DE2529985B2 - Drehmomentbegrenzer - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Drehmomentbegrenzer zur Übertragung eines Drehmomentes von einer Antriebswelle auf ein diese umgebendes hülsenförmiges Abtriebselement, das insbesondere als Förderrolle ausgebildet ist, mit mindestens einem in radialer Richtung elastischen, frei drehbar angeordneten kreiszylindrischen Kupplungselement zwischen Antriebswelle und Abtriebselement, welches sieb auf einer vieleckigen Oberfläche eines der miteinander zu kuppelnden Teile mit Druck abstützt und bei Überschreitung eines vorbestimmten Drehmomentes federnd auszuweichen vermag.

Ein Drehmomentbegrenzer kann insbesondere als Kupplung zum Antrieb einer Förderrolle von einer Antriebswelle her eingesetzt werden. In einem Fördersystem sind eine oder mehrere Rollen im allgemeinen angetrieben, während eine Vielzahl tragender und führender Rollen für das Förderband nur einfach frei drehbar gelagert sind. Bei einer Transporthemmung der geförderten Gegenstände kann eine Beschädigung dieser Gegenstände auf dem Förderband, des Förderbandes selbst oder des Antriebsmechanismus auftreten, wenn das Förderband laufend weiter angetrieben wird. Deshalb ist eine sofortige Stillsetzung des Förderers zu fordern, und zwar entweder durch manuelle Betätigung von Bedienungselementen, wobei eine Bedienungsperson dauernd zugegen sein muß, oder durch eine automatische Vorrichtung, um die Beschädigung der Gegenstände auf dem Förderband oder des Förderers selbst oder auch Verletzungen von Personen zu vermeiden. Dies ist nur einer von vielen Anwendungsfällen, bei denen ein Drehmomentbegrenzer eingesetzt werden muß. Die bisherigen Vorrichtungen in Form von Rutschkupplungen, automatischen Drehmomenlbegrenzern und anderen automatischen Abschaltevorrichtungen sind aber ziemlich kompliziert aufgebaut und daher kostspielig.

Bei einem bekannten Drehmomentbegrenzer (US-PS 32 04 430) sind zwischen einem inneren Antriebselement und einem äußeren, eine elastisch nachgiebige Oberfläche aufweisenden Abtriebselemcnt formstabile, walzenförmige Kupplungselemente angeordnet, die in Walzenkäfigen geführt sind. Durch die Führung der walzenförmigen Kupplungselemente sind bei Überschreitung eines vorbestimmten Drehmoments Reibungsverluste zwischen den Kupplungselementen und den Antriebs- bzw. Abtriebselementen nicht auszuschließen. Außerdem ist diese bekannte Konstruktion relativ kompliziert und kostspielig.

Bei einem weiteren bekannten Drehmomentbegrenzer (DL-PS 74 679) sind zwischen einem z. B. vieleckigen Antriebselement und einem äußeren Abtriebselement mehrere rollenförmige Kupplungselemente angeordnet. Die Kupplungselemente besitzen innere und äußere formstabile Hülsen, zwischen denen sich ein elastisch nachgiebiges Material befindet. Die Kupplungselemente sind über die inneren Hülsen sowie über mit den inneren Hülsen verbundene Bolzen an seitlichen Lagerscheiben gelagert, die unmittelbar mit dem Abtriebselement verbunden und gegenüber dem Antriebselement frei drehbar sind. Bei Überschreitung eines vorbestimmten Drehmoments erfolgt eine radiale Verschiebung der äußeren Hülse des Kupplungselements gegenüber seiner inneren Hülse, womit ein Abrollen auf der Oberfläche des Antriebselementes ermöglicht wird. Auch diese Ausführung ist mit einem erhöhten konstruktiven Aufwand verbunden und verhindert nicht Reibungsverluste zwischen dem Kupplungselement und den Antriebs- bzw. Abtriebselementen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen einfachen Drehmomentbegrenzer zu schaffen, der die eingangs genannten Forderungen voll erfüllt, jedoch billig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Kupplungselement nur aus elastischem Material besteht, dessen unbelasteter Durchmesser größer ist als der größte Abstand zwischen der Umfangsfiäche des Teiles der Antriebswelle zwischen Lagern und der Innenwandung des Abtriebselementes.

Ein Drehmomentbegrenzer nach der Erfindung stellt eine einfach aufgebaute Kupplung dar, die besonders vorteilhaft zwischen einer Förderrolle und einer Antriebswelle anzuordnen ist. Er verhindert automatisch einen Schaden, wenn durch eine Transporthemmung oder durch ein Hindernis die Bewegung eines Förderbandes verzögert oder stillgesetzt wird. Ferner wird es durch die Erfindung möglich, eine Vielzahl von Antriebsrollen für ein Fördersystem vorzusehen, deren jeweiliges Drehmoment individuell den Belastungsbedingungen und Antriebsleistungsschwankungen angepaßt werden kann. Dabei ist es auch möglich, Änderungen der Antriebsgeschwindigkeit von einer Antriebswelle zur nächsten auszugleichen. Die Erfindung erlaubt auch eine spezielle Anpassung des Drehmomentübertragungsfaktors der Kupplung abhängig von den physikalischen Abmessungen eines Kupplungszwischenelements und von dessen Elastizität. Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung werden Abrollkräfte zur Drehmomentbegrenzung ausgenutzt, und im ausgekuppelten Zustand treten keine Gleit- oder Reibungsflächen oder eine Verkopplung bzw. Entkopplung von Kupplungselementen in Funktion, wie dies allgemein bei den bisher bekannten Vorrichtungen der Fall ist. Ein Drehmomentbegrenzer nach der Erfindung ist einfach aufgebaut und enthält nur ein einziges

■ faches Zwischenelement. Zur Drehmomentübertrae arbeitet er unter Ausnutzung praktisch derselben

!"zelteile wie z. B. einer Förder-Antriebsrolle oder

Ii",_aufender Lagerelemente bzw. Förderrollen. Anwendungsfälle der Erfindung ergeben sich aus der .s

f leenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Inhand der Figuren. Es zeigt

pig 1 eine perspektivische Darstellung emes Drehomentbegrenzers nach der Erfindung in Verbindung

^m. |_ner Förder-Antriebsrolle, wobei auch der Innei- io

raum dargestellt ist,
pie 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach

Cjg J,

pig.3 und 4 jeweils einen vergrößerten Querschnitt <j_er Vorrichtung nac'.i Fig. 1 und 2 für den Fall der 15 Drehmomentübertragung und

pig.5 und 6 vergrößerte Querschnitte der Vorrichnach F i g. 1 und 2 für den Fall der Drehmomentbe-

^ In Fig. 1 und ² '^{st em} Drehniomen'begrenzer 20 dargestellt, der als Kupplung für eine Rolle, beispielsweise für eine Förder-Antriebsrolle arbeitet. Die Rolle besteht aus einem hülsenförmigen Element 10, welches anjedem Ende an einem scheibenförmigen Abschlußelement 12 gehalten ist. Dieses besteht beispielsweise 25 aus dem Außenring eines Lagers 13, z.B. eines Rollenlagers, Kugellagers, Nadellagers oder Gleitlagers, dessen Innenring 14 auf einer Antriebswelle 16 angeordnet ist, welche axial innerhalb des hülsenförmigen Elements lö angeordnet ist. Auf diese Weise kann 30 sich das hülsenförmige Element 10 frei in beiden Richtungen unabhängig von der Antriebswelle 16 drehen. Wird diese Anordnung als Teil eines Förderers eingesetzt, so kann die Rolle das nicht dargestellte Förderband tragen und führen. Mehrere derartige Rollen sind dabei normalerweise in einem Förderrahmen (nicht dargestellt) angeordnet.

Das hülsenförmige Element 10, also das Abtriebselement, ist an seinen Lagern 13 befestigt, beispielsweise kann' der Außenring 13 eines jeden Lagers am jeweiligen Ende des Abtriebselements 10 eingepreßt, verschweißt oder verklebt sein, und die Antriebswelle 16 die im dargestellten Ausführungsbeispiel einen vieleckigen bzw. sechseckigen Querschnitt hat, ist durch die zentrale Bohrung 18 des Innenrings 14 des jeweiligen Lagers 13 geführt. Zur Haltung der Antriebswelle 16 gegen eine Längsverschiebung relativ zum jeweiligen Innenring 14 kann beispielsweise ein Querstift oder ein anderes Befestigungselement vorgesehen sein.

Wie aus Fig. 1 und 3 bis 6 hervorgeht, ist ein längliches und zylindrisches Element 20 in den. Raum 22 angeordnet, der zwischen der Innenwandung 24 des Abtriebselements 10 und der Umfangsfläche der Antriebswelle 16 gebildet ist. Das längliche und zylindrische Kupplungselement 20 hat einen Außendurchmesser, der größer als der größte Abstand zwischen der Umfangsfläche der Antriebswelle 16 und der Innenwandung 24 des Abtriebselements 10 ist. Dieser größte Abstand entspricht dem Abstand, der zwischen der Mitte einer flachen Fläche 26 der Antriebswelle 16 und der Innenwandung 24 des Abtriebselements 10 längs eines Radius der Antriebswelle 16 bzw. des Abtriebselements 10 vorliegt. Das längliche Kupplungselement 20 besteht aus einem .|_a°.:.„},»« _urh niirh<»iehigen Material, wie z. B. Gummi, Polyester! Polyäthyten, Polypropylen, Polystyrol u. ä. Es kann ferner auch aus einem Stab aus solchem Matenal hergestellt sein, vorzugsweise hat es jedoch die dargestellte Röhrenform.

Die Antriebswelle 16 wird normalerweise in Richtung des Pfeils 28 gedreht, beispielsweise durch einen elektrischen Getriebemotor u.a. (nicht dargestellt). Dabei wird das Abtriebselement 10 in derselben Richtung (F i g. 3) angetrieben, solange das zum Antrieb des Abtriebselements 10 erforderliche Drehmoment nicht einen vorbestimmten Wert überschreitet. Der Antrieb zwischen der Antriebswelle 16 und dem Abtriebselement 10 erfolgt über das längliche, elastische Kupplungselement 20, welches dabei zwischen einer flachen Fläche 26 der Antriebswelle 16 und der Innenwandung 24 des Abtriebselcments 10 zusammengedrückt wird. Es wirkt wie ein elastischer Keil zwischen der Fläche 26 und der Innenwandung 24 des Abtriebselements 10. Je größer die auf das Abtnebselement 10 einwirkende und der Drehung entgegenwirkende Belastung ist, um so mehr wird das Kupplungselement 20 zusammengedrückt und im Gegenuhrzeigersinn durch Abrollen verlagert. Dabei kommt es einer Ecke 30 zwischen zwei benachbarten flachen Flachen 2b der Antriebswelle 16 näher, wie es in F i g. 4 dargestellt ist Bei sehr geringer Belastung oder auch bei erhöhter Belastung, die den Grenzwert des Drehmoments der Kupplung nicht Überschreitet, drehen sich die Antriebswelle 16 und das Abtriebselement 10 gemeinsam. Sobald jedoch die Belastung des Abtriebselements 10 den Grenzwert überschreitet, was beispielsweise durch eine Transporthemmung eines Fördersystems oder durch eine anderweitige Hemmung des Abtriebselements 10 verursacht werden kann, rollt das längliche, elastische zylindrische Kupplungselement 20 über die Ecke JU zwischen zwei benachbarten Flächen 26 der Antriebswelle 16 hinaus, wodurch die Antriebswelle 16 sich ohne Antrieb des Abtriebselements 10 weiterdrehen kann, wenn die Belastung des Abtriebselements 10 den erhöhten Wert beibehält. Bei völliger Stillsetzung, d. h. bei Sperrung des Abtriebselements 10 gegen eine Drehung, dreht sich die Antriebswelle 16 durch den ihr zugeordneten und nicht dargestellten Antriebsmechanismus weiter, und das Kupplungselement 20 rollt in dem Raum 22 zwischen der Umfangsfläche der Antriebswelle 16 und der Innenwandung 24 des Abtriebselements 10 ab. Es dreht sich dabei um seine Achse in Richtung des in F i g. 5 und 6 gezeigten Pfeils 32 Während seines Abrollens zwischen der Umfangstiache der Antriebswelle 16 und der Innenwandung 24 des Abtriebselements 10 durchläuft das Kupplungselement 20 aufeinanderfolgende Phasen maximaler und minimaler radialer Kompression, wenn es über die Ecken J« und die mittleren Bereiche der flachen Flachen 26 der Antriebswelle 16 rollt. Diese Zustände sind in F1 g. 5 und 6 gezeigt. Sobald das Abtriebselement 10 wieder mit der Antriebswelle 16 gekoppelt wird, stellt sich automatisch wieder der Antriebszustand für das Abtnebselement

ein

n.

Das Abtriebselement 10 ist in den Figuren zwar mit einer zylindrischen Innenbohrung 24 dargestellt Es ist jedoch auch möglich, die Antriebswelle 16 mit einer kreisrunden zylindrischen Umfangsfläche zu versehen und an der Innenseite des Abtriebselements 10 eine vieleckige Fläche vorzusehen.

Das durch den Drehmomentbegrenzer übertragene Drehmoment kann durch die physikalischen Abmessungen und durch die Elastizitätseigenschaften des Kupplungselements 20 auf einen vorgegebenen Grenzwert eingestellt werden. Für einen gegebenen Durch-

S"

messer und ein gegebenes Material des Kupplungselements 20 wird der Grenzwert des durch die Kupplung zu übertragenden Drehmoments als Funktion der Länge des Kupplungselements erhöht. Das übertragene Drehmoment kann somit in einfacher Weise durch Kupplungselemente unterschiedlicher Länge variiert werden. Durch Verwendung eines Kupplungselements 20 der dargestellten Form ist der Grenzwert des übertragenen Drehmoments bei konstantem Durchmesser und konstanter Länge ferner eine Funktion der Wanddicke dieses Kupplungselements für ein gegebenes Material. Abweichend von einem einzigen Kupplungselement 20, welches in den meisten Fällen ausreicht, kann auch eine Anordnung zweier oder mehrerer Kupplungselemente vorgesehen sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Drehmomentbegrenzer zur Übertragung eines Drehmomentes von einer Antriebswelle auf ein diese umgebendes hülsenförmiges Abtriebselement, das insbesondere als Förderrolle ausgebildet ist, mit mindestens einem in radialer Richtung elastischen, frei drehbar angeordneten kreiszylindrischen Kupplungselement zwischen Antriebswelle und Abtriebs- ·° element, welches sich auf einer vieleckigen Oberfläche eines der miteinander zu kuppelnden Teile mit Druck abstützt und bei Überschreitung eines vorbestimmten Drehmomentes federnd auszuweichen vermag, dadurch gekennzeichnet, >5 daß das Kupplungselement (20) nur aus elastischem Material beiteht, dessen unbelasteter Durchmesser größer ist als der größte Abstand zwischen der Umfangsfiäche des Teiles der Antriebswelle (16) zwischen Lagern (13) und der Innenwandung (24) des Abtriebselementes (10).

2. Drehmomentbegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungselement (20) in Abhängigkeit von dem maximal zu übertragenden Drehmoment eine von der axialen Länge der ^5 Antriebswelle (16) sowie des Abtriebselementes (10) unterschiedliche Länge aufweist.