DE2041723A1 - Mechanische UEberlastsicherung mit Festigkeitsschwachstelle in einer Verbindung zweier Teile - Google Patents

Mechanische UEberlastsicherung mit Festigkeitsschwachstelle in einer Verbindung zweier Teile

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DE2041723A1
DE2041723A1 DE19702041723 DE2041723A DE2041723A1 DE 2041723 A1 DE2041723 A1 DE 2041723A1 DE 19702041723 DE19702041723 DE 19702041723 DE 2041723 A DE2041723 A DE 2041723A DE 2041723 A1 DE2041723 A1 DE 2041723A1
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Application number
DE19702041723
Other languages
English (en)
Inventor
Wester Heinz Gerd
Ewald Dipl-Ing Lauter
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Schloemann AG
Original Assignee
Schloemann AG
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Publication date
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D9/00Couplings with safety member for disconnecting, e.g. breaking or melting member

Description

  • Mechanische Uberlastsicherung mit westigkeitsschwachstelle in einer Verbindung zweier Teile Die Erfindung betrifft eine mechanische Überlastsicherung mit estigkeitsschwachstlle in einer Verbindung zweier Teile, die nn der Festig'reitsschwachstelle nach Überschreiten einer Nennlast bricht.
  • Mechanische Überlastsicherungen sollen einen Kraftfluß nach tberscheiten eines definierten Lastwertes, einer Nennlast, entweder unterbrechen oder begrenzen. Dies gilt sowohl für Sicherungen gegen unzulässig große Drehmomente als auch für Sicherungen gen unzulässig hohe Kräfte. Mechanische Überlastsicherungen lassen sich nach folgenden tösungsprinzipien realisieren: Festigkeitsschwachstellenprinzip, Instabilitätsprinzip, Rastprinzip, Rutschprinzip und Pufferprinzip.
  • Vorteile des Festigkeitsschwachstellenprinzipes gegenüber den übrigen Lösungsprinzipien sind geringer Platzbedarf und Unabhängigkeit des Verhältnisses von Abschaltwert zur Nennlast, d.h. des Überlastfaktors, von Reibungseinflüssen. Der Nachteil bisher bekannter Überlastsicherungen nach dem westigkeitsschwachstellenprinzip liegt darin, daß sie bei längerem Ein-3atz häufig auch ohne Überschreitung der Nennlast brechen, wenn sie für die stets angestrebten kleinen Überlastfaktoren bemessen sind, weil dabei bereits die Beanspruchungen bei Nennlast die Dauerhaltbarkeit der Festigkeitsschwachstelle überschreiten. lies ergibt sich daraus, daß zum einen die Bruchfestigkeit der bisher verwendeten Werkstoffe ein Mehrfaches ihrer Dauerfestigkeit beträgt und daß zum anderen bei den bisher bekannten Überlastsicherungen die Beanspruchungen an der Festigkeitsschwachstelle mit den zu übertragenden Lasten verhältnisgleich anwachsen. Deshalb schließen sich bei den bisher bekannten Überlastsicherungen nach dem Festigkeitsschwachstellenprinzip Überlastfaktoren, die kleiner sind als das Yerhältnis Bruchfestigkeit zu Danerfestigkeit, und gleichzeitige Dauerhaltbarkeit für Betriebslasten bis zur Höhe der Nennlast gegenseitig aus.
  • Demgegenüber sieht die Erfindung eine Überlastsicherung der anfangs genannten Art vor, welche sowohl kleinere fJberlastfaktoren als das Verhältnis Bruchfestigkeit zu Dauerfestigkeit als auch Dauerhaltbarkeit gewährleistet. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein in einem der beiden Teile einseitig eingespannter, die Festigkeitsschwachstelle aufweisender Balken an einem sich am anderen der beiden Teile abstützenden elastischen Zwischenglied angreift und nach über schreiten der Nennlast unter elastischer Verformung des Zwischengliedes über eine zusätzliche, an einem größeren Hebelarm des Balkens wirksame, am anderen der leiden Teile angebrachte Kraftangriffsstelle belastbar ist0 Dadurch, daß der einseitig eingespannte Balken nach Überschreiten der Nennlast als Folge der elastischen Verformung über die zusätzliche, an einem größeren Hebelarm wirksame Kraftangriffsstelle belastet wird, steigt die Beanspruchung in seinem gefährdeten Querschnitt, der Pestigkeitsschwachstelle oder auch Sollbruchstelle, in weit stärkerem Maße an als in dem Bereich unterhalb der Nennlast, Bei geeigneter Dimensionierung der Überlastsicherung wird die Beanspruchung an der Festigkeitsschwachstelle au9 ein Mehrfaches der Beanspruchung bei Nennlast bereits bei solchen tasten erhöht, welche die Nennlast nur um Bruchteile ihrer selbst übersteigenf Dadurch ist erreicht, daß die erfindungsgemäße tberlastsieherung sowohl Dauerhaltbarkeit für Lasten bis zur Höhe der Nennlast als auch wesentlich kleinere überlastfaktoren als das Verhältnis von Bruchfestigkeit zur Dauerfestigkeit gewahrlais-bet, Eine bevorzugte Ausführungsfom der Erfindung kennzeichnet ich dadurch, daß das elastische Z;wischenglied einen stangenartig länglich ausgebildeten Bestandteil aufweist, der bei seinem freien Xnde ein Auflager trägt, das mit dem Balken zusammenwirkt, der sich über die Festigkeitsschwachstelle hinaus linear geradlinig erstreckt. Diese Ausführungsform läßt sich zur Übertragung sowohl von Drehmonenten als auch von Kräften in einfacher Weise anwenden.
  • Linie weitere vorteilhafte Ausführungsform, bei der die beiden Teile um eine gemeinsame Mittelachse drehbar angeordnet sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Balken hinter der Festigkeitsschwachstelle radial bezüglich der Ilittelachse verläuft und bei der Mittelachse drehbar gelagert ist und der Abstand der Kraftangriffsstelle von der Hittelachse geringer ist als der Abstand der Festigkeitsschwachstelle und des elastischen Zwischengliedes von der Mittelachse. Hierbei gewährleistet der radiale Verlauf des Balkens besondere Platzersparnis.
  • Der Gedanke, daß der Balken hinter der Festigkeitsschwachstelle radial bezüglich der Mittelachse verläuft und am freien Ende mit Spiel gegenüber der Kraftangriffsstelle angeordnet ist, läßt sich auch realisieren, indem die Kraftangriffsstelle radial außerhalb der Festigkeitsschwachstelle angeordnet ist.
  • Hierbei ist jedoch der Anstieg der Beanspruchung der Festigkeitsschwachstelle bei tiberschreiten der Nennlast nicht so groß wie bei Anordnung der Kraftangriffsstelle zwischen Ttittelachse und Festigkeitsschwachstelle.
  • In der Zeichnung sind betorsugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und zwar zeigt Fig. 1 eine mechanische Überlastsicherung mit einem stabförmigen elastischen Zwischenglied, Fig. 2 eine mechanische Überlastsicherung zwischen zwei auf Zug miteinander verbundenen Teilen, Fig. 3 teilweise im Schnitt eine Überlastsicherung mit pufferartigem elastischen Zwischenglied, Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie IV-IV in Fig. 3 und Fig. 5 einen Schnitt gemäß Linie -V-V in Fig. 3.
  • Bei einer Überlastsicherung gemäß Fig. 1 wird ein Drehmoment zwischen zwei Teilen 1, 2 übertragen, welche gleichachsig angeordnete Wellen sind, von denen die eine in Richtung eines Pfeiles 3 angetrieben wird und die andere in der Drehung mitnimmt. An der Stirnseite des einen Teiles 1 ist nahe dessen Außenumfang ein elastisches Zwischenglied 4 angebracht, das als Stange ausgebildet ist, die sich bei unbelastetem Zustand parallel zur Mittelachse der beiden wellenförmigen Teile 1, 2 erstreckt. Das elastische Zwischenglied 4 trägt an seinem freien Ende ein Auflager 5 und mit Abstand von diesem Auflager nahe dem ersten Teil 1 ein weiteres Auflager mit einer Kraftangriffsstelle 6. Die beiden Auflager haben in etwa gleichen Abstand von der Mittelachse der beiden wellenförmigen Teile 1, 2. Das zweite Teil 2 trägt an seiner Stirnseite nahe dem Aussenumfang einen Balken 7, der nahe dem zweiten Teil eine Festigkeitsschwachstelle 8 aufweist, sich über das Auflager 5 und die Kraftangriffsstelle 6 erstreckt und bei Betrieb der Überlastsicherung sich zunächst nur am Auflager 5 abstützt.
  • Aufgrund der Kraftübertragung zwischen den beiden wellenförmigen rotierenden Teilen 1, 2 wird sich das stabförmige elastische Zwischenglied 4, in Fig. 1 nach unten, durchbiegen.
  • Dabei kann sich auch der Balken 7 etwas durchbiegen, falls er entsprechend elastisch ausgebildet ist. Wenn die Last, die zwischen den beiden Teilen 1, 2 zu übertragen ist, einen gewissen Wert übersteigt, weil z.B. das zweite Teil 2 zu stark gebremst wird, so kommt der Balken 7 mit seinem freien Ende zur Auflage auf die Kraftangriffsstelie ;t, und löst sich von dem Auflager 5. Nunmehr wird das Drehmoment vom ersten Teil 1 über die KraftanrI~ffsstelle - den Balken 7 und die Festigkeitsschwachstelle S auf das andere neil 2 iRl!e ttl c<e«en so daß die Festigkeitsschwachstelle nicht mehr über einen kurzen, beim Auflager 5 endenden sondern über einen langen, beim freien Ende des Balken 7 endenden Hebelarm belastet ist. Durch die geringfügige Änderung der Belastung, welche den Balken 7 zur Anlage an die Kraftangriffsstelle 6 bringt, wird schlagartig eine starke Erhöhung der Beanspruchung der Festigkeitsschwachstelle 8 erreicht, die aufgrund entsprechender Dimensionierung bricht.
  • Eine Uberlastsicherung gemäß Fig. 1 läßt sich auch zwischen zwei Teilen anbringen, die auf Zug miteinander verbunden sind, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist, wo das eine Teil 1 gemäß einem Pfeil 9 nach oben und das andere Teil 2 gemäß einem Pfeil 10 nach unten gezogen wird. Balken 7 und elastisches Zwischenglied 4 sind dabei über entsprechende Streben 11, 12 mit den beiden Teilen 1, 2 verbunden. Die Kraftangriffsstelle 6 kann auch direkt an der einen Strebe ii angebracht sein oder unabhängig vom elastischen Zwischenglied 4 mit dem einen Teil 1 verbunden sein.
  • Die Überlastsicherung gemäß Fig. 1 läßt sich derart abwandeln, daß statt des stangenartigen elastischen Zwischengliedes 4 eine starre Stange vorgesehen wird und das Auflager 5 als elastischer Puffer ausgebildet wird. Der Balken 7 kommt dann nach Kompression des elastischen Puffers an der Kraftangriffsstelle zur Anlage, so daß ein verlängerter Hebelarm wirksam wird und bei der Pestigkeitsschwachstelle 8 ein Bruch erfolgen kann.
  • Fig. 3 bis 5 zeigen die obere Hälfte zweier koaxialer Wellen 17, 14, auf deren einander gegenüberliegenden freien Enden Kupplungshälften als miteinander zu verbindende Teile 1, 2 drehfest aufgesteckt sind. Ein relativ kurzer, scheibenartig flacher Balken 7, der in der Mitte eine Festigkeitsschwachstelle 8 aufweist, ist mit einer Hälfte in einer radialen Ebene von der ti-uite her in das eine Teil 2 gesteckt und ragt auch in eine Ausnehmung 15 im anderen Teil 2. Die Pestigkeitsschwachstelle 8 befindet sich zwischen den beiden Teilen 1, 2 und ist derart ausgebildet, daß Verbindung zwischen den beiden Hälften des Balkens 7 nur in einem relativ großen Abstand von der Mittelachse der beiden Wellen 13, 14 besteht.
  • Neben der Festigkeitsschwachstelle 8 befindet sich in der Ausnehmung 15 des Teiles 1 in Umfangsrichtung gesehen zwischen dem Balken 7 und der Wandung der Ausnehmung ein elastisches Zwischenglied 4, das kompressibel ist und als Puffer, Gummistück oder Spiralfeder ausgebildet sein kann. Der Balken 7 ist in der Ausnehmung 15 nahe der Mittelachse der Wellen 13, 14 in UmSangsrichtung gesehen mit Spiel gelagert, so daß eine Kraftangriffsstelle 6 entsteht.
  • Dreht sich die eine Welle 13 unter Mitnahme der anderen Welle 14 bei normaler Belastung, so wird das pufferartige elastische Zwischenglied 4 nur ein wenig komprimiert und der Kraftfluß geht von einem Teil über das elastische Zwischenglied und den Balken 7 zum anderen Teil. Wächst die Belastung der Welle 14 weiter, nachdem das elastische Zwischenglied 4 soweit zusarnmengedrückt ist, daß der Balken 7 die Last über die Kraftangriffsstelle 6 aufnimmt, so wirkt sich die zusätzliche Belastung über den in radialer Richtung verlaufenden, in der Länge etwa durch den Abstand zwischen Kraftangriffsstelle 6 und Festigkeitsschwachstelle 8 bestimmten Hebelarm derart verstärkt aus, daß ein Bruch des Balkens erfolgt.

Claims (5)

Patentansprüche
1. Mechanische Überlastsicherung mit Festigkeitsschwachstelle in einer Verbindung zweier Teile, welche an der Festigkeitsschwachstelle nach Überschreiten einer Nennlast bricht, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einem der beiden Teile (1 , 2) einseitig eingespannter, die Festigkeitsschwachstelle f8) aufweisender Balken (7) an einem sich am anderen Teil abstützenden elastischen Zwischenglied (4) angreift und nach Überschreiten der Nennlast unter elastischer Verformung des Zwischengliedes über eine zusätzliche, an einem größeren Hebelarm des Balkens wirksame, am anderen der beiden Teile angebrachte Kraftangriffsstelle (6) belastbar ist.
2. Überlastsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Zwischenglied (4) einen stangenartig länglich ausgebildeten Bestandteil aufweist, der bei seinem freien Ende ein Auflager (5) trägt, das mit dem Balken (7) zusarenwirkt, der sich itber die Festigkeitsschwachstelle (8) hinaus geradlinig erstreckt (Fig. 1 und 2).
3. Überlastsicherung nach Anspruch 1, bei der die beiden Te-ile um eine gemeinsame Mittelachse drehbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Balken (7) hinter der Festigkeitsschwachstelle (8) radial bezüglich der Mittelachse verläuft und am freien Ende mit Spiel gegenüber der Kraftangriffsstelle (c) angeordnet ist (Fig. 3 und 5).
4. Überlasteicherung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daQ der Balken (7) nach der Festigkeitsschwachstelle (8) in einer sich i radialer Richtung erstreckenden Ausnehmung (1) einer, eines der beiden Teile (1, 2) bilderden Kupplungshälfte vrläuft, die .uf dan eine Teil (1X) aufsetzbar ist.
5. Überlastsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Balkens (7) und die Kraftangriffssteile (.) zwischen der Mittelachse und der Festigkeitsschwachstelle (8) liegen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1722189A1 (de) * 2005-05-11 2006-11-15 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Antaststift und damit ausgestattetes Tastsystem

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1722189A1 (de) * 2005-05-11 2006-11-15 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Antaststift und damit ausgestattetes Tastsystem
US7231725B2 (en) 2005-05-11 2007-06-19 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Probing pin and probe system equipped therewith

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