DE2236856A1

DE2236856A1 - Kupplung mit mechanischer ueberlastsicherung zur uebertragung von drehmomenten zwischen zwei wellen

Info

Publication number: DE2236856A1
Application number: DE2236856A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr Ing Kuehnpast; Gerd Dipl Ing Steiner
Original assignee: Schloemann AG
Current assignee: Schloemann AG
Priority date: 1972-07-27
Filing date: 1972-07-27
Publication date: 1974-02-14
Also published as: DE2236856B2; AT339099B; US3857257A; DE2236856C3; GB1408724A; IT991008B; JPS5249546B2; ATA665573A; FR2195296A5; JPS4945245A

Description

PAT/816/Kia Schloemann AG, Düsseldorf OOIßöKR " 2450 -

20.7.1972

Kupplung mit mechanischer Überlastsicherung zur Übertragung von Drehmomenten zwischen zwei Wellen.

Die Erfindung betrifft eine Kupplung mit mechanischer überlastsicherung zur Übertragung von Drehmomenten zwischen zwei Wellen, wobei das die beiden Kupplungshälften im Abstand von der Mittelachse miteinander verbindende Kupplungsglied eine Festigkeitsschwaohstelle aufweist, die nach überschreiten der Nennlast durch eine zusätzliche Kraft belastet ist. Derartige Kupplungen haben den Zweck, den Kraftfluß vom Antrieb zur Maschine bei überschreiten eines kritischen Lastwertes zu unterbrechen, um dadurch Beschädigungen in der Maschin© bei starker überlastung zu vermeiden.

Bei einer bekannten Kupplung dieser Art (OS 2 QkX 723) ist das Kupplungsglied in beiden Kupplungshälften mit je einem radial verlaufenden Flügel eingespannt« wobei der eine Fitigel fest und der andere Flügel mit einem elastischen Zwischenglied eingespannt ist. Der letztere Flügel hat hierbei jedoch gegenüber dem Kupplungsspalt an beiden Seiten ßo viel Luft, daß das freie Ende erst zur Anlage gebracht wird, wenn beim überschreiten der Nennlast das Kupplungsglied das elastische Zwischenglied im Kupplungsspalt entsprechend zusammengedruckt hat. Dies hat zur Folge, daß das im Nennlaetbereich nur auf Scherung beanspruchte Kupplungeglied nunmehr zusätzlich auf Torsion beansprucht wird und dadurch sofort brechen kann.

Wenn auch mit dieser überlastsicherung bei der Kupplung eine größere Dauerhaltbarkeit erreicht wird als bei Kupplungen mit beiderseits starr eingespannten Brechbolzen« die durch Materialermüdung bei längerem Einsatz auch ohne überschreiten der Nennlast brechen können, so ist das Kupplungsglied aufgrund der ständigen Schwell- oder Wechselbeanspruchung ebssfalls einer

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zusätzlichen Belastung ausgesetzt, die die Dauerfestigkeit in nicht abschätzbarer Welse herabsetzt. Um einen Bruch des Kupplungsgliedes im Nennlastbereich mit Sicherheit auszuschließen, ist man daher gezwungen, d$e Festigkeitsschwachstelle entsprechend stärker zu dimensionieren.

Aufgabe der Erfindung ist daher, die Kupplung so auszubilden« daß auf das Kupplungsglied keine Schwell- oder Wechselbeanspruchungen einwirken können. Dies wird bei der eingangs erwähnten Kupplung erfindungsgemäß dadurch erreicht« daß die beiden Kupplungshälften mittels eines elastischen Kupplungegliedes gegen feste Anschläge in Höhe der Nennbelastung verspannt sind.

Auf diese Weise bleibt die Betriebszusatzbeanspruchung im Kupplungsglied sehr klein, da die Ubertragungskräfte hauptsächlich durch Entlastung der festen Anschläge gewonnen werden. Bis sur Erreichung der Nennlast ist die Kupplung sehr steif bzw. starr. Erst nach Überschreiten der Nennlastgrenze hebt sich die ein· Kupplungshälfte von den festen Ansehlägen ab. An Kupplungsglied findet eine Umverteilung der Last statt, wodurch, die Beanspruchung an der Festigkeitsschwachstelle stark steigt, so daß dies· sofort bricht.

Der vorgenannte Erfindungsgedanke läßt siob konstruktiv In vorteilhafter Welse dadurch verwirklichen, daß das Kupplungeglied aus einem etwa radial zur Mittelachse verlaufenden« einseitig elastischen Balken besteht, der an seinen beiden Enden In je einer Kupplungshälfte eingespannt und in der treibenden Kupplungshälfte durch ein gegen den Balken drückendes Widerlager derart abgestutzt ist, daß die getriebene Kupplungehälfte tangential gegen die treibende Kupplungshälfte entsprechend der Nennbelastung vorgespannt ist, wobei der elastische Teil des Balkens zwischen dem Widerlager'und der Einspannstelle in der treibenden Kupplungshälfte vorgesehen ist.

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Die Vorteile dieser Maßnahmen sowie weitere Erfindungsmerkmale sollen anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine bevorzugte Kupplungsbauart in perspektivischer Darstellung,

Pig. .2a einen horizontalen Schnitt durch die Kupplung mit Blick auf das Kupplungsglied bei Normalbelastung,

Fig. 2b den gleichen Schnitt im Überlastfall,

Fig. 3 eine Kupplungsbauart mit zwei Kupplungsgliedern,

Fig. 4 einen Kupplungsbalken mit auswechselbarem Brechbolzen und

Fig. 5 eine drehverstellbare Einspannvorrichtung für den Brechbolzen.

Die in Flg. 1 dargestellte Kupplung besteht aus einer treibenden Kupplungshälfte 1 und einer getriebenen Kupplungshälfte 2 mit abgeschnitten dargestellter Welle 3. Die scheibenförmig ausgebildete Kupplungshälfte 2 ist hierbei durch den Rand 4 der topfförmig ausgebildeten Kupplungshälfte 1 zentrisch abgestützt und mit dieser durch ein als Brechelement ausgebildetes Kupplungsglied 5 in der nachfolgend beschriebenen Weise verbunden:

Das Brechelement bzw. Kupplungsglied 5 besteht aus einem radial zur Mittelachse verlaufenden Balken 6, der auf einer Seite hinter der Mitte einen im Querschnitt verjüngten Teil 7 und an der anderen Seite einen in achsparalleler Richtung abgewinkelten Teil 8 aufweist. Dieser Teil 8 greift mit seinem rechteckigen Querschnitt in eine entsprechende Aussparung 9 in der Kupplungsscheibe 2 und ist mit dieser undrehbar verbunden.

Das Kupplungsglied 5 ist mit seinem verjüngten Teil 7 durch eine Schraube 11 in einem am Boden 1j5 der treibenden Kupplungshälfte 1 befindlichen Gewindeteil 12 eingespannt und stützt sich mit

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seinem starren Tell 6 an einem Widerlager 10 ab. Dieses befindet sich auf dem Boden 13 der Kupplungshälfte 1 und zwar vorzugsweise - von abgewinkelten Teil 8 aus gesehen - hinter der Mitte und liegt dort an« wo der verjüngte Teil 7 des Balkens 6 beginnt.

In der getriebenen Kupplungshälfte 2 befindet sich ein· nach außen schwenkbare Klinke 14 mit einer Anlageflache 15, mit der die Klinke 14 gegen eine Anlagefläche 16 in einer Aussparung 17 im Rand 4 der Kupplungehälfte 1 beim Verspannen angedruckt wird· Durch eine entspreohend groBe Aussparung 18 in der Kupplungßhälfte lädt sieh die Klinke 14 soweit zurückklappen, da0 die Kupplungshälfte 2 entgegen der Andrückriohtung völlig frei laufen kann· Auf diese Weise kann die Kupplungshälfte 2 gegen die Kupplungshälfte 1 durch Anspannen der Schraube 11 in das am Boden 13 befestigte Gewindeteil 12 bis tu dem der Nennbelastung entsprechenden Wert bzw. etwas darüber vorgespannt werden.

Die mit der Vorspannung angestrebte Wirkung ist in Flg. 2a und 2b besondere anschaulich dargestellt. Der Schnitt ist hierbei so gelegt, daß die Kupplungshälfte 2 im Bereich der Klinke 14 teilweise mitgeschnitten ist. Fig. 2a zeigt die Kupplung mit vorgespanntem Kupplungsglied bei Normallast, wobei folgende Kräfte auftretenι

P * Einstellkraft an der Schraube 11 S » Stützkraft am Widerlager 10 Q » Querkraft bei der Einspannstelle 9 in der Kupplungshälfte 2 U =» Umfangskraft zwischen Klinke 14 und Anlagefläche 16·

Bei Normalbelastung wird die Umfangskraft U zum Teil duroh das zu überwindende Drehmoment in der Welle 3 ersetzt, ohne dal Kupplungsglied weiter zu belasten. Das Biegemoment ist bei S am größtei

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und bei Q und P etwa gleich Null. Erst wenn die zur Überwindung des Drehmoments benötigte Querkraft Q die Vorspannkraft P übersteigt, ändern sich die Kräfte an den Kraftangriffspunkten. Sobalg die Umfangskraft U den Wert Null erreicht hat, hebt sich die Klinke 14 von der Anlagefläche 16 ab (Fig. 2b) und die Kupplungshälfte 2 dreht sich relativ zur anderen Kupplungshälfte 1 entsprechend der Überlast und der Elastizität des Balkens 6.

Die Art der Kraftänderung im abgewinkelten Teil 8 hängt nun von der Lage dts Widerlagers 10 relativ zum starren, Balken 6 ab. Befindet sich das Widerlager 10 vor der Mitte M bzw. genau auf der Mitte, so steigt die Querkraft Q am Ende des Balkens 10 vom Augenblick des Abhebens ab linear an. Hierdurch wird bereits ein starkes Ansteigen der Beanspruchung an der Festigkeitsschwachstelle des Breoheiements 5 erreicht, so daß dieses sofort bricht.

Bei der im Ausführungsbeispiel vorgesehenen Anordnung des Widerlagers 10 Jenseits der Mitte M auf der elastischen Seite des Balkens 6 tritt darüber hinaus noch folgender Zusatzeffekt aufι Der aufgrund des geringen Materialquerschnitts elastischere Teil. 7 des Balkene.6 gibt beim Abheben der Klinke 14 von der Anlagefläche 16 stärker nach als der starre vordere Teil, so daß letzterer sich von dem Widerlager 10 ebenfalls abhebt, da dieser seine radiale Lage praktisch beibehält und sich somit um die Achse M der Kupplung dreht. Im Augenblick des Abhebens erreicht die Stutzkraft S den Wert Null und das Biegerooment wächst bei Q sprunghaft entsprechend dem Abstand vom abgewinkelten Teil 8 bis zum Gewindeteil 12 und der Kraft F. Gleichzeitig wird der Querschnitt des Teils 8 infolge der Relativbewegung zwischen den beiden Kupplungshälften 1 und 2 derart auf Torsion beansprucht _a daß dieser Teil Infolge der starken Zusatzbeanspruchung sofort bricht. Voraussetzung für das Brechen ist natürlich eine entsprechende Dimensionierung des Torsionsquersöteitts, wolbei der Qwes»sehnifct noch durch entsprechende Formgebung (reehtsekig* dr©i@ekig) und

durch eine Kerbe welter gesohwächt werden kann. Je nach Ausführung des Brechteils 5 kann die Spannung bei Überlast auf das 5- bis 20-fache des Normalfalles steigen; der Bruch soll jedoch schon bei der 1,5- bis 2-fachen Spannung erfolgen.

Wenn« wie bei der beschriebenen Bauart, nur ein Kupplungsglied 5 verwendet wird, müssen die in der Zeichnung nicht dargestellten Kupplungslager zusätzlich noch die Querkraft Q aufnehmen. Dies lttet sich jedoch nach einen weiteren Merkmal der Erfindung durch Anbringung von zwei Kupplungsgliedern 5 der gleichen Bauart verhindern. Fig. 3 zeigt eine solche Kupplungsbauart, bei der die verstellbaren Einspannstellen 11, 12 symmetrisch zueinander angeordnet sind. Die Balken 6 der Kupplungeglieder 5 liegen hierbei parallel zueinander und haben gerade soviel Abstand, wie für ein doppelt wirkendes, am Boden 1} der Kupplungehälfte 1 befestigtes Widerlager 24 benötigt wird« Die als Freilauf wirkende Einspanneteile 15, 16 wird bei diesem Ausführungsbelsplel ebenfalls durch zwei symmetrisch zueinander angeordnete Klinken 14 gebildet.

Bs 1st zum leichteren Auswechseln des Kupplungsglieds 5 auch möglich, das abgewinkelte Teil 8 des Kupplungsglieds 5« wie in Flg. 4 gezeigt, als Bolzen 19 auszubilden, der an beiden Enden mit entsprechenden Anlageflächen 20, beispielsweise durch eine Kellversahnung in den Balken 6 bzw. in die Kupplungehälfte 2 eingreift und dadurch mit diesen Teilen undrehbar verbunden 1st*

Da es beim Vorspannen der Kupplung auch auf das exakte radiale Ausrichten des Kupplungsgliedes 5 zum Widerlager ankörnet« kann dl· Verbindung zwischen dem Bolzen 19 und der Kupplungshälfte 2 mittels eines Aufnähmeteils 21 hergestellt werden, das in der Kupplungshälfte 2 drehbar gelagert und über Anlageflächen 23 durch Druckschrauben 22 oder durch andere geeignete Mittel feststellbar ist. Hierdurch geht man der Notwendigkeit aus dem Wege, bei der fertigung der Aussparung 9 in der Kupplungshälfte 2 und des Kupplungsgliedes auf sehr enge Toleranzen aohten zu müssen·

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Es ist auch möglich« die Vorspannung statt durch die Schraube 11 durch entsprechende* in der Zeichnung nicht dargestellte Zwirschenlagen zwischen der Klinke 1-4 und der Anlagefläche 16 aufzubringen» *>

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Claims

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Patentansprüche:

1. Kupplung mit mechanischer überlastsicherung zur übertragung von Drehmomenten zwischen zwei Wellen, wobei das die beiden Kupplungshälften im Abstand von der Mittelachse miteinander verbindende Kupplungsglied eine Festigkeitsschwachstelle aufweist, die nach überschreiten der Nennlast durch eine zusätzliche Kraft belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kupplungshälften (1 und 2) mittels eines elastischen Kupplungsgliedes (5) gegen feste Anschläge (16) in Höhe der Nennbelastung verspannt sind.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsglied (5) aus einem etwa radial zur Mittelachse verlaufenden, einseitig elastischen Balken (6) besteht, der an seinen beiden Enden in je einer Kupplungshälfte (1, 2) eingespannt und in der treibenden Kupplungshälfte (T) durch ein gegen den Balken (6) drückendes Widerlager (10) derart abgestützt ist, daß die getriebene Kupplungshälfte (2) tangential gegen die treibende Kupplungshälfte (1) entsprechend der Nennbelastung vorgespannt ist, wobei der elastische Teil (7) des Balkens (6) zwischen dem Widerlager (10) und der Einspannstelle (11, 12) in der treibenden Kupplungshälfte (1) vorgesehen ist.

5· Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlager (10) außermittig auf der elastischen Seite des Balkens (6) angeordnet ist.

k. Kupplung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Einspannstellen (11, 12 oder 15* 16 oder 22, 23) zur Erzeugung der Vorspannung verstellbar ist.

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BAD ORIGINAL

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis k₉ dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kupplungshälften (1, 2) ein Freilauf vorgesehen ist, der vorzugsweise aus einer oder mehreren Klinken (14) besteht* die im ausgeschwenkten Zustand gegen die Anschlagfläche bzw. Anschlagflachen (1β) der anderen Kupplungshälfte (2) andrückt bzw. andrücken und im eingeschwenkten Zustand ein völliges Freilaufen der beiden Kupplungshälften (1, 2) entgegen der Anschlagrichtung aul&ßt bzw. zulassen.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Baiken (β) an der starren Seite in achsparalleler Richtung abgewinkelt und mit dera abgewinkelten Teil (8) undrehbar in der einen Kupplungshälfte (2) ©ingespannt ist.

7. Kupplung nach Anspruch 2, gekannzeichnet durch die Anbringung von zwei einander parallel gegenüberliegenden Kupplungsgliedern (5) der beschriebenen Art und symmetrisch zueinander angeordneten Einspannstellen (11, 12 und 15, 16).

8. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der abgewinkelte Teil als Bolzen (I9) ausgebildet ist, der an beiden Enden durch Keilverzahnung (2o) oder dergleichen undrehbar i» dem Balken (6) und in die Kupplungshälfte (2) eingreift.

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