DE2233130A1

DE2233130A1 - Sicherheitskupplung

Info

Publication number: DE2233130A1
Application number: DE2233130A
Authority: DE
Inventors: Manfred Bleicher; Gernot Haensel; Bernhausen Karl-Hubertus; Karl Dipl Ing Dr Wanner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1972-07-06
Filing date: 1972-07-06
Publication date: 1974-01-31
Also published as: DE2233130C3; IT990975B; FR2192653A5; DE2233130B2; US3889491A; GB1433409A

Description

R. 9 52
9.6.1972 Bö/Kf

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart

Sicherheitskupplung

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung mit einem treibenden und getriebenen Kupplungsteil, die zur übertragung eines einstellbaren maximalen Drehmoments eine Vielzahl von Kupplungselementen besitzen, die bei Beaufschlagung durch eine Kupplungskraft kraftschlüssig ineinander greifen und bei Erreichen eines zu übertragenen maximalen Drehmoments gegen diese Kupplungskraft auskuppelbar sind.

Derartige Sicherheitskupplungen mit den verschiedensten Ausführungsformen der Kupplungselementen sind bekannt. Diese Kupplungselemente besitzen im allgemeinen Flächen, die in Umfangsrichtung ein Drehmoment aufnehmen können und die bei Beaufschlagung eine resultierende Kraft senkrecht zur Umfangsrichtung ableiten, die durch die Kupplungskraft bis zum Erreichen des maximalen Drehmoments kompensiert wird.

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Um den Verschleiß gering zu halten, werden die Flächen, die das Drehmoment aufnehmen, möglichst groß gewählt, was im allgemeinen dadurch erreicht wird, daß man eine möglichst große Zahl von Kupplungselementen am Umfang der Kupplungsteile anordnet. Diese Kupplungselemente sind bei bekannten Lösungen in der Form jeweils gleich und symmetrisch auf den Umfang verteilt, so daß das treibende mit dem getriebene" Kupplungsteil nahezu bei jeder Verdrehlage zueinander wieder kuppelbar ist." Dies hat den Nachteil, daß im Falle eines Ansprechens der Sicherheitskupplung bei überschreiten des maximalen eingestellten Enddrehmoments die Kupplung entsprechend der Zahl der Kupplungspaare gleich oft pro Umdrehung wieder kurzzeitig einrastet. Das hat zur Folge, daß aufgrund des häufigen Einrastens an den Mitnehmerflächen ein hoher· Verschleiß auftritt und daß ferner durch das häufige Immerwiedereinrasten der Antriebsmotor sehr stark belastet wird.

Es ist ferner auch eine Kupplung bekannt, die nur ein Kupplungspaar hat, d.h. die pro Umdrehung nur einmal einrasten kann. Durch diese Konstruktion würde zwar die Belastung des Antriebsmotors verringert werden, andererseits ist es jedoch so, daß im Sinne der Verschleißfestigkeit der Kupplung die Mitnehmerfläche in Umfangsrichtung sehr groß gehalten werden muß. Der Platzbedarf einer solchen Kupplung ist dementsprechend groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitskupplung zu schaffen, die nur gering verschleißanfällig ist, die Belastung des Antriebsmotors bei Ansprechen der Kupplung so gering wie möglich hält und deren Platzbedarf möglichst klein ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kupplungsteile nur in einer einzigen Drehstellung zueinander über die Kupp-

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lungselemente miteinander kuppelbar sind. Dies hat den Vorteil, daß die beiden Kupplungsteile pro Umdrehung nur einmal einrasten können, der Antriebsmotor, der mit dem treibenden Kupplungsteil verbunden ist, also nur einmal pro Umdrehung das maximale Ausrastdrehmoment überwinden muß. Die vom Motor abzugebende Leistung wird somit erheblich vermindert. Darüberhinaus hat eine solche Kupplung den Vorteil, insbesondere wenn sie in handbetätigte Bohrhämmer und dergleichen eingebaut ist, daß die Bedienungsperson, die ja bei Ausrasten der Sicherheitskupplung dem Drehmoment jeweils entgegenwirken muß, nur einmal pro Umdrehung mit dem Drehmomentenstoß belastet wird.

In erfindungsgemäßer Ausgestaltung ist' die Sicherheitskupplung so ausgebildet, daß die ineinander greifenden Kupplungselemente des treibenden und des getriebenen Kupp- · lungsteils Kupplungspaare bilden, die in ungleichmässigen Winkelabständen voneinander in Umfangsrichtung auf dem treibenden und dem getriebenen Kupplungsteil angeordnet sind und/oder eine jeweils voneinander abweichende Form haben. Das hat den Vorteil, daß auf dem gesamten Umfang eine große Anzahl von Kupplungselementen mit jeweils einer verhältnismäßig kleinen, das Drehmoment aufnehmenden Fläche verteilt sind und die Kupplung bei großer übertragungsfläche und geringer Flächenpressung trotzdem sehr klein gebaut v/erden kann. Durch die ungleichmässige Form bzw. die ungleichmässigen Winkelabstände der Kupplungselementenpaare wird erreicht, daß die Kupplung nur wieder nach einer vollen Umdrehung einrasten kann.

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die Kupplungselemente aus fest mit dem treibenden und dem getriebenen Kupplungsteil verbundenen und stirnseitig

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auf diesen angeordneten Klauen besteht, mit geneigten Planken und schmaleren Kopfflächen als Fußflächen, wobei die Klauenbreite in Umfangsrichtung bei jedem Klauenpaar verschieden ist und das treibende vom getriebenen Kupplungsteil in axialer Richtung entgegen der Kupplungskraft trennbar ist.

Eine andere Ausführung der Erfindung besteht darin, daß die Kupplungselemente auf dem treibenden und/oder getriebenen Kupplungsteil in radialer oder axialer Richtung gegen die Kupplungskraft verschiebbar sind, jedoch mit mindestens einem Kupplungsteil immer kraftschlüssig verbunden sind, wobei die Kupplungselemente aus Kugeln bestehen, die mit dem einen der Kupplungsteile ständig kraftschlüssig,in diesem entgegen der Kupplungskraft verschiebbar geführt, verbunden sind und in Richtung der Kupplungskraft in Ausnehmungen in der Oberfläche des anderen Teils kraftschlüssig kuppelnd eingreifen, und die Kugeln und Ausnehmungen in Umfangsrichtung verschiedene Abstände voneinander haben. Dies hat den Vorteil, daß die Kupplung in radialer Richtung sehr klein gehalten werden kann und daß die Kupplung preisgünstig herstellbar ist und Verschleißteile besitzt, die mit geringen Kosten und Aufwand ausgetauscht werden können.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das treibende und das getriebene Kupplungsteil sich koaxial überlappen und die Kupplungselemente aus fest mit den Kupplungsteilen verbundenen, auf einander benachbarten Mantelflächen der Kupplungsteile angeordneten, schraubenförmig ineinander greifenden Klauen besteht, wobei die Klauenpaare voneinander unterschiedliche Breiten in tangentialer Richtung haben. Dies hat den Vorteil, daß die das maximale Drehmoment aufnehmenden Flächen bei

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kleinem Bauraum sehr groß gehalten werden können. In diesem Fall kann eine Verringerung der Kupplungspaare durch eine entsprechende längere Bauform kompensiert werden.

Fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung, dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Beispiel der Sicherheitskupplung mit '

stirnseitigen Klauenelementen unterschiedlicher Breite und Verteilung,

Fig. 2 einen Schnitt durch das Beispiel nach Fig. 1, Fig. 3 einen weiteren Teilschnitt durch die Anordnung nach Pig. I, '

Fig. 4 einen Schnitt durch ein zweites Beispiel der erfindungsgemäßen Sicherheitskupplung mit beweglichen Kupplungselementen,

Fig. 5 einen weiteren Schnitt durch das zweite Beispiel nach Fig. 4,

Fig. 6 ein drittes Beispiel der erfindungsgemäßen Sicherheitskupplung,

Fig. 7 ein viertes Beispiel der Sicherheitskupplung, Fig. 8 ein fünftes Beispiel der Sicherheitskupplung mit schraubenförmig ineinander greifenden Kupplungsklauen,

Fig. 9 einen Schnitt durch das fünfte Beispiel einer Sicherheitskupplung nach Fig. 8,

Fig. 10 eine Aufsicht auf ein Teil der Kupplung nach Fig. 9 in Richtung 10.

Im Gehäuse 1 einer in Fig. 1 dargestellten Sicherheitskupplung ist ein Kupplungsring 2 kraftschlüssig eingesetzt, der an seiner freien Stirnseite Kupplungsklauen 3 besitzt,-die in die Kupplungsklauen einer Kupplungshülse 4 eingreifen, wenn diese in axialer Richtung von der Kraft einer Feder 5 über einen Zxd.schenring 6 beaufschlagt wird. Die Feder 5 stützt sich in entgegengesetzter Richtung über einen weiteren Zwischenring 7 und einem Sicherungs-

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ring 8 am Gehäuse 1 ab. Die Kupplungshülse 4 ist kraftschlüssig mit einer das Drehmoment einleitenden Welle 9 verbunden. Fig. und Fig. 3 zeigen die Form und die Anordnung der Kupplungsklauen 3. Die Flanken 11 der Klauen sind so geneigt, daß die Kopfflächen 10 der Kupplungsklauen kleiner sind als die Fußflächen. Die Flanken 11 haben im vorliegenden Beispiel einen Neigungswinkel von h5 , natürlich können die Neigungswinkel auch größer sein, entsprechend verringert sich bei gleicher Kupplungskraft das Ansprechdrehmoment der Kupplung. Fig. 2 zeigt die Anordnung der Kupplungsklauen in Umfangsrichtung, wobei jede eine unterschiedliche Breite in tangentialer Richtung aufweist. Die nicht dargestellten Kupplungsklauen auf der Kupplungshülse ¹I sind spiegelbildlich zu den Klauen auf dem Kupplungsring 2 angeordnet. Nach dem Ausrasten bei überschreiten eines bestimmten einstellbaren D-rehmoments müssen sich die Kupplungshülse und der Kupplungsring erst um 360 gegeneinander verdrehen, damit die Kupplungsklauen 3 wieder einrasten können. Dies wird durch die unterschiedliche Breite und die unterschiedlichen Winkelabstände der Kupplungsklauen 3 voneinander erreicht. In vorteilhafter Weise tritt hierbei nur einmal pro Umdrehung das hohe überrastdrehmoment auf, was den Motor und auch die Kräfte einer Bedienungsperson, wenn diese Kupplung z.B. in einen elektrisch betriebenen Bohrhammer eingebaut ist, schont. Aufgrund der großen aus den Flanken 11 gebildeten Mitnehmerfläche ist die Flächenpressung und damit auch der Verschleiß der an diesen Flächen auftreten kann, trotzdem gering.

Auf einer Welle 15 sitzt in einer anderen Ausführung nach Fig. 4 und Fig. 5 kraftschlüssig eine Kupplungshülse 16, die mehrere Ausnehmungen 17 in ungleichir.ässigen Winkelabständen aber in gleicher Ebene auf ihrer äußeren Mantelfläche aufweist. In diese Ausnehmungen 17 werden Kugeln 18, die in Bohrungen 19 in der Mantelebene geführt werden, durch einen Anpreßring 20 gepreßt. Die Bohrungen 19 befinden sich in gleicher

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Zahl und Anordnung wie die Ausnehmungen 17 in einer die Kupplungshülse 16 überlappenden Hülse 21. An der Hülse 21 stützt sich über einen Zwischenring 22 eine Feder 23 ab, die den Anpreßring 20 beaufschlagt. Der Anpreßring 20 besitzt im Bereich seiner Anlage an die Kugeln 18 eine Anschrägung 2k.

Die Hülse 21 überträgt dann ein Drehmoment, solange die Kugeln 18 von dem Anpreßring 20 in die Ausnehmungen 17 gepreßt werden, wobei über die Hülse 21,die Bohrung 19,die Kugeln 18, die Kupplungshülse 16 und die Welle 15 eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt wird. Überschreitet das zu übertragende Drehmoment das eingestellte Maximalmoment, so werden die resultierenden Kräfte,die die Kugeln 18 aus den Ausnehmungen 17 herausdrängen, größer als die Kraft, die über die Feder und den Anpreßring 20 in radialer Richtung aufdie Kugeln 18 wirkt. Die Kugeln 18 bewegen sich in dem Fall radial nach außen und können erst wieder in die Ausnehmungen 17 einrasten, wenn sich Kupplungshülse und Hülse 21 um 380° gegeneinander verdreht haben.

Die Ausnehmungen 17 können die Form von Längsnuten haben, wobei der Querschnitt der Längsnut der Kugelform angepaßt ist. Je flacher diese Längsnuten sind, desto geringer ist bei gleicher Federkraft das aufnehmbare Drehmoment. Gleicherweise läßt sich auch mit der Größe der Kugeln 18 das aufnehmbare maximale Drehmoment beeinflussen. In einfachster Form können diese Ausnehmungen natürlich auch Ansenkungen sein. Des weiteren können sich die Ausnehmungen unter Einsparung einer Kupplungshülse 16 direkt auf der Welle 15 befinden.

Eine ähnliche Anordnung wie in Fig; *f wird auch in Fig. 6 wiedergegeben. Auch hier werden Kugel l8^f in Bohrungen 19', die in

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ungleichen Winkelabständen in einer Hülse 21' angeordnet sind₃ geführt und durch eine Kupplungskraft in Ausnehmungen 17' einer weiteren Hülse 16» gepreßt. Die Hülse 21» ist hierbei topfförmig ausgebildet und kraftschlüssig mit einem Ritzel 30 verbunden. In dieser Hülse bewegt sich ein Topf 29, der durch eine Feder 23' mit Anschrägungen 24' gegen die Kugel 18' gepreßt wird. Die Kugeln 18' werden hierbei radial nach außen gedruckt. Die Ausnehmungen 17' sind in diesem Fall als Innennuten mit Kreissegmentquerschnitt ausgebildet.

Diese Kupplungen haben den Vorteil, daß sie in radialer Richtung nur einen geringen Platzbedarf haben und aus preisgünstig zu fertigenden und leicht zu ersetzenden Teilen zusammengesetzt sind. Insbesondere ist die Verwendung von Kugeln in verschleißtechnischer Hinsicht als sehr günstig anzusehen.

Fig. 7 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 1. In dem Beispiel nach Fig. 7 werden jedoch statt der Klauen 3 in Fig. 1 ebenfalls Kugeln 33 verwendet. Diese Kugeln 33 sind in kurzen Sackbohrungen 3^ eingelassen, so daß noch ein Teil der Kugeln 33 an der Stirnfläche eines im Gehäuse 1 kraftschlüssig eingesetzten Kupplungsrings 35 herausragt. Die Kugeln sind in unregelmässigen Winkelabständen voneinander in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Ihre herausragenden Kalotten greifen in stirnseitig auf einen weiteren Kupplungsring 36, der kraftschlüssig mit einer Welle 37 verbunden ist, angeordneten Ausnehmungen 38 ein. Der Kupplungsring 36 wird in axialer Richtung über ein Nadellager 39 und einen Zwischenring 40 von einer Feder ¹Il belastet, die sich über einen weiteren Zwischenring *J2 und einen Sicherungsring kj> am Gehäuse 1 abstützt. Bei überschreiten eines maximal zu übertragenden Drehmoments wird der Kupplungsring 36 und mit ihm die Welle 37 durch die resultierenden Kräfte und gegen die Kraft der Feder ^l in

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axialer Richtung verschoben, und kann erst nach einer vollen Umdrehung wieder einrasten. Die Ausnehmungen 38 können auch in diesem Fall wieder Ansenkungen oder radial verlaufende Nuten sein. Günstig ist bei dieser Kupplung ebenfalls die Verwendung eines preisgünstigen Verschleißteiles, nämlich der Kugel.

Bei dem in der Fig. 8 gezeigten Aufführungsbeispiel befindet sich im Gehäuse 1 ein eingepreßter äußerer Kupplungsring 45, der auf seiner inneren Mantelfläche schraubenförmig verlaufende Klauen mit unterschiedlicher Breite und unterschiedlichen Winkelabständen voneinander besitzt. In diese Klauen 46 greifen entsprechende Klauen 46 eines inneren Kupplungsrings 47* die sich auf dessen äußerer Mantelfläche befinden, ein. Der innere Kupplungsring sitzt axial verschiebbar auf einer Welle 48, ist jedoch in Urafangsrichtung über ein Keilprofil 49 kraftschlüssig mit dieser verbunden. In axialer Richtung wird der innere Kupplungsring 47 durch eine Feder 50 über einen Zwischenring 51 beaufschlagt. Die Feder 50 stützt sich über einen hülsenförmigen Federteller 52 und einem Sicherungsring 53 an der Welle 48 ab. Die Stellung des inneren Kupplungsrings 47, in der die Kupplungsklauen in ihrer vollen Länge in die Kupplungsklauen des äußeren Kupplungsringes 45 eingreifen, wird durch einen Sicherungsring 54 auf der Welle 48 begrenzt. Bei Überschreitung des maximalen Enddrehmoments bewegt sich der innere Kupplungsring 47 der Verschraubung der Kupplungsklauen 46 folgend in axialer Richtung gegen die Kraft der Feder 50.^ Nach einer Verschiebung um die gesamte Breite des Kupplungsrings rastet dieser aus und kann sich in der Folge zusammen mit der Welle 48 um 360° drehen, bis sich für ihn wieder eine Einrastmöglichkeit bietet. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die die Kraft in urafangsrichtung übertragenden Flächen

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55 sehr groß ausgebildet werden können, d.h., daß der Flächendruck auf diese Teile und der Verschleiß an diesen Teilen verhältnismäßig gering gehalten*werden kann. Pig. 10 zeigt eine Aufsicht auf den inneren Kupplungsring ^7 mit den schraubenförmig verlaufenden Klauen 46.

Die im vorstehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele einer Sicherheitskupplung stellen jevreils nur eine von vielen möglichen Ausführungsformen dar. Insbesondere ist es selbstverständlich, daß die aufgezeigten Ausführungsformen sowohl bei Kupplungen anwendbar sind, bei denen der treibende und der getriebene Kupplungsteil ständig rotiert, als auch bei Kupplungen, bei denen der treibende und der getriebene Kupplungsteil zwar von einem Drehmoment beaufschlagt wird, aber ortsfest stillsteht.

Durch Kupplungen der beschriebenen Art wird vermieden, daß im Ansprechfall der Kupplung bei Erreichen eines maximalen Drehmoments nur einmal pro Umdrehung ein Einrasten erfolgen kann, wodurch die Belastungsspitzen des Antriebsmotors verringert werden. Trotzdem kann die Flächenpressung an den kraftübertragenden Teilen durch die Verwendung einer Vielzahl von Kupplungselementen gering gehalten werden und damit auch der Verschleiß.

Ein vorteilhaftes Anwendungsgebiet dieser beschriebenen Kupplung ist das der Elektrowerkzeuge, insbesondere auch der handgeführten Elektrowerkzeuge wie Bohrhämmer und dgl. Bei diesen Geräten hat eine solche Kupplung den Vorteil, daß die Bedienungsperson, die ja bis zu jedem Ausrasten der Sicherheitskupplung dem Drehmomentenstoß entgegenwirken muß, nur einmal pro Umdrehung im Ansprechfall der Kupplung mit dem Drehmomentenstoß belastet wird.

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Claims

-Ii-

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Ansprüche

*) Sicherheitskupplung mit einem treibenden und getriebenen Kupplungsteil, die zur Übertragung eines einstellbaren maximalen Drehmoments eine Vielzahl von Kupplungselementen besitzen, die bei Beaufschlagung durch eine Kupplungskraft kraftschlüssig ineinander greifen und bei Erreichen eines zu übertragenen maximalen Drehmoments gegen diese .Kupplungskraft auskuppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsteile nur in einer einzigen Drehstellung zueinander über die Kupplungselemente mit einander kuppelbar sind.

2. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1, dadurch ekennzeichnet, daß die ineinander greifenden Kupplungselemente des treibenden und des getriebenen Kupplungsteils Kupplungspaare bilden, die in ungleichmässigen Winkelabständen voneinander in Umfangsrichtung auf dem treibenden und dem getriebenen Kupplungsteil angeordnet sind und /oder eine jeweils voneinander abweichende Form haben.

3. Sicherheitskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungselemente aus fest mit dem treibenden und dem

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getriebenen Kupplungsteil (2,4) verbundenen und stirnseitig auf diesem angeordneten Klauen bestehen mit geneigten Planken(ll) und schmäleren Kopfflächen (10) als Fußflächen, wobei die Klauenbreite in Umfangsrichtung bei jedem Klauenpaar verschieden ist und das treibende vom getriebenen Kupplungsteil in axialer Richtung entgegen der Kupplungskraft trennbar ist.

H. Sicherheitskupplung nach Anspruch 2, dadurch ekennzeichnet, daß die Kupplungselemente auf dem treibenden und/oder getriebenen Kupplungsteil in radialer oder axialer Richtung gegen die Kupplungskraft verschiebbar sind, jedoch mit mindestens einem Kupplungsteil immer kraftschlüssig verbunden sind.

5.· Sicherheitskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungselemente aus Kugeln (I8,l8') bestehen, die mit dem einen der Kupplungsteile (21,2I¹) ständig kraftschlüssig, in diesen entgegen der Kupplungskraft verschiebbar geführt, verbunden sind und in Richtung der Kupplungskraft in Ausnehmungen (17,17') in der Oberfläche des anderen Kupplungsteils (l6,l6') kraftschlüssig kuppelnd eingreifen, wobei die Kugeln und Ausnehmungen in Umfangsrichtung verschiedene Abstände voneinander haben.

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6. Sicherheitskupplung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (l8,l8^f) am Umfang der koaxial ineinander greifenden Kupplungsteile (16,16^f,21,21') angeordnet sind.

7. Sicherheitskupplung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (l8,l8') auf der Stirnfläche in axialen Bohrungen (3*0 des einen Kupplungsteils (35) und die Ausnehmungen,(38) auf der Stirnfläche des anderen Kupplungsteils (36) angeordnet sind.

8. Sicherheitskupplung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Kugeln Stifte verwendet werden.

9. Sicherheitskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das treibende und das getriebene Kupplungsteil (45,^7) sich koaxial überlappen und die Kupplungselemente aus fest mit den Kupplungsteilen verbundenen auf einander benachbarten Mantelflächen der Kupplungsteile angeordneten, schraubenförmig ineinander greifenden Klauen (¹Jo) bestehen, wobei die Klauenpaare voneinander unterschiedliche Breiten in tangentialer Richtung haben.

10. Sicherheitskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kupplungskraft vorzugsweise die Kraft von Federn dient.

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11. Sicherheitskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitskupplung bei Elektrowerkzeugen, insbesondere bei Bohrhämmern anwendbar ist.

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