DE2736329B2 - Überlastkupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine formschlüssige Überlastkupplung aus zwei koaxial angeordneten und an ihren einander zugewandten Stirnflächen verzahnten Kupplungshälften, von denen zumindest die eine axial verschiebbar und durch zumindest eine Federscheibe mit der anderen in Eingriff gehalten ist, wobei die Federscheibe so dimensioniert und vorgespannt ist daß sie nach einem Federweg, der gringer als die axiale Eingriffstiefe der Kupplungsverzahnung ist, in eine zurückgezogene Stellung umschnappt

Eine derartige Überlastkupplung ist durch die DE-OS 75 229 bekannt. Nachteilig hieran ist, daß das Umschnappen der Federscheibe nur dann funktioniert, wenn zahlreiche konstruktive Voraussetzungen erfüllt sein müssen. Werden Tellerfedern verwendet, so muß ihr Verhältnis h/s > fö betragen (Λ = konische Höhe der Tellerfeder in unbelastetem Zustand; · = Blechstärke), damit es zu dem erwünschten aktiven Umschnappen unter Umkehr der Kraftrichiung der Tellerfeder kommt (vergl. W. Wernitz, »Die Tellerfeder« in KONSTRUKTfON 6 [!954], Heft 10, Seite 368). Bei Verwendung anderer umschnappbarer Scheibenfedern ergeben sich gleichartige Bemessungs-Voraussetzungen. Zweitens muß der Ausrückweg der Kupplungsverzahnung derart auf den Federweg abgestimmt werden, daß die Kraftrichtungsumkehr der Fedei mit Sicherheit erreicht wird, solange die Kupplungshälften noch miteinander in Eingriff stehen. Drittens muß sichergestellt sein, daß der beim Umschnappen der Feder frei gewordene Fedenrngsweg groß genug ist, daß die Kupplungshälften nicht mehr aneinander ratschen.

Diese Forderungen legen nicht nur die Tiefe der Kupplungsverzahnung und den Ausrückweg innerhalb

enger Grenzen fest, sondern man hat auch für die Größe der maximalen Federkraft keine AMSwahlmöglichkeit mehr, Diesü ist vielmehr durch den Kurvenhochpunkt der zu dem oben erwähnten Verhältnis Ins > fä gehörigen Federspannungscharakteristik festgelegt

ίο Bei der Überlastkupplung gemäß der vorerwähnten DE-OS 16 75 229 fallt dieses Handicap nicht ins Gewicht Denn diese Kupplung soll nur dann ansprechen, wenn eines der kraftübertragenden Elemente fe.ttfrißt Im Maschinenbau kommt es jedoch häufig vor,

is daß der Kraftfluß zwischen zwei Teilen nicht erst dann unterbrochen werden soll, wenn das eine Teil bereits frißt sondern daß bereits bei einem relativ niedrigen Drehmoment eine Sicherheitsabschaltung zur Vermeidung weiterer Schäden vorgenommen werden soll.

Weiterhin ist es bedeutsam, daß das Abschaltmoment der Kupplung auf einfache Weise verstellt werden kann, um es an veränderte Betriebsbedingungen anzupassen.

Daher liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die bekannte Überlastkupplung dahingehend zu verbessern, daß ihr Abschaltmoment unabhängig von der vorgegebenen Bhnensionierung der Federscheibe in weitem Rahmen verstellbar ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Größe der Vorspannkraft der Federscheibe mit

Ό Hilfe einer in Ausrückrichtung der Kupplungshälften wirkenden, einstellbaren Kraft einer Ausrückfeder einstellbar ist Durch die beschriebene Ausrückfeder hat man auf einfache und kostengünstige Weise bei der Dimensionierung der Anpreßkraft und damit des maximal übertragbaren Drehmomentes freie Hand. Selbst in eingebautem Zustand der Kupplung ist eine stufenlose Feineinstellung des Abschaltdrehmomentes möglich. Schließlich hat die Ausryrkfeder noch den Vorteil, daß der Ausrückvorgang der Kupplungshälften beschleunigt wird. Dadurch verringert sich der beim Ausrücken erhöhte Verschleiß an den Verzahnungen der Kupplungshälften, der seine Ursache darin hat daß es mit zunehmendem Ausrückweg zu einer Verringerung der Kontaktflächen zwischen den Kupplungshälften kommt

Zwar enthält die Kupplung gemäß der DE-PS 2 32 536 auch Gegenfedern. Diese haben jedoch eine völlig andere Aufgabe und Funktion. Denn dort wird der Kraftfluß vom treibenden zum getriebenen Teil nie unterbrochen. Die dort gezeigten Spannfedern haben lediglich die Aufgabe, das übertragene Moment zu begrenzen — ähnlich einer Rutschkupplung. Dabei werden die Spannfedern abwechselnd zusammengepreßt und auseinandergezogen, um die überschüssige Rotationsenergie des treibenden Teiles in Federarbeit umzusetzen und sie dadurch vom getriebenen Teil fernzuhalten. Mit der erfindungsgemäßen Ausrückfeder, die zum Einstellen des Abschalt-Drehmomentes dient, bei dem die Kupplungshälften völlig auseinanderrücken,

*o hat dies nichts zu tun.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Zu Anspruch 4 ist anzumerken, daß die dort beschriebene weiche Charakteristik der Ausrückfeder den Vorteil hat, daß das Abschaltmoment

^M der Kupplung verstellt werden kann, ohne dabei die Federcharakteristik der für die Anpressung verantwortlichen Federscheiben nennenswert zu beeinflussen.
Die Bedeutung des Anspruches 5 liegt im wesentli-

chen darin, daß man mehr konstruktive Freiheit bei der Dimensionierung erhält, da mit relativ kleinen Tellerfedern große Federkräfte erzeugt werden können. Selbstverständlich können die Federscheiben auch in Form von Elementen vorliegen, die abwechselnd von außen und innen radial geschlitzt sind. Bei ihnen läßt sich die erwünschte Umschnappcharakteristik dadurch herbeiführen, daß sie entweder an ihrem äußeren oder an ihrem inneren Umfang in einer Bohrung bzw. auf einem Zylinder verspannt sind, deren Durchmesser kleiner als der Außendurchmesser bzw. größer als der Innendurchmesser der Federscheibe in entspanntem Zustand ist Dadurch wird die Federscheibe in einen konischen Zustand gepreßt und kann an ihrem freien, uiiverspannten Umfang ebenso zum Aneinanderpressen der beiden Kupplungselemente verwendet werden wie eine Tellerfeder.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert; dabei zeigt

F i g. 1 -die Federcharakteristik von Teilerfedern und

Fig.2 «sine Längsschnitt der Überlastkupplung mic Ausrückfeder.

Fig. 1 erläutert die Auslegung der Tellerfeder. Als Abzisse ist aufgetragen der Federweg /bezogen auf die Blechstärke s der Tellerfeder. Auf der Ordinate sind dimensionslose Kenngrößen für die Federkraft aufgetragen, die bezogen sind auf die Abmessungen und den Elastizitätsmodul der Tellerfeder. Die eingetragenen Kennlinien gelten für verschiedene Parameter (h/s) der konischen Höhe der Tellerfeder in unbelastetem M Zustand bezogen auf ihre Blochstärke.

Wie F i g. 1 zeigt, läuft die Federkennlinie einer Tellerfeder mit h/s = 3,0 im Abzissenbereich von 4,0 bis 5,0 im negativen Bereich, d. k, bei einer Einfederung, die geringfügig größer als die vierfache Blechstärke der Tellerfeder ist, kommt es durch die Eigenkraft der Tellerfeder zu dem erwünschten Umschnappen.

Die Vorspannung wird bei dem gewählten Ausführungsbeispiel piner Tellerfeder mit h/s = 3,0 so gewählt, daß im Ruhezustand bereits die maximale Anpreßkraft entwickelt wird. Sie muß hierzu auf den Abszissenwert von 1,5 vorgespannt werden, d.h., die zugehörige Einfederung f ist anderhalbmal so groß wie die Blechstärke s. Wird dann infolge Überlastung der Kupplung di? Feder weiter zusammengedrückt, so fällt die Federkraft kontinuierlich ab, bis es zu dem erwünschten Umschnappen kommt

Das in Fig.2 dargestellte Ausführungsbeispiel besteht aus einer Welle i mit einer drehfest verbundenen Nabe 2. Auf der Nabe 2 sind die beiden KupplungshAlf ten gelagert.

Die eine Kupplungshälfte besteht aus einem Ritzel 3, das an sich frei drehbar und ggf. auch axial verschiebbar auf der Nabe gelagert ist. Es stützt sich einerseits an einem radial vorstehenden Bund 2a der Nabe ab. Andererseits ist es mit einer Stirnverzahnung 3a versehen, die mit einer gleichartigen Stirnverzahnung 4a der anderen Kupplungshälfte in Form eines Ringes 4 in Eingriff steht. Dieser Ring 4 ist axial verschiebbar auf der Nabe 2 gelagert, steht mit ihr jedoch fiber eine w Paßfeder 5 in drehfesier Verbindung.

Beide Kupplungshälften 3 Und 4 werden durch Tellerfedern 6 und Ί axial zusammengepreßt. Diese Tellerfedern sind vorgespannt (jnd wirken einerseits über eine Scheibe 8 Huf den Rir'g 4, andererseits über Gi einen Sicherungsring 9 au^f die Habe 2 und damit über ihren Bund 2a auf das Ritzel 3 ein. Zwischen den beiden spiegelbildlich zueinander angeordneten Tellerfederri 6 und 7 sitzt ein Distanzring 10, dessen Breite so bemessen ist, daß auch nach L'mschnappen der einen Tellerfeder noch genügend Federweg für die andere Tellerfeder zur Verfügung steht, um deren Durchschnappen auszulösen. Der Distanzring weist etwa T-förmiges Profil auf, damit er von den beiden Tellerfedern zentriert wird.

Die Axialposition der Nut für den Sicherungsring 9 ist so bemessen, daß die beiden Tellerfedern 6 und 7 auf den gewünschten Wert, meist die maximale Anpreßkraft, vorgespannt sind. Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfindung, den Sicherungsring 9 durch axial einstellbare Elemente, beispielsweise eine Nutmutter, die auf einem Gewinde der Nabe verdrehbar ist, zu ersetzen, um die Vorspannung der Tellerfedern zu regulieren.

Obersteigt die durch die Drehmomentübertragung in der Kupplungsverzahnung 3a und 4a entstehende Axialkraft die Anpreßkraft der beiden Tellerfedern 6 und 7, so wird der Ring 4 nach links aus seiner Verzahnung mit dem Ritzel 3 heraui. verschoben und drückt die beiden Tellerfedern 6 und 7 zusammen. (Jm die Axialverschiebung in der Kupplungsverzahnung zu begünstigen und insbesondere den Einfluß von Passungsrost auszuschließen, kann zwischen den Verzahnungen eine Kunststoffolie aus beispielsweise Polytetrafluorethylen zwischengelegt werden.

Nach einen bestimmten Ausrückweg hat zumindest die eine der beiden Tellerfedern den Umschlagpunkt erreicht und schnappt in ihre zurückgezogene Stellung um. Fast gleichzeitig wird auch die zweite Tellerfeder durch die weitere Ausrückbewegung des Ringes 4 an den Umschlagpunkt herangeführt, wodurch dann genügend axiales Spiel vorliegt daß sich die beiden Kupplungshälften berührungsfrei relativ zueinander verdrehen können. Damit die Relativdrchung des Ritzels 3 relativ zur Nabe nicht durch Passungsrost beeinträchtigt wird, ist an den Berührungsflächen eine Zwischenlage 11 aus geeignetem Kunststoff, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen, vorgesehen.

Zur Regulierung des durch die Geometrie der Tellerfedern 6 und 7 vorgegebenen und von ihrer Vorspannung unabhängigen Auslösemomentes der Kupplung ist eine Ausrückfeder 12 vorgesehen. Diese Ausrückfeder ist zwischen dem Ring 4 und der Nabe 2 derart verspannt, daß sie der von den Tellerfedern 6 und 7 ausgeübten Anpreßkraft entgegenwirkt Sie stützt sich längs ihrem inneren Umfang auf der der Tellerfeder 7 gegenüberliegenden Seite des Sicherungsringes 9 ab, längs ihrem äußeren Umfang an einer Hülse 13, so daß letztere axia! nach links, also im Entkuppelsinne, belastet wird. Die Hülse 13 ist über ein Gewinde verdrehbar mit einer koaxialen Hülse 14 verbunden, die ihrerseits auf dem Ring 4 sitzt und sich an einem darin eingelassenen Sicherungsring 15 gegenüber der Axialkraft der Ausrückfecier 12 abstutzt. Die Axiaikraft der Ausrückfeder 12 wird dadurch unmittelbar in den Ring 4 eingeleitet Stattdessen könnte die Hülse 14 auch mit der Scheibe 8 verbunden sein, wodurch gleichermaßen die Vorspannung der beiden Tellerfedern 6 und 7 teilweise kompensiert würde. Die zeichnerische Anordnung hat jedoch den Vorteil, daß im Überlastungsfall die beiden Kupplungshälften in einem gewissen Sicherneitsabstand zueinander gehalten werden und es nicht durch zufällige Stöße oder andere äuPere Einflüsse zu einem gelegentlichen Berühren der Zahnspitze in der Kupplungsverzahnung 3a, 4a kommen kann.

Die Verspannung der Ausrückfeder 12 erfolgt durch Verschrauben der beiden Hülsen 13 und 14 relativ

zueinander. Ist die gewünschte Vorspannung eingestellt, so kann die Lage der beiden Hülsen relativ zueinander durch eine auf demselben Gewinde sitzende Kontermutter 16 fixiert werden.

Das Ausführungsbeispiel betrifft den Fall, wo das Ritzel 3 nicht selbst die Ausrückbewegung durchführt und auch in ausgekuppeltem Zustand seine Laufebene beibehält. Kann hingegen das Ritzel 3 die Ausrückbewegung selbst durchführen, so erübrigt sich der Ring 4 und das Ritzel 3 kann dich dann unmittelbar mit seiner verzahnten Stirnseite an dem entsprechend verzahnten Bund la der Nabe 2 abstützen, während an seiner gegenliegenden Stirnseite die Tellerfedern 6 und 7 angreifen. In diesem Fall kann die Ausrückfeder zwischen dem Bund 2a einerseits und dem Ritzel 3 andererseits angeordnet werden. Dabei ergeben sich insofern günstigere Verhältnisse, als die Ausrückfeder unabhängig von den AnpreOfedern 6 und 7 montiert und eingestellt werden kann.

'> Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß die formschlüssige Verzahnung zwischen den Kupplungshälften auch unter Zuhilfenahme von Rollkörpern herbeigeführt werden kann, um die Reibung beim Auskuppelvorgang zu vermindern. Dabei genügt es, an den einander

in gegenüberstehenden Ringflächen der Kupplungshälften Ausnehmungen vorzusehen, in welche die Kugeln teilweise hineinragen, wobei die Ringflächen in Umfangsrichtung schräg verlaufende Flanken aufweisen, die bei Drehmomentübertragung die gewünschte

i'. Axialkraft für den Ausrückvorgang erzeugen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentanspreche;

1. Formschlüssige Überlastkupplung aus zwei koaxial angeordneten und an ihren einander zugewandten Stirnflächen verzahnten Kupplungshälften, von denen zumindest die eine axial verschiebbar und durch zumindest eine Federscheibe mit der anderen in Eingriff gehalten ist, wobei die Federscheibe so dimensioniert und vorgespannt ist, daß sie nach einem Federweg, der geringer als die axiale Eingriffstiefe der Kupplungsverzahnung ist, in eine zurückgezogene Stellung umschnappt, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Vorspannkraft der Federscheibe (6, 7) mit Hilfe einer in Ausrückrichtung der Kupplungshälften (3,4) wirkenden, einstellbaren Kraft einer Ausrückfeder (12) einstellbar ist.

Z Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dW die Vorspannung der Ausrjckfeder (12) stufenlos einstellbar ist

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Abstützung der Ausrückfeder (12) an der einen Kuppiungshälfte (4) über sine axiale verstellbare Hülse (13) erfolgt

4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrückfeder (12) eine relativ weiche Kennlinie aufweist

5. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Ausrückfeder (12) als Tellerfeder ausgebildet ist

6. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Federscheibe (6. 7) paarweise und jeweils spiegelbildlich zueinander jnter Zwischenlage eines Distanzringes (10) angeordnet sind.