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Für Schrauber bestimmte Kupplung mit Motorabschaltung und
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Drehmomenttrennung Die Erfindung betrifft eine Kupplung der im Ober-begriff
des Anspruches 1 näher gekennzeichneten Art.
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Derartige Kupplungen mit Motorabschaltung und Drehmomenttrennung können
z.B. als Ratschkupplungen ausgebildet sein.
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Eine als Überrollkupplung ausgebildete Ratschkupplung ist z.B. aus
DE-AS 13 02 335 bekannt. In gleicher Weise kann jedoch eine solche Kupplung auch
als durch ein Schraubgetriebe betätigbare Klauenkupplung ausgebildet sein, wie diese
z.B. Gegenstand von DE-GM 71 00 916 ist.
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Bei derartigen Kupplungen mit Motorabschaltung und Drehmomenttrennung
tritt folgendes Problem auf: Es läßt sich zwar das Schraubmoment, bei welchem das
Schaltteil die Motorabschaltung vollzieht, durch entsprechende Einstellung des dem
Schaltteil entgegenwirkenden Federdruckes genau voreinstellen. Mit der Motorabschaltung
wird jedoch nur das statische Antriebsmoment, nicht jedoch das von den rotierenden
Massen herrührende kinetische Antriebsmoment erfaßt. Dieses von den umlaufenden
Massen herrührende kinetische Antriebsmoment wirkt solange noch auf die Schrauberwelle
ein, wie die Kupplung noch nicht getrennt hat. Die kinetische Energie
der
noch in Rotation befindlichen Massen des Motors und des Getriebes verhält sich proportional
zum Quadrat der Schrauberdrehzahl. Das von dieser kinetischen Energie herrührende
Antriebsmoment ist unkontrolliert und wirkt sich vor allen Dingen drehmomenterhöhend
aus. Mit anderen Worten liegt das maximal von der Drehmomentkupplung übertragene
Antriebs drehmoment nicht zum Zeitpunkt der Motorabschaltung vor Dieses erhöht sich
vielmehr nachträglich noch unkontrolliert über das Drehmoment hinaus, welches zum
Zeitpunkt der Motorabschaltung vorliegt.
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Die nach der Motorabschaltung noch aufgrund der verbliebenen kinetischen
Energie der rotierenden Massen eintretende Drehmomenterhöhung ist deswegen unkontrolliert,
weil ihr Maß davon abhängt, ob mit dem Schrauber eine harte oder eine weiche Schraubverbindung
angezogen wird. Von einer harten Schraubverbindung spricht man dann, wenn ihr Nachspannwinkel
zwischen dem Aufsetzen des Schraubenkopfes bis zum zulässigen Schraubenanzugsmoment
maximal 300 beträgt. Von einer weichen Schraubenverbindung wird dann gesprochen,
wenn dieser Nachspannwinkel größer als 7200 ist. Letzterer Fall kann z.B.
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bei Zwischenlage elastisch federnder Unterlegscheiben, Dichtungen
o.dgl. in der Schraubverbindung gegeben sein0 Der Unterschied in der anschließend
an die Motorabschaltung noch eintretenden Drehmomenterhöhung zwischen einer harten
und einer weichen Schraubverbindung beruht auf Folgendem:
Bis zum
Auftreffen des Schraubenkopfes wird dem Anzugsmoment des Schraubers praktisch kein
Widerstand entgegengesetzt, so daß der Schrauber mit hoher Drehzahl (annähernd Leerlaufdrehzahl)
und damit großer kinetischer Energie der umlaufenden Massen läuft. Bei einer harten
Schraubverbindung wird der Schrauber nach dem Auftreffen des Schraubenkopfes wegen
des kleinen Nachspannwinkels gewissermaßen schlagartig abgewürgt. Dabei treten sehr
hohe Massenkräfte und folglich eine große Drehmomenterhöhung auf. Anders verhält
es sich bei einer weichen Schraubverbindung. Hier wird die Ausgangsdrehzahl des
bis zum Auftreffen des Schraubenkopfes unbelasteten Schraubers infolge des großen
Nachspannwinkels langsam bis zur Erreichung des eingestellten Abschaltmomentes abgebremst
und damit auch die kinetische Energie, die nach dem Abschalten des Motors wirksam
wird, sehr stark reduziert, so daß keine oder nur eine geringe Drehmomenterhöhung
eintritt.
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Es ist bereits bekannt, das Maß der nach der Motorabschaltung eintretenden
Drehmomenterhöhung dadurch zu reduzieren, daß zwischen den drehenden Teilen des
Motors und des Antriebsgetriebes einerseits und der Abtriebswelle andererseits ein
energieabsorbierendes Zwischenglied z.B. in Form einer Drehfeder zwischengeschaltet
wird, die bereits beim Einschraubvorgang kinetische Energie absorbiert, damit bremsend
auf die umlaufenden Teile des Motors und des Antriebsgetriebes
einwirkt
(DE-OS 22 00 035) und somit praktisch jede Schraubverbindung in eine weiche Verbindung
umwandelt. Dadurch wird angestrebt, das von der Drehmomentkupplung mit Motorabschaltung
abgegebene maximale Schraubmoment weitgehend davon unabhängig zu machen, ob eine
harte oder eine weiche Schraubverbindung vorliegt. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil
einer schlechten Energieausnutzung des Antriebsmotors und eines vergleichsweise
langsamen Arbeitens des Schraubers.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Drehmomentkupplung
der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß das von ihr abgegebene maximale
Drehmoment weitgehend unabhängig von der Elastizität der Schraubverbindung ist.
Als Idealfall wird angestrebt, daß bei jeglicher Art von Schraubfall nach der Motorabschaltung
keine Drehmomenterhöhung über das bis dahin abgegebene maximale Schraubmoment hinaus
mehr eintritt. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruches 1 niedergelegt0
Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf folgender Überlegung: Bei Kupplungen der
im Oberbegriff des Anspruches 1 näher gekennzeichneten Art wird die vom Antriebsdrehmoment
ausgehende Umfangskraft in zwei in unterschiedlichen Richtungen wirksame Druckkomponenten
aufgeteilt, nämlich in eine in Umfangsrichtung wirksame, das Schraubmoment erzeugende
Druckkomponente
und eine in Axialrichtung wirksame, das Ausrücken
der Kupplung und die Abschaltbewegung für die Motorabschaltung erzeugende Druckkomponente0
Diese Druckkomponentenaufteilung ist unabhängig davon, ob die Schrägfläche durch
eine schraubenförmige Nut, eine Kegelfläche, eine Zahnflanke, eine Keilfläche, die
Flanke einer Kerbe o,dgl.
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gebildet ist. Die erfindungsgemäße Lösung beruht abstrakt auf dem
Gedanken, im Ansprechbereich der Drehmomentkupplung die in Umfangsrichtung wirksame
Druckkomponente zu reduzieren.
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Durch die Erfindung ergeben sich folgende Vorteile: Sowohl Motorabschaltung
als auch Kupplungstrennung erfolgen bei einem Drehmoment, das erheblich unterhalb
des eingestellten maximalen -Schraubdrehmomentes liegt, so daß die Drehmomenterhöhung
durch die kinetische Energie der umlaufenden Massen, die je nach Schraubfall ganz
unterschiedliche und unkontrollierbare Werte erreicht, in keinem Fall zu einer Erhöhung
des jeweils eingestellten maximalen Schraubmomentes führt. Das gegenüber dem maximalen
Schraubmoment reduzierte Abschaltmoment wird erst erreicht, nachdem vorher das maximale
Schraubmoment auf die Schraubverbindung übertragen wurde. Durch die Erfindung wird
die Einwirkung der kinetischen Energie auf das Schraubmoment ausgeschaltet, so daß
das eingestellte Schraubmoment unabhängig vom Schraubfall wird. Damit ist es möglich,
den Schrauber auf den gewünschten
Sollwert voreinzustellen. Eine
Einstellung und Anpassung an den jeweiligen Schraubfall ist nicht mehr nötig.
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Weiterhin liegt zum Zeitpunkt des Abschaltens und Trennens eine vergleichsweise
noch große Uberdeckung der Drehmomentübertragungsflächen beider Kupplungshälften
vor, während bei bekannten Kupplungen zum Zeitpunkt der Abschaltung das maximale
Drehmoment mit der geringsten Flächenüberdeckung im Bereich der Drehmomentübertragungsflächen
und somit bei der größten spezifischen Flächenpressung übertragen wird.
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Dies führt zu hohen Verschleißerscheinungen und damit einhergehender
ständiger Veränderung des eingestellten Drehmomentes. Bei der vorliegenden Erfindung
dagegen verändert ein Verschleiß der für die Motorabschaltung maßgebenden Übertragungsflächen
das maximale Drehmoment nicht, weil Abschaltung und Trennung erst erfolgen, nachdem
das maximale Drehmoment bereits aufgebracht ist.
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Weitere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes sowie vorteilhafte
Ausgestaltungen werden anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es
zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer als Klauenkupplung ausgebildeten
Kupplung gemäß der Erfindung in normaler Drehmoment-Ubertragungsstellung, Fig. 2
eine Darstellung der Kupplung gemäß Fig. 1 in Ansprechstellung,
d.h.
zu Beginn des Ausrast- und Abschaltvorganges, Fig. 3 eine Darstellung analog Fig.
1 und 2 in Abschalt-und Ausraststellung der Kupplung, Fig. 4 eine Abwicklung einer
Seitenwand der schraubenlinienartigen Führungsnut für das Verschiebeteil unter jeweiliger
Darstellung der auf das Verschiebeteil wirksamen Druckresultierenden und ihrer Druckkomponenten
in Umfangs- und in Axialrichtung, Fig. 5 eine den in Fig. 4 dargestellten Verschiebestellungen
des Verschiebeteiles und deren Druckkomponenten entsprechende Darstellung der Verschiebestellungen
der miteinander korrespondierenden Kupplungsklauen der Kupplung, Fig. 6 eine Darstellung
des den einzelnen Verschiebestellungen des Verschiebeteiles gemäß Fig. 4 zugeordneten
Schraubmoments an der Abtriebswelle des Schraubers, Fig. 7 eine Schnittdarstellung
einer modifizierten Ausführungsform der Kupplung als axial wirksame Ratschkupplung,
Fig. 8 eine schematische Darstellung der Stellung der Kupplungskugeln zwischen den
beiden Kupplungshälften bei normaler Drehmomentübertragung, Fig. 9 eine Darstellung
analog Fig. 8 nach erfolgter Einleitung des Ausrückvorganges der Kupplung vor der
Motorabschaltung,
Fig. 10 eine Darstellung analog Fig. 8 und 9
etwa zum Zeitpunkt der Motorabschaltung, Fig. 11 eine Darstellung analog Fig. 8
- 10 nach erfolgter Motorabschaltung kurz vor dem Uberlauf der Kupplungskugeln,
d.h. der vorübergehend vollständigen Drehmomenttrennung, Fig. 12 eine Darstellung
des Schraubmomentverlaufes während eines Schaltzyklus der Kupplung insbesondere
in den einzelnen Kupplungsstellungen gemäß Fig. 8 - 11, Fig. 13 eine Schnittdarstellung
einer modifizierten Drehmomentkupplung in Form einer radial-axial wirksamen Ratschkupplung,
Fig. 14-17 den Darstellungen in Fig. 8 - 11 entsprechende Darstellungen der Relativstellung
des als Kugeln ausgebildeten Verschiebeteiles zu dem Schaltteil über den Weg eines
Schaltvorganges.
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Beim Gegenstand von Fig. 1 - 5 wird das Antriebsdrehmoment des Antriebsmotors
(nicht gezeigt) des Schraubers über die Antriebswelle 1 und den mit der Antriebswelle
1 starr verbundenen Mitnehmer 2 auf die Antriebs-Kupplungshälfte 3 übertragen. Die
Kupplungsklauen 4 der Kupplungshälfte 3 greifen in entsprechende Ausnehmungen der
Abtriebs-Kupplungshä.lfte 5 formschlüssig ein. Die beiden Kupplungshälften 3,5 bilden
jeweils ein Kupplungsteil im Sinne der in den Ansprüchen verwendeten allgemeineren
Terminologie. Die Kupplungshälfte 5
ist auf der Schrauberwelle
6 in Axialrichtung 7 verschiebbar gelagert. In Richtung auf das Schraubende 8 stützt
sich die Abtriebs-Kupplungshälfte 5 über die als Schraubendruckfeder ausgebildete
Feder 9 an einem mit der Schrauberwelle 6 fest verbundenen Ringflansch 10 ab. Der
Ringflansch 10 ist zur Xnderung der Vorspannung der Feder 9 in Axialrichtung 7 auf
der Schrauberwelle 6 verschiebbar und feststellbar angeordnet.
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Diese Verstellbarkeit dient zur Veränderung des Soll-Drehmoments der
Drehmomentkupplung.
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In der Innenbohrung 11 der auf der Schrauberwelle 6 aufsitzenden Kupplungshälfte
5 ist mindestens eine Tasche 12 zur Einlage einer Kugel 13 angeordnet. Die Kugel
13 ist im Sinne der in den Ansprüchen verwendeten Terminologie ein Verschiebeteil.
In die Oberfläche der Schrauberwelle 6 ist schraubenlinienartig eine Nut 14 eingebracht,
in der die Kugel 13 geführt ist. Die Nut 14 erstreckt sich nur über einen Teil des
Umfanges der Schrauberwelle 6 z.B. nur über einen Winkelbereich von etwa 1000. So
können z.B. auch mehrere Nuten 14 und eine der Nutzahl entsprechende Anzahl von
Kugeln 13 gleichmäßig über den Umfang der Schrauberwelle 6 bzw. über den Innenumfang
der Abtriebs-Kupplungshälfte 5 verteilt angeordnet sein. Die Nut 14 stellt über
die Kugel 13 eine Führung für die Axialverschiebung der Abtriebs-Kupplungshälfte
5 dar derart, daß die Kupplungshälfte 5 bei einer Axialverschiebung in Richtung
auf das Schraubende 8 gleichzeitig eine
Drehbewegung gegenüber
der Schrauberwelle 6 vollzieht. Die Kugel 13 stellt darüber hinaus eine Drehmomentverbindung
zwischen der Abtriebs-Kupplungshälfte 5 und der Schrauberwelle 6 her.
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Das dem Schraubende 8 zugewandte Ende der hülsenartigen Kupplungshälfte
5 ist als Anschlagflansch 15 ausgebildet.
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Der Anschlagflansch 15 ist mindestens teilweise abgeschrägt und liegt
mit dieser Abschrägung an der in Radialrichtung aus der Schrauberwelle 6 vorstehenden
Kegelspitze 16 eines in Radialrichtung innerhalb der Schrauberwelle 6 geführten
Schaltbolzens 17 an. Der Schaltbolzen 17 stützt sich mit seinem der Kegelspitze
16 gegenüberliegenden, bodenseitigen Ende 18 an einer Schraubendruckfeder 19 ab,
die ihrerseits stationär abgestützt ist.
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Der Schaltbolzen 17 ist auf seiner der Antriebswelle 1 zugewandten
Seite mit einer Ausnehmung 20 versehen, in welche bei entsprechender Überdeckungsstellung
die die Druckluftzufuhr zum Antriebsmotor steuernde, zentrisch zu den Wellen 1,6
axial verschiebbar angeordnete Schaltstange 21 mit ihrem dem Schraubende 8 zugewandten
Ende einführbar ist. Die Schaltstange 21 steht permanent unter einem sie in Richtung
auf das Schraubende 8 drängenden Schubes, der von der Druckluftzufuhr ausgeübt wird.
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In der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Schaltbolzens 17, in welcher
dieser mit seiner Kegelspitze 16 über den Umfang der Schrauberwelle 6 hinaussteht,
steht das äußere Ende der Schaltstange 21 außer Überdeckung mit der Ausnehmung 20
des Schaltbolzens 17. In dieser Stellung wird der Antriebsmotor mit Druckluft versorgt.
Bei gegen den Rückstelldruck der Schraubendruckfeder 19 erfolgtem radialem Eintauchen
des Schaltbolzens 17 in die Schrauberwelle 6 gerät indessen das innere Ende der
Schaltstange 21 in Überdeckung mit der Ausnehmung 20 des Schaltbolzens 17. Unter
dem auf sie einwirkenden Axialschub fällt das innere Ende 21 der Schaltstange in
die Ausnehmung 20 des Schaltbolzens 17 ein. Die damit verbundene Axialbewegung der
Schaltstange 21 führt zur Absperrung der Druckluftzufuhr zum Antriebsmotor.
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Die Nut 14 weist in Nutlängsrichtung zwei hintereinanderliegende Wegbereiche
auf, nämlich den - ausgehend von der Drehmomentübertragungsstellung der Kugel 13
gemäß Fig. 1 - ersten Wegbereich 22 und den in Drehmomenttrennrichtung gemäß Fig.
3 zweiten Wegbereich 23. In Axialrichtung 7 weist der erste Wegbereich 22 der Nut
14 eine größere Steigung als der zweite Wegbereich 23 auf. Die Steigung des zweiten
Wegbereiches 23 in Axialrichtung 7 ist stets kleiner als die des ersten Wegbereiches
22.
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Die Drehmomentkupplung gemäß Fig. 1 - 3 arbeitet wie folgt:
In
der in Fig. 1 dargestellten Drehmomentübertragungsstellung wird das in die Antriebswelle
1 eingeleitete Drehmoment über den Mitnehmer 2 und die Antriebs-Kupplungshälfte
3 auf die formschlüssig in sie eingreifende Abtriebs-Kupplungshälfte 5 übertragen.
Von dort erfolgt die Weiterleitung des Drehmomentflusses über die Kugel 13 und die
Nutseitenwand 25 der Nut 14 zur Schrauberwelle 6. Die Drehrichtung der Schrauberwelle
6 ist mit 24 gekennzeichnet. Die Übertragung des Schraubmoments auf die Schrauberwelle
6 erfolgt durch Beaufschlagung der dem Schraubende 8 abgewandten Nutseitenwand 25,
die in Abwicklung in Fig. 4 dargestellt ist, seitens der Kugel 13. Die von der Kugel
13 auf die Nutseitenwand 25 ausgeübte Druckresultierende P weist eine in Axialrichtung
wirksame Druckkomponente PA und eine in Umfangsrichtung wirksame Druckkomponente
PU auf. Die Druckkomponente PA wirkt in Verschieberichtung der Kupplungshälfte 5
gegen die Feder 9, d.h.
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in Drehmomenttrenn- bzw. Motorabschaltrichtung. Die Druckkomponente
PU indessen erzeugt das Schraubmoment der Schrauberwelle 6. Das von der Schrauberwelle
6 abgegebene Schraubmoment verhält sich also proportional zur Druckkomponente PU.
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In der Ausgangs-Drehmomentübertragungsstellung gemäß Fig. 1 liegt
die Kugel 13 an dem dem Schraubende 8 abgewandten Ende der Nut 14. Mit zunehmendem
Schraubwiderstand seitens der angezogenen Schraubverbindung wandert die Kugel 13
in
Drehmomenttrennrichtung 26 in der Nut 14 an der Nutseitenwand
25 entlang. Sie durchmißt dabei zunächst den ersten Wegbereich 22 größerer Steigung,
in der PU und folglich das auf die Schrauberwelle 6 übertragene Schraubmoment verhältnismäßig
groß sind. Dabei wird die Abtriebs-Kupplungshälfte 5 gegen den Druck der Feder 9
verschoben. Die Überdeckung 27 zwischen den Kupplungsklauen 4 der Kupplungshälften
3,5 nimmt ab. Die Abtriebs-Kupplungshälfte 5 legt sich mit ihrem Anschlagflansch
15 gegen die Kegelspitze 16 des Schaltbolzens 17 und schiebt diesen unter Überwindung
des von der Schraubendruckfeder 19 ausgehenden Federdruckes in Radialrichtung in
die Schrauberwelle 6 hinein.
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Sodann tritt die Kugel 13 von dem ersten Wegbereich 22 in den zweiten
Wegbereich 23 geringerer Steigung der Nut 14 ein mit der Folge, daß PU und damit
das Schraubmoment plötzlich kleiner werden. Am Punkte c ist der Schaltbolzen 17
so weit in die Schrauberwelle 6 eingedrückt, daß die Schaltstange 21 in Überdeckung
mit der Ausnehmung 20 gerät, in die Ausnehmung 20 einfällt und somit die Motorabschaltung
bewirkt.
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Dies erfolgt zu einem Zeitpunkt, zu welchem das über die Schrauberwelle
6 abgegebene Schraubmoment bereits erheblich unter dem maximalen Schraubmoment liegt.
Aufgrund der den bewegten Massen innewohnenden kinetischen Energie wirkt indessen
weiterhin ein Drehmoment auf die Schrauberwelle 6.
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Es erfolgt dabei sogar wieder ein leichter Drehmomentanstieg unter
weiterer Axialverschiebung der Abtriebs-Kupplungshälfte 5 bis zum Punkte d, in welchem
die Uberdeckung zwischen den Kupplungsklauen der beiden Kupplungshälften 3,5 Null
wird, die beiden Kupplungshälften also ausrasten und die totale Drehmomenttrennung
stattfindet.
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Bei der Drehmomentkupplung gemäß Fig. 7 - 12 wird das Antriebsdrehmoment
in die Antriebs-Kupplungshälfte 29 eingeleitet und durch die Kugeln 30 auf die Abtriebs-Kupplungshälfte
31 übertragen0 Die in Axialrichtung einander gegenüberliegenden Stirnseiten der
Kupplungshälften 29,31 sind mit kerbenartigen, miteinander korrespondierenden Rastausnehmungen
32 versehen, in denen beiderseits Kugeln 30 einliegen. Es ist dies das bekannte
Prinzip einer Ratschkupplung.
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Die Abtriebs-Kupplungshälfte 31 stützt sich über Federn 33 in Axialrichtung
an einem mit der Schrauberwelle 34 fest verbundenen Flansch 35 ab. Durch die Feder
33 wird die Abtriebs-Kupplungshälfte 31 unter Einschluß der Kugeln 30 gegen die
Antriebs-Kupplungshälfte 29 gedrückt. Die Abtriebs-Kupplungshälfte 31 ist in Axialrichtung
7 verschiebbar, relativ jedoch zur Schrauberwelle 34 nicht drehbar auf dieser gelagert.
In eine Umfangsnut 36 der Abtriebs-Kupplungshälfte 31 ragt der Betätigungshebel
37 eines Schalters 38 für die Motorabschaltung hinein.
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Beim Ansprechen der Drehmomentkupplung erfolgt eine Relativverschiebung
der beiden Kupplungshälften 29,31 in Umfangsrichtung zueinander mit der Folge, daß
die Kugeln aus den Rastausnehmungen 32 heraus gedrückt werden und an deren Flanken
39 entlangwandern und dabei die Trennfuge zwischen den beiden Kupplungshälften 29,31
aufspreizen derart, daß die Abtriebs-Kupplungshälfte 31 mit Bezug auf Fig. 7 nach
rechts gegen den Druck der Feder 33 ausgelenkt wird. Die Flanken 39 der Rastausnehmungen
32 der beiden Kupplungshälften 29,31 sind wiederum in zwei Wegbereiche aufgeteilt,
nämlich einem ersten Wegbereich 40 größerer und einem zweiten Wegbereich 41 kleinerer
Steigung, jeweils bezogen auf die Axialrichtung 7. Wie anhand von Fig. 1 - 6 eingehend
beschrieben, hat dies wiederum zur Folge, daß nach Durchmessung des ersten Wegbereiches
das maximale Drehmoment erreicht, aber noch vor dem Zeitpunkt, zu welchem durch
entsprechendes Ausmaß der Verschiebung der Kupplungshälfte 31 die Motorabschaltung
erfolgt, die in Umfangsrichtung wirkende Druckkomponente PU reduziert wird, so daß
die beim Abschalten wirksam werdende kinetische Energie erheblich unterhalb des
maximalen Drehmoments liegt und nicht mehr drehmomenterhöhend auf die Schraubverbindung
wirken kann. Zum Zeitpunkt der Motorabschaltung befinden sich die Kugeln 30 bereits
im zweiten Wegbereich 41 reduzierter Steigung mit der Folge, daß PU und das Schraubmoment
reduziert sind, bis die völlige Drehmomenttrennung durch Überlauf der Kugeln 30,
d.h. durch
Ratschen erfolgt. Der Drehmomentverlauf ist in Fig.
12 in ausgezogenen Linien schematisch über dem Verschiebeweg zwischen den beiden
Kupplungshälften 29,31 - letzterer unter schematischer Andeutung der Position des
Schalters 38 - aufgezeichnet. In gestrichelter Darstellung ist die unkontrollierbare
Drehmomentüberhöhung eingezeichnet, die bei Verwendung einer herkömmlichen Ratschkupplung
vorliegen würde.
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Die Ausführungsform gemäß Fig. 13 ff verwirklicht den Erfindungsgedanken
bei einer radial-axial wirksamen Abschaltkupplung. Das vom Antriebsmotor aufgebrachte
Drehmoment wird in die Antriebswelle 43 eingeleitet. Am kupplungsseitigen Ende der
Antriebswelle 43 befinden sich ein oder mehrere, fest mit dieser verbundene Nocken,
die z.B. nach Art eines Schraubenkopfes als Sechskant 44 ausgebildet sind. An jeder
der sechs Umfangsflächen des Sechskants 44 liegt eine Kugel 45 an. Die Kugeln 45
sind in einem Kugelkäfig 46 gelagert, der am kupplungsseitigen Ende der Schrauberwelle
47 drehfest gegenüber dieser angeordnet ist. Die Lagerung der Kugeln 45 im Kugelkäfig
46 ist so vorgenommen, daß die Kugeln sich innerhalb ihres jeweiligen Lagerbettes
im Kugelkäfig 46 in Radialrichtung 54 verschieben können.
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Auf der Schrauberwelle 47 ist in Axialrichtung verschiebbar die das
Schaltteil bildende Schalthülse 48 gelagert. Dabei stützt sich die Schalthülse 48
in Drehmomenttrenn- bzw. Motorabschaltrichtung
d.ho in der dem
Schraubende 8 der Schrauberwelle 47 zugewandten Richtung an der die Schrauberwelle
47 konzentrisch umgebenden, als Zylinderfeder ausgebildeten Feder 49 ab. Die Feder
49 ist ihrerseits in einer den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 - 3 und Fig. 7
entsprechenden Form hinsichtlich ihrer Vorspannung einstellbar an der Schrauberwelle
47 abgestützt0 Das der Feder 49 abgewandte Ende der Schalthülse 48 ist als Ringflansch
50 ausgebildet. Mit seinem stirnseitigen Ende 51 beaufschlagt die Schalthülse 48
die Kugeln 45 des Kugelkäfigs 46 im Bereich der in Radialrichtung außen liegenden
Kugelhälfte. Zu diesem Zweck ist das stirnseitige Ende 51 des Ringflansches 50 als
sich in Richtung auf das Schraubende 8 verjüngender Innenkegel ausgebildet. Die
Mantelfläche dieses Kegels bildet die in den Ansprüchen erwähnte Schrägfläche. Über
die Mantelfläche des Kegels übt die Feder 49 einen radial nach innen gerichteten
Druck auf die Kugeln 45 aus und preßt diese damit gegen die Umfangsfläche des Sechskants
44. Die Mantelfläche des Innenkegels ist in zwei Mantel- bzw. Wegbereiche unterteilt,
nämlich in den ersten, inneren Weghereich 52 relativ großer in Axialrichtung wirksamer
Steigung und den zweiten, äußeren Wegbereich 53 geringerer Steigung.
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Im Bereich seines der Feder 49 zugewandten Endes ist die Schalthülse
48 mit einem Anschlagflansch 15 versehen, der einen radial innerhalb der Schrauberwelle
47 längsverschiebbar
gelagerten Schaltbolzen 17 über dessen aus
der Schrauberwelle 47 herausstehendes Ende beaufschlagt. Das Zusammenwirken der
Schalthülse 48 mit dem Schaltbolzen 17 sowie die Funktionsweise des Schaltbolzens
17 entsprechen dem anhand von Fig. 1 - 3 näher erläuterten Zusammenwirken zwischen
dem Anschlagflansch 15 der Abtriebs-Kupplungshälfte 5 und dem Schaltbolzen 17 sowie
der dort näher beschriebenen Funktion des Schaltbolzens 17. Dementsprechend sind
auch in Fig. 13 insoweit die in Fig. 1 - 3 verwendeten Bezugszeichen aufgeführt.
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Das Kupplungsprinzip als solches ist eingehend in DE-AS 13 02 335
und zwar dort insbesondere anhand von Fig, 5 - 7 näher erläutert. In Drehmoment-Übertragungsstellung,
d.h.
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in der normalen Ausgangsstellung liegen die Kugeln 45 mittig an den
Sechskant-Umfangsflächen an und zwar infolge des von der Feder 49 über das stirnseitige
Ende 51 des Ringflansches 50 radial von außen auf sie einwirkenden Druckes, Der
Drehmomentfluß wird vom Sechskant 44 über die Kugeln 45 auf den Kugelkäfig 46 und
damit auf die Schrauberwelle 47 übertragen.
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Der auf die Kugeln 45 einwirkende Radialdruck wird von dem ersten
Wegbereich 52 des stirnseitigen Endes 51 des Ringflansches 50 aufgebracht8 mit welchem
der Ringflansch 50 an der Kugel 45 anliegt (Fig. 14). Mit Annäherung an das Solldrehmoment
beginnt der Sechskant 44 sich relativ zum Kugelkäfig 46 und damit unter den Kugeln
45 wegzudrehen. Dabei
werden die Kugeln 45 in Radialrichtung 54
nach außen gedrückt. Dabei durchmessen die Kugeln 45 den ersten Wegbereich 52 und
verschieben die Schalthülse 48 in Drehmomenttrenn- bzw. Motorabschaltrichtung gegen
den Druck der Feder 49 (Fig. 15). Es findet zunächst noch eine Drehmoment-Übertragung
statt.
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Bei weiterer Relativdrehung des Sechskants 44 gegenüber dem Kugelkäfig
46, d.h. bei weiterer Radialbewegung der Kugeln 45 treten diese in den zweiten Wegbereich
53 geringerer Steigung des stirnseitigen Endes 51 des Ringflansches 50 ein.
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Von diesem Zeitpunkt an erniedrigen sich die in Radialrichtung und
in Umfangsrichtung ausgeübten Drücke PR und PU.
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Das von nun an auf die Schrauberwelle 47 übertragene Drehmoment wird
entsprechend reduziert und somit der Abschaltvorgang des Antriebsmotors bei einem
kleineren als dem maximalen Moment durchgeführt, so daß die Drehmomenterhöhung durch
die kinetische Energie in der Schraubverbindung nicht wirksam wird. Die Drehmomentkurve
entspricht der in Fig. 12 dargestellten Kurve, wobei die Kupplungsstellung gemäß
Fig, 14 der gemäß Fig. 8, die von Fig. 15 der gemäß Fig. 9 usw.
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entsprechen. Die völlige Drehmomenttrennung erfolgt in dem Moment,
in welchem die Kanten des Sechskant 44 unter den Kugeln 45 durchlaufen, die Ratschkupplung
also durchratscht.