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Vorrichtung zur Begrenzung der Vorschubkraft von
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Arbeitsmaschinen.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung der Vorschubkraft
von Arbeitsmaschinen.
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Eine derartige Vorrichtung zur Begrenzung der Vorschubkraft von Arbeitsmaschinen,
die beispielsweise auch als Überlastsicherung angesprochen werden kann, findet z.B.
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bei Verpackungsmaschinen oder bei ähnlichen Einrichtungen Anwendung.
Werden empfindliche Güter bewegt, bei denen damit zu rechnen ist, daß im Arbeitsablauf
eine Störung eintritt, dann ist es notwendig, die Vorschubkraft zu begrenzen, um
eine Beschädigung der Gegenstände zu vermeiden.
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Ein derartiges Problem tritt beispielsweise auf beim Einschieben von
Zigarren in eine Verpackung oder auch eines Schubfaches- mit Zigarren in eine Außenhülle.
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Sind die Gegenstände verhältnismäßig robust, ist es häufig notwendig,
die Vorschubkraft zur Schonung der Maschine bei Störungen zu begrenzen.
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Ein ähnliches Problem tritt bei Sicherheitseinrichtungen auf, also
bei solchen Anordnungen, die die Maschine abschalten oder zum Stillstand bringen,
wenn beispielsweise die Hand der- Bedienungsperson in den Weg eines Bauteils gerät.
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Eine besondere Schwierigkeit bei Überlastsicherungen besteht darin,
daß die zulässige Vorschubkraft u.tJ. -häufig verändert werden muß. Wenn die Maschine
beispielsweise für eine unterschiedliche Zahl von Gegenständen eingesetzt werden
kann, ist die notwendige Vorschubkraft bei einer größeren Anzahl von Gegenständen
naturgemäß größer, als bei wenigen Gegenständen. Kann die zulässige Vorschubkraft
diesen Verhältnissen nicht angepaßt werden, wird sie bei Störungen nicht in der
gewünschten Weise reagieren oder schon bei kleinsten Wider-#ständen zum Stillstand
kommen.
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Ein weiterer Nachteil bekannter vergleichbarer Einrichtungen besteht
darin, daß sie bei Wirksamwerden längere Einrichtzeiten benötigen, bis die Maschine
wieder in Gang gesetzt werden kann. Dies gilt beispielsweise bei solchen Sicherungen,
die mittels eines Scherstiftes arbeiten oder ähnlichen Einrichtungen,die nach der
Lösung wieder neu in Betrieb gesetzt werden müssen.
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Andere Einrichtungen zur Begrenzung einer Vorschubkraft haben den
Nachteil, daß sie nicht schnell genug reagieren bzw. nicht ausreichend darauf Rücksicht
nehmen, daß die Abschaltung der Vorschubkraft, des Antriebsmotors od. dgl., eine
gewisse Zeit benötigt, in der der Vorschub noch wirksam ist. Die Zerstörungen, die
die überlastsicherung verhindern soll, sind dann schon mehr oder weniger eingetreten.
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Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Vorrichtung zur
Begrenzung der Vorschubkraft von Arbeitsmaschinen zu schaffen,di# in weitem Bereich
an die jeweiligen Bedürfnisse anpaßbar ist, die bei einer Überlastung sofort vollständig
wirksam wird und deren Funktion sich während des Betriebes auch nicht durch äußere
Einflüsse unkontrollierbar verändert.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, die Überlastsicherung
so auszubilden, daß sie leicht an vorhandene Arbeitsmaschinen angebaut werden kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine die
Vorschubkraft übertragende Schubstange, die eine Abstufung aufweist, mit einem die
Abstufung umgebenden, die Vorschubkraft weiterleitenden Gehäuse, mit Kugeln, die
vom Gehäuse geführt sind, an der Abstufung anliegen ) und auf die ein unter Federkraft
stehender, vom Gehäuse geführter Druckring einwirkt, wobei bei einer vorbestimmten
Vorschubkraft die Abstufung die Kugeln gegen den Druckring in das Gehäuse verschiebt,
so daß die Abstufung die Kugeln passieren kann.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist immer dann anwendbar, wenn der
Mechanismus der Arbeitsmaschine eine Schubstange aufweist, die die Antriebskraft
überträgt. Diese Schubstange wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ersetzt,
und es ist nur notwendig, die Länge sinngemäß anzupassen.
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Die Erfindung ist aber auch anwendbar, wenn bei der Arbeitsmaschine
eine Schubstange üblicher Abmessungen fehlt. Es genügt, wenn eine Übertragungsstelle
der Vorschubkraft gegeben ist, die die Zwischenschaltung der Vorrichtung gemäß der
Erfindung mit Schubstange und Gehäuse zuläßt. Dies ist im wesentlichen bei allen
rhythmisch arbeitenden Arbeitsmaschinen der Fall.
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Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht
darin, daß je nach der Federkraft, die auf die Kugeln einwirkt, die zulässige Vorschubkraft
weitgehend verändert werden kann. Als besonders günstig hat es sich erwiesen, daß
dann, wenn die Kugeln in das Gehäuse verschoben sind, die Vorschubkraft sofort auf
einen ganz minimalen Wert absinkt, der beträchtlich niedriger ist als die Vorschubkraft
bei normalem Ablauf des Arbeitsganges. Dies ist eine unmittelbare Folge der erfindungsgemäßen
Vorrichtung selbst und hängt nicht ab von der Kraft, die die Maschine selbst aufbringen
kann und auch nicht davon, welche Zeitspanne erforderlich ist, um die Maschine stillzusetzen.
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Umgekehrt kann die erfindungsgemäße Vorrichtung leicht wieder in Funktionsstellung
gebracht werden, nämlich indem die Schubstange so weit zurückgeholt wird, bis die
Kugeln wieder in der Abstufung einrasten können.
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Das Gehäuse schützt alle Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor
Verschmutzung, so daß auch bei rauhem Betrieb die Funktion nicht verändert wird.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist an der Schubstange eine Ringnut
vorgesehen, deren Flanken die Abstufung bilden.
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Zu beiden Seiten der Ringnut ist hierbei die Schubstange gleichartig
ausgebildet. Bei einer Konstruktion dieser Art wird der Vorteil erhalten, daß die
Schubstange in beiden Richtungen, also sowohl beim Schub wie beim Zug, im wesentlichen
gleichartig funktioniert und in beiden Fällen die von der Schubstange übertragene
Kraft begrenzt wird.
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Der Druckring, der die Kugeln gegen die Schubstange hält, kann beispielsweise
auf die Kugeln einen bezüglich der Schubstange radial gerichteten Druck ausüben.
Besser ist es jedoch, wenn der Druckring in Schubstangenrichtung auf die Kugeln
einwirkt, da hierdurch die Anordnung der Federn und der sonstigen Einzelteile der
Erfindung erleichtert wird.
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Bei einer bewährten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Druckring
eine konische Fläche, an der die Kugeln anliegen. Dabei ist die Anordnung derart
getroffen, daß die Kugeln je an einer ebenen Ringfläche des Gehäuses, an der Konus
fläche des Druckringes und an den Flanken der Ringnut anliegen.
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Wenn die Konusfläche des Druckringes einen Winkel von ca.
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450 mit der Schubstangenachse einschließt, werden in beiden Kraftübertragungsrichtungen
der Schubstange im wesentlichen gleichartige Verhältnisse erhalten. Die Ringnut
kann dann im wesentlichen eine symmetrische Gestalt besitzen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die
in das Gehäuse verschobenen Kugeln einen Schalter betätigen. Dieser Schalter kann
beispielsweise dazu dienen, direkt oder indirekt die Maschine abzustellen. Eine
günstige Bauweise wird hierbei dann erhalten, wenn eine Übertragungskugel zwischen
den unter Federdruck stehenden Kugeln und dem Schalter angeordnet wird.
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Die Feder, die die Erfindung verwendet, kann eine Schraubenfeder sein,
die beispielsweise die Schubstange umgibt und im Gehäuse geführt ist. Wesentlich
besser ist es jedoch, als Feder ein Tellerfederpaket zu benutzen. Ein Tellerfederpaket
bietet den Vorteil einer leichten Beeinflussbarkeit der Federungscharakteristik
und insbesondere läßt es sich bei einem Tellerfederpaket erreichen, daß in gewissen
Verformungsbereichen die Federkraft nur wenig ansteigt.Dies hat zur Folge, daß die
übertragbare Kraft genau einstellbar ist und daß unterhalb einer vorbestimmten Kraft
die Vorschubkraft störungsfrei übertragen wird, daß aber schon bei geringfügiger
Überschreitung die Begrenzungseinrichtung wirksam wird.
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Darüber hinaus kann das Tellerfederpaket leicht ausgewechselt werden
gegen Federn anderer Charakteristik und eine Veränderung der Federungs#charakteristik
läßt sich auch schon durch gleichartiges Aufeinanderlegen von mehreren Federn erreichen.
Der Platzbedarf des Tellerfederpaketes ist sehr gering.
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Günstig ist es, wenn sich die Feder bzw. das Tellerfederpaket zwischen
dem Druckring und einem einstellbaren Gewindering abstüt#zt.
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Bei einer bevorzugten Bauweise der Erfindung ist das Gehäuse mit einem
Rohr verbunden, in das das freie Schubstangenende teleskopartig eintaucht. Durch
einen Anschlag am freien Schubstangenende läßt sich die Relativbewegung von Schubstange
und Gehäuse begrenzen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel Mr Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung
und Fig. 2 einen Schnitt durch die Darstellung der Fig. 1 entsprechend der Schnittlinie
II - II.
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Die Schubstange 1 besitzt an ihrem in der Darstellung der Fig. 1 unteren
Ende 15 ein Gewinde, mit dem die Schubstange mit den antreibenden Elementen der
Arbeitsmaschine verbunden ist.
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Am oberen Ende 16 des Rohres 13 befindet sich ein Gewindezapfen 17
zur Verbindung der Vorrichtung mit den über die Schubstange angetriebenen Elementen
der Arbeitsmaschine.
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Der Hauptteil 31 der Schubstange 1 besitzt im wesentlichen eine glatte
Oberfläche und trägt die Ringnut 2, in die die Kugeln 4 einrasten. Wie die Darstellung
der Fig. 2 erkennen läßt, sind sechs Kugeln Lt vorgesehen und die Kugeln sind von
einem Käfig 18 gehalten, der entsprechend der Verteilung der Kugeln die Ausnehmungen
19 besitzt Der Käfig 18 befindet sich innerhalb des Gehäuses 3 in einer entsprechenden
Ausnehmung 20 dieses Gehäuses. Diese Ausnehmung 20 nimmt auch den Druckring 5 auf,
der die konische Fläche 6 trägt. Diese konische Fläche 6 liegt an den Kugeln 4 an,
drückt diese in die Ringnut 2 sowie gegen die Ringfläche 7, welche die Ausnehmung
20 begrenzt.
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Der Druckring 5 ist in dem Gehäuse 3 verschieblich und steht unter
der Wirkung des Tellerfederpaketes 11, das sich über die Zwischenscheibe 21 am Druckring
5 sowie am Gewindering 12 abstützt. Die Hülse 22 dient zur besseren Führung der
einzelnen Tellerfedern des Tellerfederpaketes 11.
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Der Gewindering 12 besitzt am Außenumfang ein Gewinde, welches in
das Innengewinde 23 des Gehäuses eiltgreift.
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Am freien Ende 24 der Schubstange 1 ist ein Anschlag 14 angebracht,
der in der am weitesten nach unten gezogenen Stellung gegenüber dem Gehäuse mit
der Fläche 25 des Gehäuses zusammenwirkt. In der anderen Extremstellung wirkt das
freie Ende 24 der Schubstange 1 mit dem Anschlag 26 am Ende des Rohres 13 zusammen.
Dieses Rohr 13 ist durch den Stift 27 mit dem Gehäuse verbunden Die Mittelachse
der Schubstange 1 ist mit 8 bezeichnet.
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Mittels des Haltebleches 28 ist der Schalter 9 mit dem Gehäuse 3 verbunden
und der Betätigungsknopf 29 wirkt über die Über -tragungskugel 10 mit einer der
Kugeln 4 zusammen.
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Die Wirkung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist wie folgt.
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Bei geeigneter Vorspannung des Tellerfederpaketes 11 die durch den
Gewindering 12 erzielt wird, werden die Kugeln 4 vom Druckring 5 gegen die Fläche
7 und in die Ringnut 1 gepresst.
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Auf diese Weise kann zwischen den Gewinden 15 und 17 eine vorbestimmte
Vorschubkraft übertragen werden. Wirkt auf die Schubstange eine Schubkraft, die
bei der Darstellung der Zeichnung nach oben gerichtet ist, erfolgt die Kraftübertragung
zwischen der entsprechenden Flanke der Ringnut 2 und der im wesentlichen ebenen
Fläche 7, wobei sich die Kugeln 4 an der konischen Fläche 6 abstützen.
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Wird die vorbestimmte Schubkraft überschritten, wird das Tellerfederpaket
11 etwas zusammengedrückt und die Ringnut 2 kann die Kugeln 4 passieren. Ist dieser
Zustand errecht sinkt die Übertragungskraft stark ab, weil hierfür dann nur noch
die vom Kugeldruck auf der Außenfläche der Schubstange 1 aufgebrachte Reibungskraft
wirksam ist. Die Schubstange kann in das Rohr 13 eintauchen und der Zustand minimaler
Kraftübertragung bleibt erhalten, bis das Ende 24 auf den Anschlag 26 trifft, was
bei entsprechender Dimensionierung eine verhältnismässig große Wegstrecke sein kann.
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Die nach außen gedrückten Kugeln 4 nehmen die Übertragungskugel 10
mit. wodurch der Schalter 9 betätigt wird und auch bei großen träg,en Massen wird
die Maschine zum Stillstand gekommen sein, bevor das Ende 24 auf den Anschlag 26
auftrifft.
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Ist die Störung, die die übermässige Schubkraft erzeugt hat, beseitigt,
kann die Schubstange einfach zurückgezogen werden, bis die Kugeln wieder in die
vorbestimmte Lage in der Ringnut 2 einrasten und die Vorrichtung ist sofort wieder
betriebsbereit.
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Wirkt auf die Schubstange 1 eine Zugkraft, die bei der Darstellung
der Zeichnung nach unten gerichtet ist, so erfolgt die Kraftübertragung zwischen
der entsprechenden Flanke der Ringnut 2 und der konischen Fläche 6, wobei die Fläche
7 eine Führungsfunktion besitzt. Wird die vorbestimmte Kraft überschritten, ergibt
sich ebenfalls eine Ausrastung der Kugeln 4 aus der Ringnut 2 und die weiteren Vorgänge
laufen gleichartig ab, wie bei umgekehrter Kraftrichtung.
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Die Erfindung ist auch anwendbar, wenn die Arbeitsmaschine keine vergleichbare
Schubstange i##sitzt.Durch entsprechende bauliche Mittel kann das Gehäuse 3 auch
mit anderen Antriebspunkten verbunden werden insbesondere auch solchen, die
bezüglich
des Gehäuses auf der gleichen Seite liegen, wie das Gewinde 15.
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Die Fenster 30 lassen die richtige Funktion der Kugeln 4 erkennen.
Zu beachten ist, daß auch bei dem Wirksamwerden der überlastsicherung die Kugeln
nicht durch diese Fenster entweichen können, weil der Druckring 5 die Kugeln nicht
freigibt, auch wenn diese aus der Ringnut 2 ausrasten.