwohl sich die Antriebswelle
32 weiter dreht, wird deshalb der Lüfterflügel 31 gestoppt und ein Schaden verhindert.
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Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Vorrichtung nach der
Erfindung bei einem motorisch angetriebenen Schraubenschlüssel-verwendet wird. Eine
Drehmomentkupplung 20 hat einen inneren Laufring 2, der mit einem Xutterkopf 41
verbunden ist, und einen äußeren Laufring 1, der in axialer Richtung gegenUber dem
inneren Laufring 2 ein Stück versetzt und mit einer Antriebswelle 42 verbunden st-.
-Bei dieser Ausführung liegt die Drehachse zur Achse der -Drehmomentkupplug 20 nicht
parallel, so daB eine durch Drehbeschleunigung bewirkte Reibung zu der durch den
Differentialschlupf erzielten Reibung hinzukommt. Durch die Drehung der Antriebswelle
42 wird Uber die Drehmomentkupplung 20 ein Drehmoment auf den Mutterkopf 41 übertragen.
Wenn eihe in der Zeichnung nicht dargestellte Gewindemutter Sestgezogen wird, geschieht
dies mit einem festvorgegebenen Anzugsmoment, nach dessen Erreichen zwischen dem
inneren Laufring 2 und dem äußeren Laufring 3 in der Drehmomentkupplung 20 ein Schlupf
auftritt. Somit kann die Gewindemutter nicht Uber das zulässige Maß hinaus festgezogen
Werden; das Festziehen erfolgt nur mit einem Moment, das für eine ausreichende Befestigung
groß genug ist.
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r Obwohl be der Ausführungsform nach.der-Fig. 6 zwei Drehmoment-',
kupplungen
20 und 20t koaxial zueinander angeordnet sind, liegen die Drehachsen der Kugeln
4 nicht parallel zu den Achsen der Drehmomentkupplungen 20 oder 20'.
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Am Ende der Antriebswelle 42 des motorisch angetriebenen Schraubenschlüssels
befindet sich eine hohlzylindrische Zwisohenhülse 44, die durch einen Gewindering
43 festgehalten wird.
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Die Drehmomentkupplungen 20 und 20' liegen in axialer Richtung mit
ihren Rückseiten aneinander una sind dabei mit ihren äußeren Laufringen 1 und 1'
in das freie Ende der Zwischenhülse 44 eingesetzt, während die inneren Laufringe
2 und 2t am Ende des Mutterkopfes 41 beSstigt sind, der eine sechseckige Vertiefung
47 zum Aufnehmen einer Gewindemutter hat. Der Mutterkopf 41 selbst wird durch eine
Gewindemutter 45 festgehalten. In dem Raum zwischen der ZwischenhUlse 44 und dem
Mutterkopf 41 befindet sich Schmieröl, das durch eine öldichtung 46 am Herausfließen
gehindert wird.
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Bei der AusfUhrungsform nach Fig. 7 wird die Vorrichtung nach der
Erfindung bei einem Spannfutter für einen Bohrer oder einen Fräser angewendet, das
zwischen diesem und einer Antriebswelle eingesetzt ist. Das Spannfutter 51 ist passend
auf den äußeren Laufring 1 der Drehmomentkupplung 20 aufgesetzt, während die Antriebswelle
52 den inneren Laufring 2 unter normalen Bedingungen antreibt. Von der Antriebswelle
52 wird Uber die Drehmomentkupplung 20 ein Drehmoment auf das Spannfutter 51 übertragen.
Wenn eine unzulässig große oder normalerweise nicht auftretende Belastung auf das
Spannfutter 51 ausgeübt wird, läuft die Drehmomentkupplung 20 leer; Brüche oder
andere Beschädigungen werden ßo verhindert.
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Eine Kupplung nach der vorliegenden Erfindung dient als Vorrichtung
zur Übertragung eines Drehmomentes, indem in ihr ein ,Reibungsmoment erzeugt wird,
mit Ausnahme desjenigen Falles, 'in dem das vorgegebene Drehmoment Uberschritte
itrd, der innere laufring und der äußere Laufring zueinander schlüpfen und Mehrarbeit
und
Nachteile infolge der USerschreitung des Drehmomentes verhindert werden. Darüberhinaus
dient die Kupplung als Kugellager von üblicher Ausführung. Ferner läßt sich die
Kupplung billig und in kleiner Baugröße bei einfacher Konstruktion herstellen. Um
zwischen dem inneren und dem äußeren Laufring eine Reibungskraft zu erzeugen, tird
die durch die Elastizität dieser Teile bedingte Kraft ausgenutzt. Der Antrieb ist
ohne eine besondere Andruckvorrichtung funktionsfähig. Da der Schlupf durch den
Differentialschlupf und die Drehbeschleunigung der Kugel entsteht, ist die Schlupfgeschwindeigkeit
gering; im Vergleich zu mit Reibung arbeitenaen Vorrichtungen -allgemeiner Art ist
die Haltbarkeit ausgezeichnet.
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Die Vorliegendenen Erfindung wurde in Verbindung mit bevorzugten
Ausführungsform beschrieben. Es sind jedoch zahlreiche weitere Abwandlungen denkbar,
ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.