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Vereinigte österreichische Eisen- und Stahlwerke - Alpine Montan Aktiengesellschaft,
Wien (Österreich) Uberlastschutz zur Begrenzung der Drehmomentenübertragung Die
Erfindung bezieht sich auf einen Uberlastschutz zur Begrenzung der Drehmomentenübertragung,
insbesondere bei riemen- und schwungscheibengetriebenen Schwermaschinen, mit einem
in den Kraftfluß zwischen zwei auf Drehung miteinander verbundenen Teilen eingeschalteten
Bruchglied.
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Ein derartiger Überlastschutz ist überall dort notwendig, wo Maschinenteile
durch plötzliches Auftreten sehr großer Drehmomente, beispelsweise durch ein Blockieren
der Antriebswelle, gefährdet sind. Ein solcher Wellenstillstand wird meist durch
das Eindringen von Fremdkörpern in das Maschineninnere verursacht, die dort Bewegungsabläufe
nicht nur stören, sondern sogar auch sperren können. Vor allem bei schwungscheibengetriebenen
Maschinen ist ein plötzliches Abbremsen rotierender Teile aber immer zu vermeiden,
da die in der Schwungscheibe aufgespeicherten Energien in diesem Fall großen Schaden
anrichten und für die Maschine wichtige Teile, wie Antriebswellen, Lager, Naben,
Rotoren, Exzenter u.dgl.,
in Mitleidenschaft ziehen würden. Heikle
und auch teure Maschinenteile müssen daher vor solchen Überbelastungen geschützt
werten, wozu Bruchglieder in den Kraftfluß der Maschine eingebaut sind, die bei
entsprechender Uberlastung brechen und dadurch die gewünschten Teile vor einer Beschädigung
bewahren. Durch die gewollte Zerstörung dieses Bruchgliedes wird der Kraftfluß unterbrochen
und der Antrieb von der Maschine getrennt, so daß beispielsweise eine rotierende
Schwungscheibe frei auslaufen kann, ohne Deformationen oder Brüche anderer und wichtiger
Maschinenteile zu verursachen.
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Bisher dienen als Bruchglieder Schwerbolzen, die zwei rotierende
Teile miteinander verbinden, wobei meist zur Drehachse diametral angeordnete Bolzen
verwendet werden, um keinen unsymmetrischen Kraftangriff zu bekommen. Nachteilig
bei diesen Scherbolzen ist nun, daß hier keine einheitliche Bruchstelle vorhanden
ist. Bedingt durch die nicht zu vermeidenden Toleranzen ist es nämlich unmöglich,
die auftretenden Belastungen wirklich gleichmäßig auf die vorhandenen Scherbolzen
aufzuteilen, so daß die kritische Drehmomentgröße, bei der der Bruch der Bolzen
erfolgen soll, nur unzureichend genau festgelegt werden kann. Außerdem ist das Einpassen
der Scherbolzen sehr aufwendig und erfordert große Genauigkeit.
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Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu
beseitigen und einen Überlastschutz der eingangs geschilderten Art zu schaffen,
der eine exakte Definierung der maximal übertragbaren Drehmomente erlaubt und dessen
Bruchglied mit wenigen Handgriffen schnellund problemlos einsetzbar bzw. auswechselbar
ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe im wesentlichen dadurch, daß das
einstückige Bruchglied eine zur Drehachse der durch es auf Drehung miteinander verbundenen
Teile
koaxiale, ringförmige Bruchzone besitzt. Die ringförmige Bruchzone
des einstückigen Bruchgliedes ergibt selbstverständlich auch eine einzige Bruchfläche,
so daß hier, ohne auf eine Drehmomentenaufteilung Rücksicht nehmen zu müssen, die
Bruchlast genau vorherbestimmbar ist, Dabei besteht die einfache Möglichkeit, durch
die Lage der Bruchzone, d.h. durch ihren Abstand von der Drehachse den Wert der
Bruchlast verändern und das Bruchglied an verschiedene Maschinen und Gegebenheiten
anpassen zu können.
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In einer besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist das
Bruchglied topf-, zylinder- oder scheibenförmig ausgebildet und steht vorzugsweise
einerseits mit der Antriebswelle, anderseits mit der auf dieser drehbar gelagerten
Schwungscheibe od.dgl. mittel- oder unmittelbar kraftschlüssig in Verbindung, wobei
als Bruchzone eine in der Mantel- bzw. Stirnfläche des Bruchgliedes angeordnete
Rille od.dgl. dient. Das Bruchglied ist also als Rotationskörper mit zur Antriebswelle
und zur Schwungscheibe koaxialer Rotationsachse ausgebildet, wobei die spezielle
Form den verschiedensten Umständen und Gegebenheiten gemäß gestaltet werden kann.
Auf jeden Fall aber ist eine die Bruchzone bildende Rille gewünschter Tiefe ohne
Schwierigkeiten an diesem Rotationskörper vorzusehen.
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Erfindungsgemäß ist zur Einstellung der Belastbarkeit des Bruchgliedes
die Bruchzone durch zusätzliche Querbohrungen schwächbar oder mit Materialauftragungen
verstärkbar. Ein bereits mit einer Rille versehenes Bruchglied kann damit auch nachträglich
geänderten Verhältnissen angep~aBt werden.
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In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung besitzt das Bruchglied
um die Drehachse symmetrisch verteilte, zahnartige Mitnehmer, die zur kraftschlüssigen
Verbindung
des Bruchgliedes mit den drehenden Teilen in entsprechende Ausnehmungen dieser Teile
bzw. in Ausnehmungen von mit diesen Teilen drehfest gekoppelten Kupplungsstücken
eingreifen. Diese Art Verzahnung ergibt eine gute kraftschlüssige Verbindung, die
schwierigkeitslos herstellbar und lösbar ist. Die Bruchglieder, die durch ihre rotationsförmige
Gestalt leicht auf Naben bzw. Wellen aufschiebbar sind, können somit schnell und
mit wenigen Handgriffen montiert bzw. ausgewechselt werden. Ist eine direkte Koppelung
zwischen den Bruchgliedern und der Antriebswelle bzw. der Schwungscheibe od.dgl.
auf Grund ihrer Ausgestaltung oder Anordnung nicht möglich, dann wird ein entsprechend
geformtes Kupplungsstück zwischengeschaltet, dasßie Funktion des Bruchgliedes Jedoch
in keiner Weise beeinflußt.
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Um kleinere Belastungsspitzen ohne Zerstörung des Bruchgliedes aufnehmen
zu können, stützen sich in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die zahnartigen
Mitnehmer in den entsprechenden Ausnehmungen gegen elastische Einlagen ab. Es wird
dadurch also eine gewisse Abfederung des Bruchgliedes gegenüber der eigentlichen
Maschine erzielt, wodurch es möglich ist, auch Drehmomente, die knapp die kritische
Größe erreichen, aufzufangen, ohne daß die Maschine darunter Schaden erleidet.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in mehreren Ausführungsbeispielen
schematisch dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 und Fig. 2 einen erfindungsgemäßen
Uberlastschutz im Längsschnitt bzw. im Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,
die Fig. 3 bis Fig. 7 verschiedene Ausführungsmöglichkeiten
des
Bruchgliedes und dessen kraftschlüssige Verbindung mit der Antriebswelle bzw. der
Schwungscheibennabe im Längsschnitt und Fig. 8 eine besondere Verbindungsmöglichkeit
zwischen Bruchglied und Schwungscheibennabe im Querschnitt.
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Um einen Uberlastschutz bei riemen- und schwungscheibengetriebenen
Schwermaschinen zu erhalten, ist erfindungsgemäß in den Kraftfluß zwischen Antriebswelle
1 und Schwungscheibe 2 ein einstückiges Bruchglied 3a - f eingeschaltet, das eine
zur Drehachse koaxiale, ringförmige Bruchzone 4 besitzt. Das Bruchglied ist dabei
rotationssyimetrisch ausgebildet und je nach Ausführungsform topf-, zylinder- oder
scheibenförmig. Zur Herstellung der Bruchzone 4 ist in diese Bruchglieder 3a - f
eine Doppelrille 5 eingedreht.
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Um die Bruchzone auch nachträglich schwächen und dadurch das Bruchglied
geänderten Betriebsverhältnissen anpassen zu können, ist die Bruchzone 5 mit zusätzlichen
Querbohrungen 6 versehbar.
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Damit das Bruchglied 3a - f seinen Zweck erfüllen kann, muß es einerseits
mit der Antriebswelle 1, anderseits mit der Nabe der Schwungscheibe 2 kraftschlüssig
in Verbindung stehen, wobei die Schwungscheibe ihrerseits beispielsweise mit einer
Gleitbüchse 7 auf der Antriebswelle 1 frei drehbar lagert. Diese kraftschlüssige
Verbindung kann auf mannigfaltige Weise erzielt werden, wie aus den in der Zeichnung
dargestellten Beispielen hervorgeht. Mit der Antriebswelle 1 ist das Bruchglied
meist mit Keilen bestimmten, von der Kreisform abweichenden Wellenquerschnitten,
Verzahnungen u.dgl. und mit der Schwungscheibennabe meist durch besondere Mitnehmer
und Klauen od.dgl. kraftschlüssig verbunden. Um eine besonders gute Koppelung zu
erzielen, besitzt das Bruchglied erfindungsgemäß zwei diametral gegenüberliegende
zahnartige
Mitnehmer 8, die in entsprechende Ausnehmungen 9 der Schwungscheibe 2 bzw. eines
separaten Kupplungsstückes lOa - f, 10f' eingreifen. Diese Kupplungsstücke 10 sind
oft notwendig, um den konstruktiven Einbau der Bruchglieder in den Kraftfluß zwischen
Schwungscheibe und Antriebswelle ohne komplizierte Bruchgliedformen ermöglichen
zu können. Die Kupplungsstücko 10 sind dabei selbstverständlich ihrerseits nicht
nur mit den Bruchgliedern, sondern auch mit der Schwungscheibennabe bzw.
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mit der Antriebswelle kraftschlüssig verbunden. Wie in Fig.8 dargestellt,
kann nun in den die Mitnehmer 8 der Bruchglieder aufnehmenden Ausnehmungen 9 eine
elastische Einlage 11 vorgesehen sein, gegen die sich die Mitnehmer abstützen. Die
Bruchglieder werden dadurch gegenüber der Schwungscheibe od.dgl. abgefedert, so
daß es möglich ist, auch Belastungsspitzen, die nahe an die Bruchlast des Bruchgliedes
herankommen, ohne Schaden für die Maschine aufzufangen.
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FUr die spezielle Form der Bruchgliederund der Verbindungsmaßnahmen
gibt es unzählige, von den einzelnen Maschinentypen, von den besonderen Verhältnissen,
vomverwendeten Material usw. abhängige Varianten, so daß es als wenig sinnvoll erscheint,
hier auf einige dieser Möglichkeiten näher einzugehen. In der Zeichnung ist die
Vielfalt der Ausbildungsmöglichkeiten durch einige Beispiele angedeutet, auf die
sich Jedoch der Erfindungsgegenstand keineswegs beschränkt.
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Allen erfindungsgemäßen Bruchgliedern ist aber eine einheitliche,
zur Drehachse bzw. Momentenachse koaxiale, ringförmige Bruchzone gemeinsam, die
eine genaue Definierung der noch übertragbaren Grenzlast erlaubt. Die Größe der
ohne
Bruch übertragbaren Drehmomente hängt dabei vom Abstand dieser ringförmigen Bruchzonelvon
der Drehachse und von den je nach Wunsch nachträglich vorgenommenen Querbohrungen
bzw. Materialauftragungen ab. Die erfindungsgemäßen Bruchglieder sind somit sehr
fein an die vorherrschenden Verhältnisse bzw. an eine bestimmte Maschine anpaßbar.