DE2148352B2

DE2148352B2 - Ueberlast-abschaltkupplung

Info

Publication number: DE2148352B2
Application number: DE19712148352
Authority: DE
Inventors: Dennis Robert; Bergemann Horst; Christchurch Hampshire Eaves (Großbritannien)
Original assignee: Bishop Eaves and Sons Ltd
Current assignee: Bishop Eaves and Sons Ltd
Priority date: 1970-09-30
Filing date: 1971-09-28
Publication date: 1978-01-05
Also published as: DE2148352A1; DE2148352C3; FR2108644A5; IT942641B; GB1369207A; US3727432A; CA945489A; JPS5125893B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Überlast-Abschaltkupplung, deren Kuppelglieder aus einer Welle mit in einer zentralen Bohrung gleitendem, federbeaufschlagtem Schaltstößel und in radialen Bohrungen geführten Mitnehmerkugeln und einer diese Welle umfassenden Hülse mit achsparallelen Nuten für den Eingriff der Mitnehmerkugeln bestehen, wobei der Schaltstößel stirnseitig einen kegelstumpfförmigen Ansatz aufweist, auf dessen Außenfläche die Mitnehmerkugeln aufliegen.

Eine bekannte Überlast-Abschaltkupplung dieser Art (DT-AS 10 57 834) weist den Nachteil auf, daß die bei abgeschalteter, noch rotierender Kupplung auf die Mitnehmerkugel einwirkenden Kräfte verhältnismäßig groß sind, weil die von dem federbeaufschlagten Schaltstößel über die geneigte Fläche des kegelstumpfförmigen Ansatzes auf die Mitnehmerkugel übertragene, nach außen gerichtete Kraftkomponente ebenso groß ist, wie die Kraft, mit der die Mitnehmerkugel beim Abschaltvorgang nach innen gedrückt wird. Die Mitnehmerkugel und die Außenfläche des kegelstumpfförmigen Ansatzes stehen dabei während der gesamten Abschaltdauer der Kupplung unter diesem Druck, und beim Wiedereinschalten der Kupplung entsteht unter diesem Druck ein Auslösestoß, der das Einspringen der Mitnehmerkugel in die Nut der Hülse bewirkt. Der Stoß ist dabei deshalb besonders schädlich, weil das Aufeinandertreffen von Mitnehmerkugel und Nutwanduneen in Form von Punktkontakten zwischen Kugel und Flächen stattfindet. Bei zum Beispiel im Bohrbetrieb in kurzen Abständen wiederholten Abschaltvorgängen summieren sich diese Stöße zu außerordentlich schädlichen Hammereffekten, die sich auf eng begrenzte Flächenabschnitte konzentrieren und häufig Brüche der Mitnehmerkugel und Verformungen sowohl der Nutwandungen als auch der Kegelstumpfflächen des Schaltstößels zur Folge haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

ίο bekannte Abschaltkupplung so zu verbessern, daß die Kraft der Stöße erheblich herabgesetzt und der Hammereffekt vermieden und damit die Lebensdauer der Kupplung erheblich vergrößert wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Ansatz des Schaltstößels aus zwei mit gleichem Kopf- bzw. Grundkreis aufeinanderstehenden Kegelstümpfen besteht, von denen der obere einen größeren Kegelwinkel als der untere aufweist, und daß der Schaltstößel mit einem radial über den Grundkreis des unteren Kegelstumpfes vorstehenden Ringrand an einen in die zentrale Bohrungen ragenden Bund der Welle anJegbar ist.

Durch diese Ausbildung der Kupplung wird erreicht, daß die axiale Verschiebung des Schaltstößels, die gegen die diesen abstützende Feder beim Abschalten der Kupplung durch die Radialbewegung der Mitnehmerkugeln nach innen erfolgt, über die Außenfläche des unteren Kegelstumpfes mit entsprechend größerer Geschwindigkeit und verhältnismäßig großem Kraftaufwand, und anschließend über eine kurze Strecke über die Außenfläche des oberen Kegelstumpfes mit geringerem Kraftaufwand und geringerer Geschwindigkeit geschieht, so daß die Mitnehmerkugeln, die beim Übergang von der einen Außenfläche auf die andere aus den Nuten der Hülse austreten und im wesentlichen bei beginnender Relativbewegung zwischen Hülse und Welle nur noch von der Hülseninnenwandung selbst beaufschlagt werden, fast stoßfrei in ihre Endstellung einlaufen. Hieraus ergeben sich neben einer, durch den kleinen Keilwinkel des unteren Kegelstumpfes bedingten. ausreichenden Einstellbreite des Abschaltdrehmomeuts nicht nur eine Verkürzung des Federweges für die, den Schaltstößel abstütztende Feder und damit eine, insbesondere bei den hier üblicherweise verwendeten Tel erfedern erhebliche Verminderung des notwendigen Kraftaufwandes und eine Verkleinerung der radialen Komponente des Federrückdrucks, sondern darüber hinuus die Möglichkeit, das Abschaltdrehmoment sehr nahe bei der Bruchlast einzustellen. Beim Wiedereinschalten der Kupplung springen die Kugeln unter dem

so Druck des Schaltstößels in die Nut der Hülse ein. Dabei leg': sich im Verlauf dieser Bewegung der Schaltstößel mit seinem Ringrand bereits dann gegen den Bund der Welle, wenn die Mitnehmerkugeln den Boden der Nut noch nicht erreicht haben, und vermeidet auf diese Weise sowohl ein Aufprallen auf die Kugel, als auch den mit diesem Aufprallen verbundenen Stoß der Mitnehmerkugeln auf den Boden der Nut und damit den bereits erwähnten Hammereffekt.
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung

to dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F ig. 1 einen Axialschnitt der Kupplung in Einschaltstellung,

F ig. 2 einen Radialschnitt durch die Kupplung nach

f> Fi|j. 1,

F i g. 3 die Kupplung nach F i g. 1 in Abschaltstellung,

F i g. 4 die Seitenansicht des Schaltstößels und

F i g. 5 einen Teilradialschnitt durch die Hülse der

Kupplung.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel der Kupplung hat die Form eines Werkzeugeinsatzstückes für ein Gewindebohrer-Einspannfutter. Zu diesem Werkzeugeinsatzstück gehören die Welle Ii und de Hülfe 12. Welle 11 und Hülse 12 sind axial durch einen Ring 13 gegeneinander festgelegt, der in einer Innen- und einer Außenumfangsnut der Hülse 12 bzw. der Welle 11 eingesetzt ist. In der zentralen Bohrung 14 der Welle 11 ist der Schaitstöße! 15 mit dem Schaltstößelkopf 16 gleitend ge'iihrt. Mehrere Federscheibe« 17 sind zwischen dem Stößelkopf 16 und einer Verschlußscheibe 18 angeordnet. Die Verschlußscheibe 18 wird durch eine Schraube 20 in der Einbaulage gehalten. Die Schraube 20 ist mit einer Bohrung 21 für den Durchtritt des Schaltstößeis 15 versehen.

Wie aus Fig.2 ersichtlich, sind in die Welle 11 vier Bohrungen 23, um 90° gegeneinander versetzt, angeordnet. Diese Bohrungen 23 münden einerseits in der zentralen Bohrung 14 der Welle 11 und andererseits in deren Außenumfangsfläche. Jn jeder dieser Bohrungen 23 befinden sich die Mitnehmerkugeln 24 und 25.

Aus F i g. 4 geht hervor, daß zum Schaltstößelkopf 16 ein stirnseitiger Ansatz 26 gehört, der mit seinen als Kegelstümpfe 27 und 28 ausgebildeten Abschnitten aus einem Stück gearbeitet ist. Der untere Kegelstumpf 27 hat hier einen Kegelwinkel von 60° und der mit gleichem Grundkreis an den Kopfkreis dieses Kegelstumpfes 27 anschließende Kegelstumpf 28 einen Kegelwinkel von 120°. In den radialen Bohrungen 23 sind die Mitnehmerkugeln 24 und 25 derart angeordnet, daß in Einschaltstellung der Kupplung die Innenkugel 24 eines jeden Kugelpaares den Ansatz 26 auf der Außenfläche des unteren Kegelstumpfes 27 berührt und dabei die Außenkugel 25 aus der Bohrung 23 hervorsteht. In die Innenfläche der Hülse 12 sind in den Mündungen der radialen Bohrungen 23 entsprechenden Abständen vier achsparallele Nuten 29 eingearbeitet. Der Querschnitt dieser Nuten 29 ist in F i g. 5 wiedergegeben. Die Innenwandungen der Nuten 29 verlaufen im Abschnitt B-A mit einer Krümmung, die der Umfangskrümmung der Mitnehmerkugeln 25 angepaßt ist und gehen entgegen dem mit dem Pfeil angezeigten Drehsinn der Hülse 12 in einen Abschnitt /4-Cmit größer werdendem Krümmungsradius über.

Die von den Federscheiben 17 auf den Schaltstößel 15 ausgehende Federkraft läßt sich mit Hilfe der Schraube 20 einstellen.

Die Welle 11 ist an der dem Schaltstößel 15 abgewandten Stirnseite mit einer Bohrung 32 versehen, in der eine von der Feder 34 abgestützte Buchse 33 zur nicht dargestellten Aufnahme eines Bohrwerkzeugs angeordnet ist.

Während des Bohrvorgangs dreht sich die Hülse 12 in der mit einem Pfeil in F i g. 5 angedeuteten Richtung. Wird das zwischen der Welle 11 und der Hülse 12 übertragene Drehmoment größer, dann rollen die in den Nuten 29 sitzenden Mitnehmerkugeln 25 längs des Abschnittes A-C des Querschnitts der Nuten 29 in radialer Richtung nach innen. Übersteigt das Drehmo- ω ment den voreingestellten Wert, dann reicht die von den Federscheiben 17 auf den Schaltstößel 15 wirkende Kraft nicht mehr aus, die Mitnehmerkugeln 25 in den Nuten 29 zu halten. Die besondere Form des zweiten Abschnittes A-C des Querschnittes der Nuten 29 c^r) bewirkt, daß die auf die Kugeln 25 übertragene radial nach innen gerichtete Kraft mit dem Weg, den die Kugeln bereits gerollt sind, größer wird. Die Mitnehmerkugeln 25 rollen weiter, ohne daß es noch einer wesentlichen Erhöhung des Drehmomentes bedarf.

Die beschriebene Rollbewegung der Mitnehmerkugeln 25 hat eine entsprechende Bewegung der Mitnehmerkugeln 24 auf der Außenfläche des unteren Kegelstumpfes 27 zur Folge. Sobald die Mitnehmerkugeln 25 sich aus dem Querschnitt der Nuten 29 herausbewegt haben, erreichen die Mitnehmerkugeln 24 die weniger stark geneigte Außenfläche des oberen Kegelstumpfes 28. Kommt es zu einer Überlastung beispielsweise dadurch, daß der Gewindebohrer den Boden eines Sackloches erreicht, dann bewegen sich die Mitnehmerkugeln 24 zunächst über die Außenfläche des unteren Kegelstumpfes 27 und anschließend, wenn die Mitnehmerkugeln 25 sich aus ihren Sitzen in den Nuten 29 bewegt haben, auf die Außenfläche des oberen Kegelstumpfes 28. Die Geschwindigkeit der Axialbewegung des Schaltstößels 15 hängt von der Größe der Axialkraft ab, die durch die Mitnehmerkugeln 24 und 25 auf den Stößel 15 übertragen wird. Diese Geschwindigkeit verringert sich, wenn die Mitnehmerkugeln 24 von der Außenfläche des unteren Kegelstumpfes 27 auf die des oberen Kegelstumpfes 28 gelangen. Die Federscheiben 17 werden dabei weniger stark zusammengepreßt, als dies bei Vorhandensein nur eines Kegelstumpfes der Fall sein würde. Wenn die Mitnehmerkugeln 25 die Nuten 29 verlassen haben, führt eine fortgesetzte Drehung der Hülse 12 relativ zur Welle 11 dazu, daß die Hülse 12 eine Position einnimmt, bei der die Mitnehmerkugeln 24 auf eine jeweils nächstfolgende Nut 29 ausgerichtet sind. Nach dieser Drehung um 90° drücken die Federscheiben 17 den Schaltstößel 15 wieder in dessen Ausgangsstellung zurück. Um Stöße und deren Übertragung zwischen dem Schaltstößel 15 und den Mitnehmerkugeln 24 zu vermeiden, weist der Schaltstößelkopf 16 einen radial über den Grundkreis des unteren Kegelstumpfes 27 vorstehenden Ringrand 39 auf, der an einen in die zentrale Bohrung 14 ragenden Bund 40 der Welle 11 anlegbar ist.

Die Relativstellungen zwischen dem Ringrand 39 und dem Bund 40 sind derart ausgelegt, daß dann, wenn sich der Schaltstößel 15 unter Einwirkung der Federscheiben 17 in die Ausgangsstellung bewegt, um die Mitnehmerkugeln 24 und 25 nach außen zu drücken, der Ringrand 39 am Bund 40 anliegt, und zwar kurz bevor die Mitnehmerkugeln 25 jedes Kugelpaares voll in den Sitz der ihr zugeordneten Nut 29 gelangt sind. Auf diese Weise werden bei der Rückbewegung des Schaltstößels 15 in die Ausgangsstellung Stöße vermieden. Dies gilt sowohl für die Übertragung von Stoßen zwischen den Mitnehmerkugeln 24 und den Außenflächen des Ansatzes 26 des Schaltstößelkopfes 16, als auch für die Übertragung von Stoßen zwischen der Mitnehmerkugel 25 und den Flächen der Nuten 29. Diese Verminderung der Stoßwirkung verringert auch den Verschleiß bei wiederholten Bewegungen der Mitnehmerkugeln 24 und 25 und des Schaltstößels 15.

Soll beispielsweise der angetriebene Bohrer aus der Bohrung eines Werkstücks entfernt werden, dann wird ein Antriebselement zusammen mit der Hülse 12 in entgegengesetzter Richtung des Pfeils in Fig.5 gedreht. Dabei werden die Mitnehmerkugeln 25 von den Innenwandungsabschnitten B-A der Nuten 29 beaufschlagt, deren Krümmungsradius dem Krümmungsradius der Mitnehmerkugeln 25 entspricht. Zwischen der Hülse 12 und den Kugeln 25 ist die radial nach innen gerichtete Kraftkomponente dabei beträchtlich kleiner als bei Drehung der Hülse in Pfeilrichtung.

Das Drehmoment läßt sich deshalb von der Hülse 12 voll auf die Welle 11 übertragen, wenn der Bohrer aus dem Werkstück entfernt werden soll.

Die Ansprüche 2 und 3 sind echte Unteransprüche und gelten nur in Verbindung mit Anspruch 1.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Überlast-Abschaltkupplung, deren Kuppelglieder aus einer Welle mit in einer zentralen Bohrung gleitendem, federbeaufschlagtem Schaltstößel und in radialen Bohrungen geführten Mitnehmerkugeln und einer diese Welle umfassenden Hülse mit achsparallelen Nuten für den Eingriff der Mitnehmerkugeln bestehen, wobei der Schaltstößel stirnseitig einen kegelstumpfförmigen Ansatz aufweist, auf dessen Außenfläche die Mitnehmerkugeln aufliegen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale, daß der Ansatz (26) des Schaltstößels (15) aus zwei mit gleichem Kopf- bzw. Grundkreis aufeinanderstehenden Kegelstümpfen (27, 28) besteht, von denen der obere (28) einen größeren Kegelwinkel als der untere (27) auiweist, und daß der Schaltstößel (15) mit einem radial über den Grundkreis des unteren Kegelstumpfes (27) vorstehenden Ringrand (39) an einen in die zentrale Bohrung (14) ragenden Bund (40) der Welle (11) anlegbar ist.

2. Überlast-Abschaltkupplung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Mitnehmerkugeln (24 und 25) in vier um je 90° gegeneinander versetzten radialen Bohrungen (23) angeordnet sind.

3. Überlast-Abschaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung der achsparallelen Nuten (29) aus einem der Umfangskrümmung der Mitnehmerkugeln (25) angepaßten Krümmungsabschnitt (B-A) gegen den Drehsinn der Hülse (12) in Arbeitsrichtung in einen Abschnitt (A-C) mit größer werdendem Krümmungsradius übergeht.