DE2441218B2

DE2441218B2 - Vorrichtung zur drehmomentbegrenzung

Info

Publication number: DE2441218B2
Application number: DE19742441218
Authority: DE
Inventors: Michel Orgeval Dossier (Frankreich)
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1973-08-30
Filing date: 1974-08-28
Publication date: 1977-08-25
Also published as: FI248874A; DE2441218C3; DE2441218A1; LU70814A1; CA1023961A; BE819069A; IE40004B1; NO742965L; GB1471077A; DK453974A; FR2250403A5; IE40004L; ES429685A1; NL7411345A; SE7410955L; US3984997A; JPS5072300A; IT1018228B; CH584853A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehmomentbegrenzung, die zwischen einer antreibenden und einer dazu koaxialen angetriebenen Welle angeordnet und in zwei entgegengesetzten Richtungen antreibbar ist, wobei der Antrieb über zwischengeschaltete Reibungseinrichtungen erfolgt, die wenigstens ein mit der mtreibenden (oder der angetriebenen) Welle verbundenes Reibungselement aufweisen, das an einer innerer. Fläche der angetriebenen (oder der antreibenden) Welle anliegt und mit einem Ende direkt mit der antreibenden Welle verbunden ist, während es mit dem anderen Ende über eine elastische Einrichtung mit der antreibenden Welle verbunden ist.

Solche Vorrichtungen dienen besonders als Sicherungsorgane in Maschinen und Fördergeräten. Man findet sie auch in Regelungselementen für Werkzeuge (z B für die Herstellung von Schraubgewinden, um ein zu' starkes Klemmen zu vermeiden), oder auch als empfindliche Elemente in Dynamometern.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der GB-PS 2 24 491 bekannt. Bei dieser apparativ aufwendigen Vorrichtung besteht die elastische Einrichtung aus Schraubenfedern, die einen erheblichen Raumbedarf und ein hohes Gewicht haben und nur mit relativ großem Aufwand einstellbar sind. Dies wirkt sich insbesondere bei Anwendungen wie z. B. Drehmomentschlüsseln nachteilig aus.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die bekannte Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß trotz der Möglichkeit, in beiden Antriebsrichtungen unterschiedlich begrenzte Drehmomente aufzunehmen, die Vorrichtung kleiner und leichter gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elastische Einrichtung ein axial angeordneter Torsionsstab ist, der an seinem einen Ende mit dem Reibelement und an seinem anderen Ende mit der angetriebenen Welle verbunden ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Reibelement zwei Sätze Gleitschuhe aufweist, die mit der zylindrischen bzw. inneren Oberfläche der angetriebenen Welle zusammenwirken.

Aus der DT-PS 6 27 353 ist zwar bereits eine Rutschkupplung bekannt, bei der in einem Gehäuse vorgespannte Spreizringe angeordnet sind, die bei Überlastung der Kupplung im Gehäuse schleifen und so das Drehmoment begrenzen. Derartige Spreizringe sind jedoch in Verbindung mit der Erfindung ungünstig, da eine Einstellung auf verschiedene Drehmomente bei ihnen kaum möglich ist.

Bei weiteren Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, daß der Torsionsstab Verstelleinrichtungen aufweist, um die angewandte Torsionskraft durch Veränderung des Torsionswinkels des Torsionsstabes zu regeln, und daß als Verstelleinrichtung zwei auf dem Torsionsstab und den ihn umgebenden Reibelement angeordnete Reihen von öffnungen vorgesehen sind.

Bei einem aus der CH-PS 5 22 145 bekannten Antriebsmechanismus ist zwar bereits eine Schraubenfeder vorgesehen, deren Spannung durch Einstecken ihrer Enden in verschiedene Löcher einer Lochreihe eingestellt wird. Bei den vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung wird jedoch der die Torsionskraft aufnehmende Torsionsstab durch Veränderung des Torsionswinkels eingestellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 und 2 einen axialen Schnitt entlang der Linie H-II der F i g. 3 und einen Querschnitt entlang der Linie IH-HI der Fig.2 mit einem Torsionsstab als elastische Einrichtung,

Fig.3 in einem Axialschnitt eine andere Ausführungsform der Vorrichtung zur Drehmomentbegrenzung,

F i g. 4 und 5 eine Variante der Ausführungsform der Fig.4 mit einer in Vergrößerung dargestellten geschlitzten Röhre und einem Torsionsstab, der mit dieser Röhre zusammenwirkt,

F i g. 6 ein Diagramm, das die Wirkung der Vorrichtung zur Drehmomentbegrenzung darstellt,

F i g. 7 in einem axialen Schnitt eine andere Ausführungsform der F i g. 4, wobei die Regulierung des »Ausgangs«-Drehmoments durch eine Mutterschraube

bewirkt wird,

Fig.8 in einem Axialschnitt eine weitere Ausfiihrungsform der Vorrichtung zur Drehmomentbegrenzu ng.

Aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß die angetriebene Welle von einer Röhre M gebildet wird, die an einem Ende durch einen Körper B mittels einer Kupplung mitgenommen werden kann. Mit P sind die gleichlaufenden Anschläge der Röhre Meingezeichnet, mit Sdie Gleitschuhe, die im Schnitt doppelkonisch sind und mit den entsprechend gestalteten Oberflächen in dem Teil ϋzusammenwirken. Die elastische Einrichtung besteht aus einem Torsionsstab 2, dessen eines Ende oder sein Kopf TE gegenüber der Kupplung Anschläge Q besitzt, die die; elastische Kraft auf die Gleitschuhe S ausüben, während das andere Ende des Torsionsstabes 2 in U an dem entsprechenden Ende der Röhre M befestigt ist.

Da die Befestigung in Ugemeinsam mit der von dem Torsionsstab 2 bestimmten Torsion dreht, werden zwei Reihen der Gleitschuhe S durch den elastischen Stab zwischen den Anschlägen Fund Qzusammengedrückt.

Die Anschläge Q des Kopfteils TE greifen durch entsprechende Schlitze /der Röhre Mhindurch.

An dem anderen Ende, bei U, endet der Torsionsstab

2 in Form eines Vierkantes 5, der durch den Ring LJ hindurchgreift, wobei der Ring U mit einem Stift G festgemacht ist, der in eines der verschiedenen in der Röhre M vorgesehenen Löcher eingreift. Man hat auf diese Weise die Möglichkeit, bequem den gewählten Torsionswert zu bestimmen, also auch den Drehmomentgrenzwert.

Dieser Vierkant 5 dient auch dazu, eine in der Zeichnung nicht dargestellte Hülse aufzunehmen, die der Form der Mutter oder Schraube, die gespannt oder gelöst werden soll, angepaßt ist, während der Körper B wenigstens ein Loch 6 aufweist, in welches ein Bedienungsstab eingeführt werden kann. Man erhält auf diese Weise ein Werkzeug, das man spannen oder lösen kann, wobei das Drehmoment über das Loch 6 aufgebracht, dann auf den Vierkant 5 übertragen wird, ein Werkzeug, das einfach ist und nur Vorteile aufweist, insbesondere den, daß es für das Lösen einen höheren Drehmomentgrenzwert besitzt als für das Spannen.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausgestaltung sind die Gleitschuhe S der F i g. 1 und 2 durch ein schraubenförmiges Band 1 ersetzt und die elastischen Mittel werden von einem Torsionsstab 2 gebildet, an dessen Enden, bei

3 und 4, die entsprechenden Enden des Bandes 1 angeienktsind.

Der Torsionsstab 2 muß in seiner Arbeitsstellung um einen bestimmten Winkel α gedreht werden, wobei er dann auf das Band t ein Drehmoment K<x ausübt, das hier das Ausgangsmoment Γ darstellt, das auch nach Belieben geregelt werden kann, sei es, daß man den Winkel α ändert, sei es, daß man K modifiziert, der den Koeffizienten der Steifigkeit des Torsionsstabes bildet.

Um das Band 1 in den Körper B einfügen zu können, genügt es, durch eine vorläufige Veränderung des Winkels « das Band 1 durch Torsion vorübergehend einzuengen, d. h. seinen äußeren Durchmesser zu vermindern, wodurch man es in die Röhre B einfügen kann. Man läßt es dann wieder anschwellen und seinen normalen Umfang einnehmen mit dem Winkel α zu dem gewünschten Wert.

Es ist zu bemerken, daß der Körper B auch innen und das Band 1 außen angeordnet werden kann, eine Lösung, die besonders vorteilhaft bei gewissen Anwendungsformen sein kann, wenn es nötig ist, auf bequeme Weise eine Abkühlung im Inneren der Röhre flmit Hilfe von Ventilatoren oder mittels der Durchleitung von Kühlflüssigkeit herbeizuführen.

In den Fig.4 und 5 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der mehrere schraubenförmige Bänder vorgesehen sind, die untereinander winkclmäßig versetzt angeordnet sind, z.B. drei um 120° versetzte Bänder, was leicht dadurch erreicht werden kann, daß man in einer Röhre 7 versetzt zueinander schraubenförmige Schlitze 81,82,83 anbringt.

Die beiden Enden 9, 10 dieser Röhre mit den Aussparungen bilden Befestigungsringe, auf welche die elastischen Kräfte Ader Torsion einwirken.

Wenn z. B. ein Torsionsstab 2 im Innern verwendet wird, sind die Enden 11 und 12 des Torsionsstabes 2 an den Ringen 9 und 10 befestigt, mit Nasen oder Stiften, Befestigungsmitteln, die einerseits in entsprechende Löcher 13 und S4, andrerseits in die Löcher 15 und 16 der Teile eingeführt werden.

Zum Regeln der Spannung « wird die Zahl der Löcher 13, 14 bzw. 15, 16 wenigstens an einem Ende der Vorrichtung verschieden gewählt. So können, wie das in den F i g. 4 und 5 dargestellt ist, sieben Löcher 13 für die Röhre und zwei Löcher 14 für den Stab vorgesehen sein oder andererseits fünf Löcher 15 für die Röhre und drei Löcher 16 für den Stab. Man kann auf diese Weise mehrere Formen des Zusammenbaus verbinden mit einer entsprechenden Abstufung der daraus folgenden Torsionswinkel α, jedoch mit sehr kleinen Schritten im Hinblick auf den Nonius(Vernier)-Effekt an den beiden Enden.

Es ist in jedem Falle bei einer solchen Bauart nicht erforderlich, daß die schraubenförmigen Bänder elastisch sind. Es ist die tangentiale Spannung /?, die von dem Torsionsstab 2 (oder von allen anderen elastischen Mitteln) übertragen wird, die den Druck gegen die Oberflächen der Bohrung in dem Körper B sicherstellt, z. B. für den äußeren Körper.

In der Praxis, und insbesondere im Hinblick auf das, was zu der F i g. 3 gesagt worden ist, kann das Reibelement wie die Röhre 7 mit schraubenförmigen Schlitzen auf dem Torsionsstab 2 montiert und auf diesem mit dem gewünschten Winkel α befestigt werden, wodurch eine radiale Verformung des Ganzen hervorgerufen wird. Um sodann das Ganze in den röhrenförmigen Körper ß(so die in der F i g. 3) einfügen zu können, muß man zunächst den Durchmesser vermindern, was dadurch geschieht, daß man zunächst eine zusätzliche Torsion doc des Torsionsstabes 2 herbeiführt. Diese Maßnahme wird dadurch erleichtert, daß an den Enden des Torsionsstabes 2 ein Vierkant 5 und ein Loch 6 vorgesehen sind, mit deren Hilfe man durch Werkzeuge die Torsion herbeiführen kann. Nachdem die Röhre 7 auf diese Weise in den Körper B eingeführt ist, löst man diese und erreicht auf diese Weise die Fertigstellung des Ganzen.

In bestimmten Fällen soll eine Möglichkeit der Regulierung der axialen Länge der Reibelemente vorgesehen sein, besonders, wenn man ebenso die Konstante Kx regeln will, d. h. das Ausgangsdrehmoment.

Das Schema der Fig.6 zeigt ein Dreieck, das ein Band beim Ablauf auf einer Ebene darstellt.

Die eine der Seiten A_u A₂ stellt die Länge L des eingerollten Bandes dar. Die Seite A\, A3 stellt die Länge der Einrollgänge um die Oberfläche der aufnehmenden Röhre dar, die dazu bestimmt ist, mit dem Band

zusammenzuwirken, sei es die Länge na (z. B. zwei vollständige Kreisumfänge). Die Seite A₂, A₃ stellt schließlich die axiale Länge a des Bandes dar.
In dem Rechteck besteht konstant:

Daraus folgt, daß man, wenn man a variiert, auf ω einwirken kann, d.h. auf den Einrollwinkel oder die radiale Aufschwellung.

Daher kann der Torsionsstab einen viereckigen Abschnitt aufweisen, auf dem in Längsrichtung zwei Ringe mit viereckigem Loch gleiten können, auf denen die Enden der flexiblen Bänder befestigt oder angelenkt sind. Eine Regelung des Faktors a erlaubt also auch den Faktor ω zu regeln, ebenso aber auch «, oder eine entsprechende Regelung des Ausgangsdrehmoments Γ = Koc. Eine Verkürzung von a hat also insbesondere die Wirkung, daß ω vermehrt wird.

Die F i g. 7 zeigt eine Ausgestaltung mit Mitteln zur Regelung der axialen Länge a.

Bei dieser Ausführungsform hat der Torsionsstab 2 in seiner ganzen Länge ein viereckiges Profil, mit Ausnahme seines Endes 17, das ein Gewinde enthält, um eine Regulierungsschraube 18 aufzunehmen, gestützt auf einen Gleitring 19.

Das oder die schraubenförmigen Elemente 1 sind an ihren nicht dargestellten Enden an Ringen 19 und 20 befestigt und angelenkt, wobei der Ring 20 mit dem Torsionsstab 2 durch einen Stift 21 verbunden ist.

Die Regelung des »Ausgangsdrehmoments« geschieht wie folgt:

Man geht zunächst davon aus, daß das Band 1, da es noch nicht gespannt ist, und der Torsionsstab 2 in die Röhre B eingeführt werden können. Dabei ist der unter 22 dargestellte Ring, der ein Abspannring ist, noch weggenommen.

Man verbindet dann vorläufig den Ring 19 mit der Röhre B, z. B. indem man die Löcher 23 des Stabes mit den entsprechenden Löchern 24 der Röhre B zusammenbringt und das Ganze mit Stiften verbindet.

Nachdem das geschehen ist, benutzt man einen Sechskant-Rohrschlüssel an dem viereckigen Ende 25 des Torsionsstabes 2 und übt die Torsionskraft in gewünschtem Umfange zwischen der Röhre B und dem Torsionsstab 2 aus, wodurch ein Zusammenziehen des Bandes verursacht wird.

Es bleibt dann nur noch übrig, die Distanz a zu bestimmen, indem man die Schraubenmutter 18 spannt, bis, infolge der Verminderung der Entfernung a, die Spiralwindungen des Bandes 1 sich erweitern und damit in Berührung mit der inneren Oberfläche der Röhre B kommen. In diesem Augenblick ist das dem Band mitgeteilte Drehmoment der Torsion, d.h. das Aus-

io" gangsdrehmoment, erreicht, und man kann das Ganze wieder freigeben.

Man braucht dann nur die vorerwähnten Stifte wieder zu entfernen und das Band 1 und den Torsionsstab 2 axial wieder auf seinen Platz bringen, wobei der

is Abspannring 22 wieder auf seinem Platz ist.

Die F i g. 8 stellt eine andere Ausführungsform dar, bei der die Regulierungsschraube 18 in die Röhre B eingeschraubt ist und es ermöglicht, die axiale Länge des Schraubenkörpers 1 (Länge a der Fig.5) durch

ϊο Operationen ähnlich denen, wie sie in der Fig.7 dargestellt sind, zu regulieren.

Es sei bemerkt, daß die Schraubenmutter, nachdem sie einmal gespannt ist, in ihrer Stellung durch eine entsprechende Blockierungsvorrichtung (die nicht dargestellt ist) gehalten wird.

Diese Ausführungsart der F i g. 8 ist einfacher als die der F i g. 7, weil der Tornionsstab 2, wie man sieht, von Anfang bis zu seinem Ende ein Vierkantprofil aufweist ohne ein Gewinde. Indessen kann die Berührung mit den Stützen an den axialen Endauflageflächen 16, 27 unter Umständen die Präzision des Gleitmoments beeinträchtigen, sofern nicht besondere Sicherungsmaßnahmen wie Anschläge mit Kugellager oder Rollen vorgesehen sind.

Diese Sicherungsmaßnaiimen, die eine gewisse Verteuerung nach sich ziehen können, könnten sich aber in gewissen Fällen als notwendig erweisen.

Eine andere Variante besteht darin, ein Reibelcment vorzusehen, das einen inneren zylindrischen Drehstab berührt, wobei die Torsion durch eine äußere Sprungfeder erreicht wird, mit entsprechenden übergeordneten Vorrichtungen zur Regelung der axialen Ausdehnung, d. h. der axialen Länge a der Einrollung.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Vorrichtung zur Drehmomentbegrenzung, die zwischen einer antreibenden und einer dazu koaxialen angetriebenen Welle angeordnet und in zwei entgegengesetzten Richtungen antreibbar ist, wobei der Antrieb über zwischengeschaltete Reibungseinrichtungen erfolgt, die wenigstens ein mit der antreibenden (oder der angetriebenen) Welle '° verbundenes Reibungselemeni aufweisen, das an einer inneren Fläche der angetriebenen (oder der antreibenden) Welle anliegt und mit einem Ende direkt mit der antreibenden Welle verbunden ist, während es mit dem anderen Ende über eine '5 elastische Einrichtung mit der antreibenden Welle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Einrichtung ein axial angeordneter Torsionsstab (2) ist, der an seinem einen Ende mit dem Reibelement (S; 1; 7) und an seinem anderen «> Ende mit der angetriebenen Welle (M, B) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibelement zwei Sätze Gleitschuhe (S) aufweist, die mit der zylindrischen bzw. inneren Oberfläche der angetriebenen Welle (B) zusammenwirken.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsstab (2) Verstelleinrichtungen (C₁ U, M; 13, 14, 15, 16) aufweist, um die angewandte Torsionskraft durch Veränderung des Torsionswinkels des Torsionsstabes (2) zu regeln.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstelleinrichtung zwei auf dem Torsionsstab (2) und den ihn umgebenden Reibelement (7) angeordnete Reihen von öffnungen (13,14, 15,16) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem schraubenförmigen Band als Reibelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (1) an seinen Enden mit zwei Ringen (19, 20) verbunden ist, die mit dem Torsionsstab (2) in Eingriff stehen, wobei mindestens ein Ring (19) gleitend auf dem Torsionsstab gelagert ist, und daß eine Schraubeinrichtung (18) zur Verschiebung dieses beweglichen Ringes zur Veränderung der axialen Länge der Einrollung des Bandes vorgesehen ist.