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Sicherheitskupplung
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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Derartige Sicherheitskupplungen, bei denen ein Schaltkörper durch
einen Elektromagneten in die eingerückte Lage vorgespannt ist, sind im Handel erhältlich.
Durch Einstellung der Größe des durch den Elektromagneten fließenden Stromes läßt
sich dasjenige Grenzdrehmoment vorgeben, bei dem die Kupplung automatisch trennt.
Wird bei solchen bekannten Sicherheitskupplungen das Grenzdrehmoment überschritten,
so rückt die Kupplung vollständig aus, da der Luftspalt zwischen Anker und Kern
des Elektromagneten beim Ausrücken
vergrößert wird und damit die
Vorspannkraft in Einrückrichtung bleibend kleiner wird als die durch die Federanordnung
erzeugte Vorspannkraft in Ausrückrichtung. Zum Wiedereinrücken der Sicherheitskupplung
muß der Elektromagnet einen so großen Stromstoß erhalten, daß auch der weiter entfernte
Anker unter Uberwindung der Kraft der Federanordnung angezogen wird. Derartige große
Stromstöße verlangen aber einerseits eine stark dimensionierte Stromversorgung,
insbesondere bei Maschinen und Anlagen, bei denen eine größere Anzahl derartiger
Sicherheitskupplungen gleichzeitig eingerückt werden soll. Darüber hinaus erzeugen
derartig große Stromstöße große magnetische Streufelder, die zu Störsignalen in
elektronischen Steuerainrichtungen führen.
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Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine Sicherheitskupplung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß sie bei Überschreiten
des Grenzdrehmomentes trennt, bei einem nachfolgenden Wieder-unterschreiten des
Grenzdrehmomentes aber automatisch wieder einrückt.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Sicherheitskupplung
gemäß Anspruch 1.
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Bei der erfindungsgemäßen Sicherheitskupplung ist die den Schaltkörper
in die Einrückstellung vorspannende Kraft unabhängig von der Stellung des Schaltkörpers.
Das Trennen der
Kupplung erfolgt somit in jedem Augenblick nur dann,
wenn die durch das übertragene Drehmoment über die Schrägflächenverzahnung erzeugte
axiale Kraft zusammen mit der Kraft der Federanordnung größer ist als die Abtriebskraft
des mit vorgegebenem Druck beaufschlagten Stellmotors. Letztere ist ihrerseits größer
als die durch die Federanordnung allein ausgeübte Kraft. Während bei der bekannten
Sicherheitskupplung der kleinste Wert für das Grenzdrehmoment durch die zum Aufbrechen
des magnetischen Restflusses erforderliche Kraft vorgegeben ist, existiert eine
ähnliche Beschränkung nach unten für die erfindungsgemäße Sicherheitskupplung nicht.
Der Druck, mit dem der Stellmotor beaufschlagt ist, kann auch sehr klein gewählt
werden. Bei der erfindungsgemäßen Sicherheitskupplung kann auch die Federanordnung
weit ausgelegt werden, während sie bei der bekannten Sicherheitskupplung so stark
sein muß, daß sie bei nicht mehr erregtem Elektromagneten auch allein den magnetischen
Restfluß aufbrechen kann. Daher ist bei der erfindungsgemäßen Sicherheitskupplung
der Einstellbereich des Grenzdrehmomentes zu kleinen Werten hin erheblich erweitert.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Sicherheitskupplung ist
der, daß zum Halten der Sicherheitskupplung im eingerückten Zustand nicht eine dauernde
Zufuhr von Energie erforderlich ist.
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Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Sicherheitskupplung ist
ferner,
daß das Einrücken schonender erfolgt. Bei einem Elektromagneten werden die auf den
Anker bei Annäherung an den Kern ausgeübten Kräfte zunehmend größer. Ein Magnetfeld,
das zunächst nur gerade dazu ausreicht, den Anker überhaupt in Bewegung zu setzen,
beschleunigt den Anker dann später ganz erheblich, so daß der mit dem Anker zusammen
bewegte Schaltkörper mit erheblicher axialer Geschwindigkeit eingerückt wird.
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Dies führt zu einem unnötig starken Verschleiß der Schrägflächenverzahnung.
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Schließlich ist bei der erfindungsgemäßen Sicherheitskupplung auch
der externe Schaltungsaufwand kleiner; es braucht nämlich nur ein Ein-Aus-Schaltventil
in der Druckmittelleitung zum Stellmotor vorgesehen zu werden. B ei der bekannten
Sicherheitskupplung muß dagegen ein Taktgeber oder ein Endschalter vorgesehen werden,
durch welchen nach dem Einrückvorgang der erhöhte Anziehstrom auf den verminderten
Haltestrom des Elektromagneten herabgesetzt wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen
angegeben.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 läßt sich das
Grenzdrehmoment kontinuierlich von sehr kleinen auf sehr große Werte einstellen.
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Da bei der erfindungsgemäßen Sicherheitskupplung bei mit Druckmittel
beaufschlagtem Zylinder der Schaltkörper nie ganz von dem mit ihm zusammenarbeitenden
Kupplungsteil freikommt, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schrägflächenverzahnung
um radiale Achsen drehbare Rollen aufweist, wie im Anspruch 3 angegeben. Die Relativbewegung
zwischen Schaltkörper und mit ihm zusammenarbeitendem Kupplungsteil im überlastbetrieb
erfolgt somit ohne Gleitreibung.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird ein besonders
kompakter Aufbau der Sicherheitskupplung erhalten. Derjenige Teil der Querschnittsfläche,
der bei zusätzlicher Verwendung als druckbeaufschlagte Fläche sowieso nur eine geringere
Abtriebskraft erbringen würde, wird zur Lagerung einer das getriebene oder treibende
Kupplungsteil darstellenden Welle verwendet.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird erreicht,
daß Zylinder und Kolben zusammenmit dem Druckmittel zugleich als Stöße dämpfende
Gasfeder wirken.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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In dieser zeigt die einzige Bigur einen axialen Schnitt durch
eine
Sicherheitskupplung, wobei in der oberen Hälfte der Schaltkörper im ausgerückten
Zustand und in der untern Hälfte der Schaltkörper im eingerückten Zustand gezeigt
ist.
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In der Zeichnung ist eine Sicherheitskupplung mit einstellbarem Grenzdrehmoment
insgesamt mit 10 bezeichnet. Sie hat ein stationäres, über Gewindebohrungen 12 mit
einem feststehenden Maschinenteil verbindbares rotationssymmetrisches Kupplungsgehäuse
14. Letzteres hat eine außenliegende Wand 16, eine hierzu koaxiale, in axialer Richtung
verkürzte innenliegende Wand 18 und einen in radialer Richtung verlaufenden, dicker
ausgebildeten Boden.
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Die innenliegende Wand 18 ist am freien Ende mit einem radial nach
innen verlaufenden Flansch 22 versehen und in dem durch die Wand 18 begrenzten Raum
ist eine Wälzlageranordnung 24 eingesetzt. Letztere ist in axialer Richtung durch
den Blansch 22 und einen Sprengring 26 positioniert. In der Wälzlageranordnung 24
ist eine Welle 28 gelagert, welche das treibende oder das getriebene Teil der Sicherheitskupplung
sein kann.
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Die Welle 28 hat eine Mehrzahl axialer Nuten 34, in welchen jeweils
eine Feder 32 verschiebbar ist, die ihrerseits in eine einer Mehrzahl von Nuten
34 eines axial verlagerbaren Schaltkörpers 36 eingreift.
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Die Welle 28 trägt ferner einen Stützring 38 mit einer Mehrzahl
von
Bederkammern 40, welche jeweils ein Ende von Schraubendruckfedern 42 aufnehmen.
Das andere Ende der letzteren ist in Federkammern 44 festgelegt, welche im Schaltkörper
36 ausgebildet sind. Der Stützring 38 schlägt an den innenliegenden Laufring eines
Wälzlagers einer vom in der Zeichnung links gelegenen Ende der Welle 28 getragenen
zweiten Wälzlageranordnung 46 an, welche durch einen in das Wellenende eingesetztenSprengring
48 auf der Welle 28 gehalten ist.
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Die außenliegenden Laufringe der Wälzlageranordnung 46 tragen eine
Nabe 50, welche das getriebene oder das treibende Teil der Sicherheitskupplung darstellt.
Auf einer Schulter 52 der Nabe 50 kann mittels in Gewindebohrungen 54 einschraubbarer
Gewindebolzen ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Zahnrad befestigt werden.
Ähnlich ist auf das in der Zeichnung rechts gelegene Ende der Welle 28 ein Ritzel
56 aufgekeilt.
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Der Schaltkörper 36 ist mit zwei Sätzen in unterschiedlichem radialem
Abstand angeordneter teil zylindrischer Vertiefungen 58 und 60 versehen, während
in der Nabe 50 an den entsprechenden radialen Stellen zwei Sätze von Rollen 62 und
64 unter gleicher Teilung um in radialer Richtung verlaufende Achsen drehbar gelagert
sind. Um die beiden Rollensätze besser lagern zu können, ist die durch die Vertiefungen
58 und die Rollen 62 gebildete erste Schrägflächenverzahnung in Winkelrichtung bezüglich
der durch die Vertiefungen 60 und die Rollen
64 gebildeten zweiten
Schrägflächenverzahnung um eine halbe Teilung versetzt.
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Auf der Rückseite des Schaltkörpers 36 laufen Kugeln 66 eines Axiallagers,
das ferner einen mit kugelkalottenförmigen Ausnehmungen 68 versehenen Stützring
70 und einen nicht gezeigten Kugelkäfig aufweist. Der Sützring 70 ist von einer
Schulter 72 eines ringförmigen Kolbens 74 getragen. Letzterer ist axial in einem
durch die Wände 16 und 18 sowie den Boden 20 des Kupplungsgehäuses 14 begrenzten
ringförmigen Zylinder 76 verschiebbar und gegen die Wände 16 und 18 über O-Ringdichtungen
78 und 80 abgedichtet.
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Der Zylinder 76 ist über einen Kanal 82 des Kupplungsgehäuses 14 mit
einer nicht dargestellten einstellbaren Druckmittelquelle verbunden, z.B. mit einem
einer Druckpumpe nachgeschalteten Druckregler.
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Der den Lagerkörper 36 und die Nabe 50 aufnehmende Teil des durch
die Wand 16 begrenzten Raumes ist zusätzlich über eine Öffnung 84 entlüftet. Falls
gewünscht, kann diese Öffnung auch weggelassen werden, so daß ein Zuführen und Abführen
von Luft, wie es beim Verlagern des ringförmigen Schaltkörpers 36 durch den Kolben
74 erfolgt, nur über die zwischen gegeneinander bewegten Teile bestehenden Leckpfade
erfolgt. Auf diese Weise erhält man dann eine pneumatische Dämpfung der
Kolbenbewegung
und der Schaltkörperbewegung.
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Die oben beschriebene Sicherheitskupplung arbeitet wie folgt: Ist
der Zylinder 76 nicht mit Druck beaufschlagt, so drücken die Schraubendruckfedern
42 den Schaltkörper 36 und den Kolben 74 in der Zeichnung so weit nach rechts, daß
die Rollen 62 und 64 völlig von den ihnen gegenüberliegenden Vertiefungen 58 und
60 freikommen. Die Kupplung ist dann ausgerückt. Zu einem solchen Ausrücken der
Kupplung brauchen die Schraubenfedern nur so stark ausgelegt zu werden, daß sie
die Reibungskräfte in der Feder/Nutverbindung 30, 32 und die Reibung des Kolbens
74 im Zylinder 76 überwinden können.
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Wird der Zylinder 76 mit Druck beaufschlagt, so wird der Kolben 74
und damit auch der Schaltkörper 36 unter überwindung der Kraft der Schraubendruckfedern
42 in der Zeichnung nach links bewegt, wodurch die Rollen 62 und 64 in die ihnen
zugeordneten Vertiefungen 58 und 60 hineinbewegt werden. Die Kupplung ist nun eingerückt.
Dieses Einrücken kann ohne weiteres auch bei schon umlaufendem getriebenem Kupplungsteil
erfolgen, da die Rollen 62 und 64 ohne Gleiten auf dem Schaltkörper 36 laufen können.
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Wird das von der Sicherheitskupplung übertragene Drehmoment so groß,
daß die zwischen den Rollen und den Vertiefungen
erzeugten axialen
Kraftkomponenten (zusammen mit der verhältnismäßig kleinen Kraft der Schraubendruckfederanordnung)
größer werden als die Abtriebskraft des Kolbens 74, so laufen die Rollen 62 und
64 aus den zugeordneten Vertiefungen 58 und 60 heraus, wodurch die Drehmomentübertragung
unterbrochen wird. Der Kolben 74 sucht aber immer, den Schaltkörper 36 wieder in
die eingerückte Stellung zu bewegen. Sowie das übertragene Drehmoment wieder unter
den durch die Druckbeaufschlagung des Zylinders 76 vorgegebenen Grenzwert absinkt,
wird somit die Sicherheitskupplung automatisch wieder eingerückt.
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Wenn die Kupplung wegen überlastung ausgerückt wird, kann man vorsehen,
daß gleichzeitig der Antriebsmotor für die Maschine stillgesetzt wird, zu welchem
Zweck z.B. dem ein beweglichen Teil der Kupplung/im Stromkreis des Antriebsmotors
angeordneter Unterbrecherschalter zugeordnet sein kann.
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