DE2150543A1 - Ueberlastkupplung - Google Patents

Description

• überlastkupplung Die Erfindung betrifft eine Uberlastkupplung mit mindestens zwei federnd gegeneinandergedrückten, flächenförmig gegeneinanderliegenden Kupplungsscheiben, von denen eine die Antriebsscheibe und die andere die Abtriebsscheibe bildet.
• Es sind zahlreiche Pusführungsformen von Überlastkupplungen bekannt, die mit zwei gegeneinandergedrückten Kupplungsteilen arbeiten, deren gegenseitige Reibung überwunden wird, wenn das Abtriebsdrehmoment den zulässigen Höchstbetrag überschreitet. Derartige Uberlastkupplungen können beispielsweise als Scheibenkupplungen ausgebildet sein, deren beide Scheiben durch eine verstellbare Feder gegeneinandergedrückt werden, wobei die eine Scheibe mit der Antriebswelle und die andere mit der Abtriebswelle verbunden ist. Soll die Auslösung der Überlastkupplung erst bei größeren Drehmomenten erfolgen, so kann man Lamellen-Rutschkupplungen verwenden, bei denen mehrere mit Reibflächen versehene Lamellen, die drehfest abwechselnd mit der Antriebswelle oder mit der Abtriebswelle verbunden sind, federnd zuzusammengedrückt werden. Das Arbeitsprinzip ist hierbei das gleiche wie bei der Scheibenkupplung. Der Einsatz der genannten Überlastkupplungen ist in der Regel auf niedrige Drehmomente beschränkt. Die Kupplungen eignen sich nicht für die Förderung oder das Heben von Schwerlasten. Sie sind auch für den Einsatz in rauhem Betrieb in Hüttenwerken, Zementfabriken sowie in der chemischen Industrie ungeeignet und arbeiten bei höheren Temperaturen nicht mehr ordnungsgemäß. Gerade bei Antriebseinrichtungen in Hüttenwerken, Walzwerken oder in der chemischen Industrie ist es wichtig, daß sämtliche Teile auch bei höheren Temperaturen voll funktionsfähig sind. Werden Lamellenkupplungen bei höheren Betriebstemperaturen eingesetzt, so können sich die Lamellen verwerfen. Auch Scheiben-Rutschkupplungen versagen bei rauhem Betrieb, weil sie einem zu hohen Verschleiß unterworfen sind und der Bremsbelag bei erhöhten Umgebungstemperaturen schnell verzundert.
• Unter rauhen Betriebsverhältnissen und insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen verwendet man häufig Schraubenband-Kupplungen als Überlastkupplungen. Bei diesen ist ein Zylinder auf der Antriebswelle festgekeilt, um den ein Schraubenband herumgewickelt ist, welches mit einem Ende am Abtriebsteil der Kupplung angreift. Derartige Schraubenbandkupplungen arbeiten drehrichtungsabhängig, d.h. es sind gesonderte Ausführungsformen für Rechts-und Linksdrehung erforderlich.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Überlastkupplung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich für den Einsatz unter rauhen Betriebsverhältnissen und insbesondere auch bei hohen Temperaturen eignet, geringem Verschleiß unterworfen ist und praktisch keine Wartung benötigt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gegeneinanderliegenden Berührungsflächen der Kupplungsscheiben mit ineinandergreifenden abgerundeten Erhebungen und Ausnehmungen versehen sind.
• Bei der erfindungsgemäßen Überlastkupplung ist die eine Kupplungsscheibe mit positiven und die andere Kupplungsscheibe mit negativen Ausformungen versehen, die ineinandergreifen und für die gegenseitige Mitnahme der beiden Kupplungsscheiben sorgen. Ein ähnliches Prinzip ist von Klauenkupplungen her bereits bekannt. Bei diesen rasten verzahnungsartig ineinandergreifende Kupplungsteile ineinander ein, und das Auskuppeln erfolgt durch Ausrücken eines der Kupplungsteile. Solche Klauenkupplungen sind als Überlastkupplungen nicht zu verwenden, weil sie den Abtriebsteil nicht in Abhängigkeit vom zu übertragenden Drehmoment freigeben. Von ihnen unterscheidet sich die erfindungsgemäße Überlastkupplung dadurch, daß die Erhebungen und Ausnehmungen abgerundet sind. Eine gegenseitige Mitnahme ist also möglich. Übersteigt das Drehmoment den eingestellten Sollwert, so beginnen die SchrAgflächen der Erhebungen und Ausnehmungen sich gegeneinander zu verschieben. Dadurch werden beide Rupplungsteile in axialer Richtung auseinandergedrängt, so daß sie sich zunächst geringfügig, dann stärker gegeneinander verdrehen. Auf diese Weise wird verhindert, daß das vom Antrieb aufgebrachte Drehmoment sich voll auf den Abtrieb überträgt.
• In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erstrecken sich die Erhebungen und Ausnehmungen linienförmig an den Berührungsflächen von innen nach außen. Obwohl es grundsätzlich auch möglich ist, die Erhebungen und Ausnehmungen punktförmig über die Berührungsflächen zu verteilen, ist die linienförmige Ausbildung vorteilhafter, weil sich dabei geringere Flächenpressunqen ergeben und die Gefahr des Abscherens nicht besteht.
• Bei einer günstigen Verteilung verlaufen die Erhebungen und Ausnehmungen auf den kreisscheibenförmigen Berührungsflächen radial. Hierfür bieten sich auch verhältnismäßig einfache Fertigungsmöglichkeiten an. Die radiale Ausrichtung ist auch deshalb günstig, weil die das Drehmoment übertragenden, tangential wirkenden Kräfte durch derartig ausgerichtete Erhebungen und Ausnehmungen senkrecht abgefangen werden.
• In Weiterbildung der Erfindung enden die Erhebungen und Ausnehmungen an einem Innenkreis, in dessen Abwicklung sie einen im wesentlichen sinusförmigen Wellenzug bilden und vom Innenkreis aus unter unveränderten Querschnittsabmessungen mit größerwerdendem gegenseitigen Abstand nach außen verlaufen. Die Erhebungen und Ausnehmungen reichen also auf den Kupplungsscheiben so weit wie möglich zum jeweiligen Scheibenmittelpunkt hin, ohne daß jedoch die -im Querschnitt gesehen - abgerundete Form beeinträchtigt würde. Sie sind also so weit an den jeweiligen Scheibenmittelpunkt herangeführt, daß zwei benachbarte Erhebungen oder Ausnehmungen gerade noch bogenförmig, also ohne einen knickförmigen Übergang, ineinander übergehen.
• Eine erste Kupplungsscheibe ist drehfest mit einer durch beide Kupplungsscheiben hindurch verlaufenden Welle verbunden und über eine Druckfeder und ein Axiallager mit der Berührungsfläche der zweiten Kupplungsscheibe verbunden. Dies führt zu einer raumsparenden und funktionell günstigen Konstruktion, mit der sich eine Überlastkupplung unter Verwendung einer extrem geringen Anzahl einzelner Bauteile realisieren läßt.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an einer der Kupplungsscheiben ein Schaltelement angreift, das bei Axialverschiebung (Ausrücken) dieser Kupplungsscheibe die Durchschaltung einer elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Steuerung vornimmt. Der Schalter kann dazu verwendet werden, den Antrieb der von der Überlastkupplung überwachten Anlage außer Betrieb zu setzen und im Fall der Auslösung gleichzeitig die Erzeugung eines akustischen oder optischen Warnsignales zu veranlassen. Dadurch, daß der Schalter im Auslösefall unmittelbar von der Kupplung betätigt wird, erreicht man eine zuverlässige und schnelle Reaktion. Der Schalter spricht nur dann an, wenn die Überlastkupplung tatsächlich ausgelöst ist.
• Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Überlastkupplung, teilweise im Schnitt, Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer der Kupplungsscheiben mit Blickrichtung auf die Berührungs- fläche, Fig. 3 eine Seitenansicht der beiden aufeinanderliegenden Kupplungsscheiben, Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überlastkupplung teilweise in Seitenansicht und teilweise im Schnitt, und Fig. 5 zeigt eine Ansicht der Überlastkupplung nach Fig. 4 aus Richtung des Pfeiles V.
• Die in Fig. 1 dargestellte Überlastkupplung wird durch ein Zahnrad 1 o.dgl. angetrieben, welches drehfest auf dem rohrförmigen Ansatz 2 der Kupplungsscheibe 3 montiert ist. Die Befestigung des Zahnrades 1 erfolgt mit axial ausgerichteten Schrauben, die in entsprechende Gewinde 4 an der Kupplungsscheibe 3 eingesetzt werden.
• Die dem Antriebsrad 1 abgewandte Fläche der Kupplungsscheibe 3 ist als Kupplungsfläche 4 ausgebildet. Sie ist im wesentlichen eben, besitzt jedoch Erhebungen 5, die strahlenförmig auf den Flächenmittelpunkt zulaufen Die Erhebungen sind, im Querschnitt gesehen, gewölbt. Sie steigen bogenförmig aus der Ebene der Kupplungsfläche 4 auf und haben keinerlei scharfe Kanten. Sie sind so weit an den Scheibenmittelpunkt herangeführt, daß sie sich bei gleichbleibenden Querschnittsabmessungen gegenseitig nicht stören. Dies bedeutet, daß sie sich am Innenkreis 6 so nahe kommen, daß sie einen sinusförmigen Kurvenzug bilden. Am Außenkreis 7 sind die Erhebungen 5 jedoch ver-hältnismäßig weit voneinander entfernt und durch die sektorförmigen Flächenteile 8 voneinander getrennt.
• An der Kupplungsfläche 4 der Kupplungsscheibe 3 liegt die dazu komplementär geformte Kupplungsfläche der Kupplungsscheibe 9 an. Diese Kupplungsscheibe 9 ist mittels einer Nut-Feder-Verbindung 10 drehfest an der Abtriebswelle 11 angebracht und stützt sich an der Kante 12 eines Wellenabsatzes in axialer Richtung ab.
• Die Kupplungsscheibe 9 besitzt radial verlaufende Ausnehmungen 13 von der Form und der Größe der Erhebungen 5, die sich ebenfalls zwischen einem Innenkreis 6 und einem Außenkreis 7 erstrecken. Bei normalem Betrieb liegen die Erhebungen 5 in den Ausnehmungen 13, so daß die Berührungsflächen der Kupplungsscheiben in engem flächenhaftem Kontakt zueinander stehen. Die Berührungsflächen können hart-verchromt werden, wenn ein Einsatz in Chemie-Betrieben (ätzende Stoffe oder Flüssigkeiten) gegeben ist.
• Das stirnseitige Ende der Abtriebswelle 11, die durch beide Kupplungsscheiben 3,9 hindurchführt, ist durch einen Gewindebolzen 14 verlängert. Der Gewindebolzen 14 ist koaxial von einem Satz Tellerfedern 15 umgeben, die von einer als Widerlager dienenden Scheibe 16 zusammengedrückt werden. Die Scheibe 16 wird durch eine auf dem Gewindebolzen sitzende Mutter 17 mit Kontermutter 18 verstellt.
• Die Tellerfedern 15 stützen sich an dem Ringflansch 19 einer Hülse 20 ab, die mit ihrem stirnseitigen Ende 21 an einem Axialkugellager 22 anliegt. Das Axialkugellager 22 ist seinerseits am rückwärtigen Teil der Kupplungsscheibe 3 abgestützt und von dem ringförmigen, zur Zentrierung des Antriebsrades 1 dienenden Ansatz 2 überdeckt.
• Die Hülse 20 besitzt im übrigen eine solche Ausdehnung, daß sie die Tellerfedern 15 im normalen Betriebszustand abdeckt und diese somit vor Schmutzeinwirkungen schützt.
• Während des normalen Betriebes dreht sich das Antriebsrad 1 und nimmt die fest mit ihm verbundene Kupplungsscheibe 3 mit. Dadurch, daß die Tellerfedern 15 gegen die mit der Mutter 17 am Gewindebolzen 14 abgestützte Scheibe 16 drücken, wird die Antriebswelle 11 in der Darstellung gemäß Fig. 1 nach links gedrückt. Sie treibt damit mit ihrem Ansatz 12 die andere Kupplungsscheibe 9 ebenfalls nach links, d.h. in Richtung auf die Kupplungsscheibe 3. Die strahlenförmig ausgerichteten Erhebungen 5 sitzen fest in den Ausnehmungen 13. Der entsprechende Anpreßdruck ist von der Vorspannung der Tellerfedern 15 abhängig. Diese Vorspannung kann durch Verstellen der Mutter 17 verändert werden. Bei normalem Betrieb dreht sich die gesamte in Fig. 1 dargestellte Einheit, ohne daß eine Relativbewegung einzelner Teile zueinander eintreten würden.
• Wird die Abtriebswelle 11, die beispielsweise eine Förderstrecke antreiben kann, blockiert, so wird das eingestellte maximale Drehmoment überschritten, und die Kupplungsscheiben 3,9 beginnen sich gegeneinander zu verdrehen. Dabei verlassen die Erhebungen 5 die Ausnehmungen 13, so daß die Kupplungsscheibe 3 gemäß Fig. 1 in axialer Richtung nach links verschoben wird. Hierdurch wird auch das Antriebsrad 1 mit dem Axialrollenlager 22 geringfügig nach links verschoben, und der Innenringflansch 19 der Hülse 20 drückt die Tellerfedern 15 zusammen.
• Am Antriebsrad 1 ist ein Schalter 22 angeordnet, dessen Schaltstift 23 das Antriebsrad in der Normalstellung der Überlastkupplung nicht berührt. Wird die Kupplungsscheibe 3 jedoch mit dem Antriebsrad 1 beim Auslösen der Kupplung nach links bewegt, so wird der Schaltstift 23 des Schalters 22 betätigt. Der Schalter 22 bewirkt beispielsweise die Stillsetzung des das Antriebsrad 1 treibenden Motors und/ oder die Auslösung von Maschinenalarm. Er kann, wie beim Ausführungsbeispiel, als elektrischer Schalter ausgebildet sein, es ist aber auch möglich, hydraulische, pneumatische oder andersartige Schalter oder Sensoren zu ver- wenden, die beim Auslösen der Überlastkupplung ansprechen.
• Die beschriebene Überlastkupplung eignet sich insbesondere zur Übertragung hoher Drehmomente. Sie wird vorzugsweise mit einem Schaltmoment von 25 bis 85 mkp eingesetzt. Bei der beschriebenen Ausführungsform beträgt der Radius der Ausnehmungen 13 5mm. Dies entspricht einem Durchmesser des Innenkreises 6 von 45 mm. Die Belastung des Tellerfedersatzes kann zwischen 150 und 200 kp betragen.
• Bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Überlastkupplung sind drei Sätze 25 von Tellerfedern jeweils um einen Winkel von 120° versetzt angeordnet. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel sind zwei Kupplungsscheiben 26,27 vorhanden, deren Berührungsflächen linienförmige, im Querschnitt abgerundete Erhebungen 5 und Ausnehmungen 13 besitzen, die radial zu den in einer Flucht liegenden Wellen für den Antrieb und den Abtrieb verlaufen. Die Kupplungsscheibe 27 besitzt einen kleineren Durchmesser als die Kupplungsscheibe 26, bei der der Bereich der radialen Erhebungen 5 nach außen hin durch eine ebene ringf8rmige Fläche 29 verlängert ist. Die Kupplungsscheibe 27 ist mit einem im wesentlichen zylindrischen Stützteil 28 abgedeckt, das an seinem Rand mit Längsbohrungen 30 zur Aufnahme jeweils eines Satzes von Tellerfedern ausgestattet ist. Das Stützteil 28 überragt die Berührungsfläche 13 in axialer Richtung. Es besitzt an seinem nach außen weisenden stirnseitigen Ende einen nach innen gerichteten Radialflansch 31.
• Dieser drückt ein Axiallager 32 gegen einen an der Kupplungsscheibe 27 vorgesehenen Sitz 33. Das Axiallager 32 ist als Kugellager ausgebildet. Es befindet sich in einer Ausnehmung 34 der Kupplungsscheibe 27 und wird von dem Flansch 31 nach außen hin abgedeckt.
• Das Stützteil 28 überdeckt die Kupplungsscheibe 27 vollständig. Im Innern der Bohrung 30 sind die Tellerfedern 25 angeordnet und durch eine in Längsrichtung durch die Bohrung 30 hindurchragende, an dem Gewinde 35 der Kupplungsscheibe 26 befestigte Schraube 36, die an ihrem Kopfende durch eine in die Bohrung 30 hineinpassende Scheibe 37 verbreitert ist, gespannt. Die Tellerfedern 25 stützen sich also an einem Ende an der mit einer Durchtrittsöffnung für die Schraube 36 versehenen Bodenseite der Bohrung 30 und am anderen Ende an der Scheibe 37 ab. Die Bohrung 30 mit den Tellerfedern 25 ist daher fest mit der Kupplungsscheibe 26 verbunden und dreht sich mit dieser, während die Kupplungsscheibe 27 über das Axiallager 32 federnd gegen die Kupplungsscheibe 26 gedrückt ist. An einem Absatz 39 der Kupplungsscheibe 26 kann beispielsweise ein Antriebszahnrad befestigt werden. Der Antrieb kann aber auch durch eine Welle erfolgen, die drehfest in die Mittelbohrung 40 der Antriebsscheibe 26 eingesetzt wird.
• Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt der Abtrieb über eine (nicht dargestellte) Welle, die in die Bohrung 41 der Kupplungsscheibe 27 hineingesteckt und mit dieser Kupplungsscheibe mittels eines Nasenkeiles verkeilt wird, der in die Nut 42 und eine entsprechende Gegennut an der Welle eingeschoben wird.
• Diese zweite Ausführungsform der Überlastkupplung hat den Vorteil, daß Antriebs- und Abtriebswelle fluchten können, und daß es auch möglich ist, entweder die Antriebswelle oder die Abtriebswelle als durchgehende Welle auszubilden, wobei dann entsprechend entweder das Abtriebsdrehmoment oder das Antriebsdrehmoment von einem Zahnrad abgenommen wird, das an einer der Kupplungsscheiben 26 oder 27 angeschraubt ist.
• Ferner ist diese Kupplung als kompaktes Bauelement schnell und einfach zu montieren. D.h. die komplette Kupplung wird auf einen Wellenstumpf geschoben und mit einem Nasenkeil fixiert.
• Die erfindungsgemäße Überlastkupplung bietet den wesentlichen Vorteil, daß sie - anders als Schraubenbandkupplungen - drehrichtungswiabhängig ist. Die Kupplung stellt somit ein Standardteil dar, dessen Lagerhalterung für die unterschiedlichsten Anwendungen und Bemessungen wenig Aufwand erfordert, und bei dem das Auslösemoment leicht durch Veränderung der Tellerfederpakete geändert werden kann.

Claims (10)

Ansprüche

1. Überlastkupplung mit mindestens zwei federnd gegeneinandergedrückten, flächenförmig gegeneinanderliegenden Kupplungsscheiben, von denen eine die Antriebsscheibe und die andere die Abtriebsscheibe bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die gegeneinanderliegenden Berührungsflächen (4) der Kupplungsscheiben (3,9) mit ineinandergreifenden abgerundeten Erhebungen (9 )und Ausnehmungen (13) versehen sind.

2. Überlastkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (5) und Ausnehmungen (13) sich linienförmig an den Berührungsflächen (4) von innen nach außen erstrecken.

3. Überlastkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (5) und Ausnehmungen (13) auf den kreisscheibenförmigen Berührungsflächen (4) radial verlaufen.

4. Uberlastkupplung nach Anspruch 3 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (5) und Ausnehmungen (13) an einem Innenkreis (6) enden, in dessen Abwicklung sie einen im wesentlichen sinusförmigen Wellenzug bilden und vom Innenkreis (6)aus unter unveränderten Querschnittsabmessungen mit größerwerdendem gegenseitigen Abstand nach außen verlaufen.

5. Überlastkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Kupplungsscheibe (9) drehfest mit einer durch beide Kupplungsscheiben hindurch verlaufenden Welle (11) verbunden ist und sich über eine Druckfeder (15) und ein Axiallager (22) an der der Berührungsfläche (4) abgewandten Seite der zweiten Kupplungsscheibe (3) abstützt.

6. Überlastkupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (11) mit einem Gewindezapfen (14) verlängert ist, auf dem koaxial ein Satz Tellerfedern (15) angeordnet ist,der sich an einem Ende an einem am Gewindezapfen (14) einstellbar befestigten Widerlager (16) und am anderen Ende an dem Innenflansch (19) einer am Axiallager (22) angreifenden Hülse (20) abstützt, und daß das Axiallager (22) an der zweiten Kupplungsscheibe (3) anliegt.

7. Überlastkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einer der Kupplungsscheiben (3,9) bzw. an einem mit dieser verbundenen Teil ein Schalter (22) angreift, der bei Axialverschiebung dieser Kupplungsscheibe (3) infolge einer Drehung relativ zur anderen Kupplungsscheibe (9) bei Auslösung der Kupplung die Durchschaltung einer elektrischen Leitung vornimmt.

8. Uberlastkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Kupplungsscheiben (27) von einem im wesentlichen zylindrischen Stützteil (28) überdeckt ist, der sich über ein Axiallager (32) mit einem Flansch (31) an dieser Kupplungsscheibe (27) abstützt und mit seinem stirnseitigen Ende gegen die andere Kupplungsscheibe (26) federnd drückt.

9. Überlastkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützteil (28) mittels axial ausgerichteter Schrauben (36) an der zweiten Kupplungsscheibe (26) befestigt ist, und daß die Schrauben (36) durch Längsbohrungen (30) der Wand des Stützteiles (28) hindurchragen, in denen Federn (25) angeordnet sind.

10. Überlastkupplung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kupplungsscheibe (26) eine Ausnehmung (39) zur drehfesten Anbringung eines Zahnrades o. dgl. besitzt.