DE2148352C3

DE2148352C3 - Überlast-Abschaltkupplung

Info

Publication number: DE2148352C3
Application number: DE2148352A
Authority: DE
Inventors: Horst Christchurch Hampshire Bergemann
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: 1982-02-25
Also published as: DE2148352A1; FR2108644A5; DE2148352B2; IT942641B; CA945489A; GB1369207A; JPS5125893B1; US3727432A

Description

Die Erfindung betrifft eine Überlast-Abschaltkupplung, deren Kuppelglieder aus in Bohrungen einer Welle geführten, federbeaufschlaglen Schaltstößeln, in radialen Bohrungen geführten Mitnehmerelementen und einer, diese Welle umfassenden Hülse mit achsparallelen Nuten für den Eingriff der Mitnehmerelemente bestehen, wobei die Schaltstößel stirnseitig zwei tueinander geneigte Auflageflächen für die Ein- und die Abschaltstellung der Mitnehmerelemente aufweisen. Wobei die obere Flache einen größeren Winkel gegen die Kupplungsachse aufweist als die untere.

Bei einer bekannten Überlast-Abschaltkupplung die· »er Art (US-PS 22 38 583) ist eine Vielzahl von Schalt Itößeln in Bohrungen geführt, die in gleichen radialen Abständen von der Mittenachse der Kupplungswelle angeordnet sind, leder Stößel wird von einer separaten Feder beaufschlagt. An der Stößelstirnseite sind zwei OVnIe₁ ebene zueinander geneigte Auflageflächen für die Eirn und Abschaltstellung der Mitnehmerelemente vorgesehen, wobei die obere Auflagefläche einen größeren Winkel gegen die Kupplungsachse aufweist als die untere. Die Mitnehmerelemente bestehen aus Zylinder stiften, deren eine (Mitnahme·) Stirnseite halbkugelförmig gewölbt ist, während die andere Stirnseile zwei ent* sprechend unterschiedlich geneigte, ebenfalls ovale und ebene Auflageflächen aufweist.

Mit einer solchen Kupplung wird erreicht, daß die Mitnehmerelemenie bei der Absehaltbewegung radial nach innen durch den Obergang von der einen auf die andere der geneigten Auflageflächen des Schaltstößels mit geringem Kraftaufwand und geringerer Geschwindigkeit in ihre Endstellung einlaufen und so die nachteiligen Schaltstöße vermieden werden. Es tvitt aber beim Betrieb ein Hammereffekt auf, der sich beim Wiedereinschalten der Kupplung dadurch ergibt, daß die Mitnehmerelemente unter dem nunmehr wirksam werdenden hohen Federdruck und der höheren Geschwindigkeit beim Übergang von der einen Auflagefläche auf die andere in umgekehrter Richtung gegen die Wandung der Mitnahmenuten in der Kupplungshülse prallen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Kupplung so zu verbessern, daß dieser Hammereffekt vermieden wird.

Ausgehend von einer weiteren bekannten Überlast-Abschaltkupplung (DE-AS 10 57 834), bei der die Kuppelglieder aus einer Welle mit einem einzigen in einer zentralen Bohrung gleitenden, federbeaufschlagten Schaltstößel und in radialen Bohrungen geführten Mitnehmerkugeln und einer diese Welle umfassenden Hülse mit achsparai'elen Nuten für den Eingriff der Mitnehmerkugeln bestehen, wobei der Schaltstößel stirnseitig einen kegelstumpfförmigen Ansatz aufweist, auf dessen Außenfläche die Mitnehmerkugeln aufliegen, wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 niedergelegte Merkmalskombination gelöst. Dabei legt 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 dp- Nut und damit den bereits erwähnten Hammereffekt.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt der Kupplung in Einschaltstellung.

Fig. 2 einen Radialschnitt durch die Kupplung nach Fig. I.

F i g. 3 die Kupplung nach F i g. 1 in Abschaltstellung, F i g. 4 die Seitenansicht des Schaltstößels und

so Fig. 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 U und die Hülfe 12. Welle Il und Hülse 12 sind axial durch einen Ring 13 gegeneinander festgelegt, der in einer Innen- und einer Außenumfangsnut der Hülse 12 bzw. der Welle U eingesetzt ist. In der zentralen Bohrung 14 der Welle 11 ist der Schaltstößel 15 mit dem Schaltstößelkopf 16 gleitend geführt. Mehrere Federscheiben 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 SchallstöÖels 15 versehen.

Wie aus Fig.2 ersichtlich, sind in die Welle 11 vier Bohrungen 23, um 90" gegeneinander versetzt, angeord-

net Diese Bohrungen 23 münden einerseits in der zentralen Bonrung 14 der Welle 11 und andererseits in deren Außenumfangsfläche. In 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 Kegel- to stumpfes 27 anschließende Kegelstumpf 28 einen Kegel'vinkel 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 achsparailele Nuten 29 eingearbeitet. Der Querschnitt dieser Nuten 2·) 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 A-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 Boh.-Werkzeugs angeordnet ist

Während des Bohrvorgangs dreht sich die Hülse 12 in der mit einem Pfeil in Fig. 5 angedeuteten Richtung. Wird das zwischen der Welle 11 und der Hülse 12 übertragene Drehmoment größer, dann rollen die in den Nuten 29 ätzenden Mitnehmerkugeln 23 längs des Abschnittes A-C des Querschnitts der Nuten 29 in radialer Richtung nach innen. Übersteigt das Drehmoment 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 ?u halter. Die besondere Form des zweiten Abschnittes A-C des Querschnittes der Nuten 29 bewirkt, daß die auf die Kugeln 25 übertragene radial nach innen gerichtete Kraft mit dem Weg. den die Kugeln bereits gerollt s'nd. größer wird. Die Mitnehmerkugdn 25 rollen weiter, ohne daß es noch einer wesentlichen Erhöhung de* 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 Mitnehmu-rkugeln 25 sich aus ihren Sitzen in den NuU-n 29 bewegt haben, auf die Außenfläche des oberen Kegelstumpfes 28. Die Geschwindigkeit der Axialbewe gung 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 9(V" 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 Gru-'dkreis des unteren Kegelstumpfes 27 vorstehenden Ringrand 39 auf, Jer an einen in die zentrale Bohrung 14 ragenden Bund 40 der Welle 11 aniegbar 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 Nu· 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 Stößen 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. 7wii.n;n der Hülse 12 und den Kugeln 25 ist die radial nach innen gerichtete Kraftkomponente dabei beträchtlich kleiner als bei Drehung der Hülse in Pfjilrichtung. Das Drehmoment läßt sich deshalb von der Hülse \'i voll auf die Welie 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. Oberlast-Abschaltkupplung, deren Kuppelglieder aus in Bohrungen einer Welle geführten, federbeaufschlagten Schaltstößeln, in radialen Bohrungen geführten Mitnehmerelementen und einer, diese Welle umfassenden Hülse mit achsparallelen Nuten für den Eingriff der Mitnehmerelemente bestehen, wobei die Schallstößel stirnseilig zwei zueinander geneigte Auflageflächen für die Ein- und die Abschallstellung der Mitnehmerelemente aufweisen, wobei die obere Fläche einen größeren Winkel gegen die Kupplungsachse aufweist als die untere, dadurchgekennzeichnet, daß bei an sich bekannter Anwendung eines einzigen, in einer zentralen Bohrung (14) der Welle (11) geführten Schaltstößels (15) mit stirnseitigem, kegelstumpfförmigem Ansatz und Kugeln (24, 25) als Mitnehmerelemente die Auflageflächen dieses Ansatzes aus zwei mit gleichem tüopf- bzw. Grundkreis aufeinanderstellenden Kegelstümpfen (27,28) bestehen, und daß der Schaltstößel (15) mit einem radialen über den Grundkreis des unteren Kegelstumpfes (27) vorstehenden Ringrand (39) an einen in die zentrale Bohrung (14) ragenden Bund (40) der Welle (11), kurz bevor die Mitnehinerkugeln (25) voll in den Sitz der Nut (29) gelangt sind, anlegbar ist.

2. Überlast-Abschaltkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Mitnehmerkugeln (24 und 25) in vier um je 90° gegeneinander versetzten radialen Bohrungen (23) angeordnet sind.

3. Oberlast-Abschattkupplung 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.