DE2441218C3 - Vorrichtung zur Drehmomentbegrenzung - Google Patents
Vorrichtung zur DrehmomentbegrenzungInfo
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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 antreibenden (oder der angetriebenen) Welle verbundenes Reibungselement 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 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. Dref>momentschlüsseln nachteilig aus.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die bekannte Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß trotz der
Möglichkeit, in beiden Antriebsrichtungen unterschiedlich begrenzte Drehir>omente 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-Il der F i g. 3 und einen Querschnitt entlang der Linie IH-III der Fig.2 mit einem Torsionsstab als elastische
Einrichtung,
Fig.3 in einem Axialschnitt eine andere Ausführungsform der Vorrichtung zur Drehmomentbegrenzung,
Fig.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,
Fig.6 ein Diagramm, das die Wirkung der Vorrichtung zur Drehmomentbegrenzung darstellt,
Fig. 7 in einem axialen Schnitt eine andere Ausführurigiform der F i g. 4, wobei die Regulierung des
»Ausgangs«-Drehmoments durch eine Mutterschraube
bewirkt wird,
Fig.8 in einem Axialschnitt eine weitere Ausführungsform
der Vorrichtung zur Drehmomentbegrenzung.
Aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, daß die S 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 M eingezeichnet, mit Sdie Gleitschuhe, die im Schnitt doppelkonisch sind
und mit den entsprechend gestalteten Oberflächen in dem Teil Bzusammenwirken. 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 5
ausüben, während das andere Ende des Torsionsstabes 2 in U an dem entsprechenden Ende der Röhre M
befestigt ist.
Da die Befestigung in U gemeinsam mit der von dem Torsionsstab 2 bestimmten Torsion dreht, werden zwei
Reihen der Gleitschuhe 5 durch den elastischen Stab zwischen den Anschlägen Fund Q zusammengedrückt.
Die Anschläge Q des Kopfteils TE greifen durch
entsprechende Schlitze Jder Röhre Mhinduich.
An dem anderen Ende, bei U, endet der Torsionsstab
2 in Form eines Vierkantes 5, der durch den Ring U
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 loser»
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 angelenkt sind.
Der Torsionsstab 2 muß in seiner Arbeitsstellung um einen bestimmten Winkel α gedreht werden, wobei er
dann auf das Band 1 ein Drehmoment Ka. ausübt, das hier das Ausgangsmoment Γ darstellt, das auch nach
Belieben geregelt werden kann, sei es, daß man den Winkel et ändert, sei es, daß man K modifiziert, der den
Koeffizienten der Steifigkeit des Torsionsstabes bildet.
Um das Band I in den Körper B einfügen zu können, genügt es, durch eine vorläufige Veränderung des
Winkels λ 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 * zu dem
gewünschten Wert. 6J
Es ist zu bemerken, daß der Körper B auch innen und
das Band 1 auCen 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 B mit 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 winkelmäßig 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 8), 82,83 anbringt.
Die beiden Enden 9, 10 dieser Röhre mit den Aussparungen bilden Befestigungsringe, auf welche die
elastischen Kräfte Λ der Torsion einwirken.
Wenn z. B. ein Torsionsstab 2 im Innern verwendet wird, sind die Enden U und 12 des Torsionsstabes 2 an
den Ringen 9 und 10 befestigt, mit Nasen oder Stiften, Befestigungsmitteln, die einerseits in entsprechende
Löcher 13 und 14, andererseits in die Löcher 15 und 16 der Teile eingeführt werden.
Zum Regeln der Spannung λ wird die Zahl der Löcher
13, 14 bzw. 15, 16 wenigstens ?-. einem Ende der Vorrichtung verschieden gewählt. Sc 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)-Effrkt an den beiden
Enden.
Es ist in jedem Falle bei einer solchen Bauart nicht erforderlich, daß die schraubenförmigen Bänder elastisch
sind. Es ist die tangential Spannung R, 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 3uf das, was zu der F i g. 3 gesagt worden ist, kann das
Reibelement wie die Röhre 7 mit schraubenförmigen Sfblitzen auf dem Torsionsstab 2 montiert und auf
diesem mit dem gewünschten Winkel <x befestigt werden, wodurch eine radiale Verformung des Ganzen
hervorgerufen wird. Um sodann das Ganze in den röhrenförmigen Körper ö(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 dtx des Torsionsstabes 2
herbeiführt. Diese Maßnahme wird dadurch erleichtert, daß an den Enden des Torsionssiabes 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 Kot π geln will, d.h. das Ausgangsdrehmoment.
Das Schema der F i g. 6 zeigt ein Dreieck, das ein Band beim Ablauf auf einer Ebene darstellt.
Die eine der Seiten A\, A2 stellt die Länge L des
eingerollten Bandes dar. Die Seite A11A3 stellt die Länge
der Einrollgänge uwi die Oberfläche der aufnehmenden
Röhre dar, die dazu bestimmt ist, mit dem Band
zusammenzuwirken, sei es die· Länge no {/.. B. zwei vollständige Kreisumfänge). Die Seite Ai. A) stellt
schließlich die axiale Länge a des Bandes dar.
In dem Rechteck besteht konstant:
In dem Rechteck besteht konstant:
Daraus folgt, daß man, wenn man a variiert, auf o)
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 <x, oder eine
entsprechende Regelung des Ausgangsdrehmoments P=KiX. Eine Verkürzung von a hat also insbesondere
die Wirkung, daß ω vermehrt wird.
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 ßund 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 Ausgangsdrehmoment, 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 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 Srhraiihenkftrners 1 (Länge a der Fig.5) durch
jo 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 Torsionsstab 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 Sicherungsmaßnahmen, die eine gewisse Verteuerung nach sich ziehen können, könnten sich aber
in gewissen Fällen als notwendig erweisen.
Eine andere Variante besteht darin, ein Reibelement 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 (5)
1. 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 «o
verbundenes Reibungselement 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 Ober 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 (5; 1; 7) und an seinem anderen to Ende mit.Her 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. *5
inneren Oberfläche der angetriebenen Welle (B) zusammenwirken.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionssiab (2) Verstelleinrichtungen (G, U, M; 13, 14, 15, 16) aufweist, um
die angewandte Torsionskraft durch Veränderung des Torsionswinkels des Torsionsstabes (2) zu
regeln.
4. Vorrichtung nach Ansp. jch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als VersleHeinrichtung zwei auf dem
Torsionsstab (2) und den ihn mgebendcn Reibelement (7) angeordnete Reihen von öffnungen (13,14,
15,16) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem schraubenförmigen Band als Reibelement, dadurch 4»
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 Einroüung des
Bandes vorgesehen ist.
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