DE2923902C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kupplungen dieser Art sind bekannt und beispielsweise in den DE-OS 24 03 337 und 27 07 530 sowie in der CH-PS 4 08 552 und der FR-PS 10 92 416 be­ schrieben.

Den bekannten Kupplungen dieser Art haftet der Nachteil an, daß im Überlastungsfall nicht gewährleistet ist, daß die miteinander gekuppelten Teile, nämlich Kupplungsnabe und Welle, zuverlässig voneinander gelöst, d. h. wieder entkuppelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Kupplung mit raumsparenden und funktionssicheren Mitteln so zu gestalten, daß die durch Klemmeingriff miteinander verbundenen Flächen der Kupplungsnabe einerseits und der mitgekuppelten Welle andererseits im Falle einer Über­ lastung der Kupplung voneinander gelöst bzw. getrennt werden. Die Einrichtung, die ein derartiges Trennen der miteinander verklemmten Flächen bewirken soll, soll raum­ sparend und funktionssicher sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Maßnahmen gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Der Kerngedanke be­ steht somit darin, den Druck innerhalb der Ringkammer bei Erreichen eines kritischen Drehmoments durch plötz­ liches Öffnen eines Auslaßkanals abzubauen. Erfindungs­ gemäß wird mit sehr wenigen und einfachen Elementen eine sehr zuverlässig arbeitende und ein Entkuppeln bewirkende Betriebsweise erreicht.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Sicherheits- bzw. Druckentlastungsanordnung kann ein Abscherrohr umfassen, das mit der Ringkammer in Verbindung steht, und welches bei einer Relativbewegung zwischen den beiden Klemmflächen abgeschert wird, so daß das Druck­ mittel aus der Ringkammer ausströmen kann und die elastisch verformbare Hülse, welche die eine Klemmfläche bildet, druckentlastet wird.

So dienen insbesondere die Maßnahmen gemäß dem Patentan­ spruch 6, 7 und 8 dazu, beim Auslösen bzw. Tätigwerden der Sicherheits- bzw. Druckentlastungsanordnung das Ausströmen der in der Ringkammer befindlichen Druckmittel aus der Kupplung zu verhindern, so daß es nicht notwendig ist, die Kupplung wieder mit Druckmittel zu füllen, bevor sie erneut an einer Welle, Hohlwelle o. dgl. befestigt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an­ hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen teilweisen Axialschnitt einer ersten Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Kupplung;

Fig. 2, 3 und 4 teilweise Axialschnitte weiterer Ausfüh­ rungsformen der Kupplung;

Fig. 5 einen Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform der Kupplung, und

Fig. 6 eine Schnittansicht gemäß der Linie VI-VI in Fig. 5.

In der Zeichnung und der Beschreibung sind einander identische oder nahezu identische Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Kupplung mit einer Kupplungsnabe 10, die an einer Welle 11 befestigt ist. Die Kupplung umfaßt einen inneren Teil in Form einer dünnwandigen Hülse 12 und einer äußeren Hülse 13, die die Hülse 12 umgibt und mit einem Flansch 14 versehen ist, an der ein weiteres (nicht dargestelltes) Element befestigt werden kann, das mittels der Kupplung an der Welle 11 angeschlossen werden soll. Die Hülsen 12 und 13 sind an ihren Enden druckdicht miteinander ver­ bunden, beispielsweise durch Verschweißen; der Raum zwischen den Verbindungsstellen zwischen den beiden Hülsen 12 und 13 hat im wesentlichen die Form einer ringförmigen Kammer 15, die über einen radialen Einlaß 16 an einen Speicher für Druckmittel 17 angeschlossen werden kann. Das Druckmittel 17, bei dem es sich vorzugsweise um ein Öl niedriger Viskosität handelt, wird in den Einlaß 16 und die Ringkammer 15 mittels eines Kolbens 18 eingepreßt, der abdichtend innerhalb des radialen Einlasses 16 ge­ führt ist und am inneren Ende einer Schraube 20 befestigt ist, die in eine Gewindebohrung 19 im Flansch 14 einge­ schraubt ist. Wenn das Druckmittel durch Einschrauben der Schraube 20 komprimiert wird, wird die Hülse 12 derart radial nach innen verformt, daß die Kupplungsnabe 10 positiv und fest in Klemmeingriff mit der der Hülse 12 gegenüberliegenden Fläche 21 der Welle 11 ist.

Wenn die Kupplung überlastet und relaltiv zur Welle 11 in Rotation versetzt wird, und um eine Beschädigung sowohl der Welle 11 als auch der Kupplungsnabe 10 infolge einer übermäßigen Reibung zwischen der Wellenoberfläche 21 und der Innenfläche 22 der Hülse 12 zu verhindern, ist die Ringkammer 15 mit einem Druckmittelauslaßkanal 23 verse­ hen, in den ein diesen Auslaßkanal normalerweise ver­ schließendes Ventil 24 eingesetzt ist, das in einen Zu­ stand aktiviert bzw. gebracht werden kann, bei dem der Auslaßkanal 24 geöffnet und der Druck in der Ringkammer 15 als Ergebnis einer Relativbewegung zwischen der Ober­ fläche 21 und der Innenfläche 22 der Hülse 12 vermindert wird. Dieses Ventilelement 24 besteht gemäß Fig. 1 aus einer in den außenliegenden Bereich des Auslaßkanals 23 eingeschraubten Schraube, die mit einer durchgehenden Axialbohrung versehen ist. Das innere Ende des Ventil­ elementes 24 liegt abdichtend gegen die Innenwand des Außenkanals 23 an, während an dem äußeren Ende des Ventilelementes ein nach außen ragendes Abscherrohr 25 angebracht ist, dessen außenliegendes Ende verschlossen ist. Ds Abscherrohr 25 ragt in eine Axialöffnung einer fest auf die Welle 11 aufgezogenen Auslösevorrichtung 26 in Form eines Ringes. Beim Auftreten einer Relativdrehung zwischen der Welle 1 und der Kupplungsnabe 10 wird das Abscherrohr 25 abgeschert, derart, daß das Druckmittel aus der Ringkammer 15 durch den Auslaßkanal 23 und die Axialbohrung des Ventilelementes 24 ausströmen kann. Die Ringkammer 15 kann an ihrer Innenseite mit axial ver­ laufenden Nuten 27 versehen sein, um die Druckmittel­ strömung in Richtung des Auslaßkanals 23 zu erleichtern und zu beschleunigen. Im Bereich zwischen der Oberfläche 21 und der Hülse 12 können Schmiermitteltaschen 28 an­ gebracht sein, um eine übermäßige Reibung zwischen der Welle und der Kupplung auszuschließen, wenn die Druck­ entlastungs- bzw. Sicherheitseinrichtung bei Auftreten einer Überlast freigegeben wird bzw. in Tätigkeit tritt. Wenn ein Abscherrohr größerer Länge verwendet wird und der die Auslösevorrichtung 26 bildende Ring damit in einem größeren Abstand von der Kupplungsnabe 10 angebracht werden kann, wird die Druckentlastungs- bzw. Sicherheits­ einrichtung bei einer bestimmten Torsionsdeformation ausgesetzt.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist der Einlaß 16 an die das Druckmittel aufnehmende Ringkammer 15 über einen schrägverlaufenden Anschlußkanal 29 an­ geschlossen, während der Auslaßkanal 23 sich radial er­ streckt und eine sich erweiternde Kammer bildet, deren radial nach innen liegendes Ende durch die Wellenober­ fläche 21 begrenzt wird, derart, daß das Druckmittel beim Ansprechen der Druckentlastungs- bzw. Sicherheitsein­ richtung zwischen den Flächen 21 und 22 ausströmen kann. Das Ventilelement 24 besteht gemäß Fig. 2 aus einem Ven­ tilkörper, der abdichtend in der Auslaßöffnung geführt ist. Der Ventilkörper wird in der dargestellten abdichten­ den Position von einer Auslösevorrichtung 30 in Form einer Kugel gehalten, die zwischen der Wellenoberfläche 21 und dem radial innenliegenden Ende des Ventilelementes 24 angeordnet ist. Wenn infolge einer Überlastung die Welle 11 relativ zur Kupplungsnabe 10 in Rotation gesetzt wird, rollt die Kugel 30 in Umfangsrichtung der Welle 11 in eine die Innenfläche des Ventilelementes 24 freigebende Position, derart, daß dieses Ventilelement radial nach innen gedrückt wird, wodurch die Ringkammer 15 über den Anschlußkanal 29, den radialen Einlaß 16 und im Ventil­ element angeordnete Kanäle 31 und 32 mit dem radial außenliegenden Abschnitt der Kammer 23 in Verbindung ge­ setzt wird, so daß eine Druckentlastung innerhalb der Ringkammer 15 stattfindet.

Bei der in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsform ist der Einlaß 16 unmittelbar an der Auslaßkanal 23 an­ geschlossen. Das Ventilelement 24 ist im wesentlichen, vergleichbar mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1, mit einem Abscherrohr 25 versehen, dessen Ende im wesentlichen konisch bzw. kegelförmig ist. Das Abscherrohr 25 ist mit seinem kegelförmigen Ende in einer im wesentlichen kegel­ förmigen Öffnung einer Auslösevorrichtung 33 in Form einer Scherstange gelagert, die fest an einem weiteren Flansch 34 befestigt ist, der einen Teil der Kupplung bildet und in einem relativ größeren Abstand von dem Flansch 14 liegt. Wenn die Kupplung einer bestimmten Torsionskraft ausgesetzt wird, was zu einer entsprechenden relativen Drehbewegung zwischen der Kupplungsnabe 10 und der in diesem Fall rohrförmigen Welle 11 führt, wird das Ab­ scherrohr 25 als Ergebnis zwischen der Relativbewegung zwischen den Flanschen 14 und 34 abgeschert, so daß das Druckmittel aus der Ringkammer 15 durch das Kanalsystem austreten kann, welches den Einlaß 16, den Auslaßkanal 23 und die Axialbohrung des Ventilelementes 24 umfaßt. Nach Druckentlastung der Kupplung kann diese frei gegen­ über der Hohlwelle 11 rotieren, die beispielsweise mit einer Maschinenwelle verkeilt sein kann.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist die Hülse 12 mit einer weiteren Kammer 40 in Form eines Kanals oder einer Tasche versehen. Diese Kammer 40 enthält eine expansionsfähige Substanz, z. B. ein Gas, eine Flüs­ sigkeit oder einen Metallkörper mit einem linearen Expan­ sionskoeffizienten, der größer ist als derjenige des Ma­ terials, aus dem die Kupplung hergestellt ist. Diese Substanz wirkt auf einen Kolben 41, der seinerseits auf das Ende eines doppelarmigen Hebels 42 einwirkt. Hier bilden der Kolben 41 und der Hebel 42 die Auslösevor­ richtung. Der Hebel 42 ist um eine Achse 43 schwenkbar, und das andere Ende des Hebels wirkt auf einen weiteren Kolben 44, der gegen ein federbelastetes Ventilelement 45 eines Rückschlagventils anliegt. Die Ringkammer 15 ist über einen Kanal 46 an einen Druckmitteleinlaß 47 angeschlossen. Die Anordnung ist so getroffen, daß dann, wenn die Kupplung überlastet wird, die durch Reibung zwischen den sich relativ zueinander drehenden Flächen 21 und 22 erzeugte Hitze einer Expansion der in der Kammer 40 befindlichen Substanz hervorruft, wodurch der Kolben 41 ausgefahren wird und den doppelarmigen Hebel 42 in Uhr­ zeigerrichtung verschwenkt. Bei diesem Verschwenken drückt der Hebel 42 gegen den Kolben 44, wodurch das Ven­ tilelement 45 aus seiner Schließstellung verstellt wird, so daß das in der Ringkammer 15 befindliche Druckmittel durch den Kanal 46 und den Druckmitteleinlaß 47 ausströ­ men kann.

Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform ist die das Druckmittel aufnehmende Ringkammer 15 in radialer Richtung von zwei dünnwandigen Hülsen 12 und 13 begrenzt, die elastisch verformbar bzw. gegeneinander bewegbar sind, um einen Rohrabschnitt 50 gegen die Welle 11 zu drücken bzw. damit zu verklemmen, wobei gleichzeitig auch ein Ringkörper 51 an der Außenhülse 13 der Kupplungs­ nabe 10 befestigt bzw. festgelegt ist. Die Kupplung hat einen teilkreisförmigen Flansch 14, der eine Ausnehmung 52 zur Aufnahme einer Hebelanordnung freiläßt, die einen dop­ pelarmigen Hebel 53 umfaßt, der um die Achse 54 ver­ schwenkbar ist, und einen Hebelarm 55, der an einem Ende des Hebels 53 schwenkbar gelagert ist. Der Hebelarm 55 wird von einer Federanordnung 56 in einer Lage gehalten, bei der er sich radial in Richtung auf die Welle 11 er­ streckt und gegen diese anliegt. Hier bilden im wesent­ lichen die Teile 53, 55 und 56 die Auslösevorrichtung.

Die Ringkammer 15 steht über einen Kanal 57 mit einer weiteren Kammer 58 in Verbindung, deren eine Stirnwand durch eine bewegliche Wand 59 gebildet wird. Diese Wand 59 umfaßt eine mit Innengewinde versehene Hülse, die ver­ schiebbar in den Flanschabschnitt 14 gelagert ist, und einen mit Außengewinde versehenen Block 60, der in die Hülse 59 eingeschraubt ist. Gemäß Fig. 6 liegt das andere Ende des Hebels 53 gegen das außenliegende Ende der be­ weglichen Wand 59 bzw. Hülse an. Bei der dargestellten Position der Hebelanordnung ist der Hebel 53 infolge der Stellung des Hebelarms 55 relativ zur Welle 11 nicht in der Lage, in Gegenuhrzeigerrichtung zu verschwenken, um dadurch die Kammer 58 durch den auf die Wand 59 und den Block 60 ausgeübten Druck des Druckmittels nach auswärts zu verschieben und dadurch das Kammervolumen zu vergröß­ ern. Im Falle einer Überlastung bewirkt jedoch die Rela­ tivdrehung zwischen der Welle 11 und der Kupplungsnabe 10, daß der Hebelarm 55 gegen die Wirkung der Federanordnung 56 verschwenkt wird, wodurch der Hebel 53 freigegeben wird. Das auf die bewegliche Wand 59 und den Block 60 einwirkende Druckmittel kann dann die die bewegliche Wand 59 bildende Hülse in axialer Richtung verschieben, wo­ durch das Volumen der Kammer 58 vergrößert und damit der Druck in der Kammer 58 herabgesetzt wird, wodurch auch die Klemmkräfte auf den Rohrabschnitt 50 einerseits und den Ringkörper 51 andererseits reduziert werden. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Federanordnung 56 ständig die Neigung hat, die Hebelanordnung wieder in die dargestellte Ausgangsposition zurückzustellen, wozu sie jedoch nicht in der Lage ist, da der in der Kammer 58 herrschende Druck eine nach einwärts gerichtete Axialbewegung der Wand 59 und des Blocks 60 verhindert.

Die Hebelanordnung kann nur durch Losschrauben des Blockes 60 zurückgestellt werden, um dadurch die Kammer 58 noch weiter zu vergrößern, und zwar soweit, daß die von der Federanordnung 56 ausgehende Kraft in der Lage ist, die von dem Druckmittel ausgehende Druckkraft zu überwinden. Nach dem Rückstellen der Hebelanordnung wird der Block 60 wieder in die bewegliche Wand 59 bildende Hülse einge­ schraubt, um den Druck des Druckmittels zu erhöhen, wo­ durch die Kupplungsnabe wieder in Klemmeingriff mit dem Rohrabschnitt 50 und dem Ringkörper 51 kommt.

Die Ringkammer 15 kann anstelle von radial nach innen auch radial nach außen von einer dünnen, sich in axialer Richtung erstreckenden, Begrenzungswand begrenzt sein, wenn die Kupplung in eine sie umgebende Bohrung einge­ schoben werden soll.

Claims (8)

1. Kupplung zum Verbinden einer Welle mit einer Nabe mit mindestens einer dünnwandigen Hülse (12), die eine sich axial erstreckende Wand einer im wesentlichen ringför­ migen Kammer (15) bildet, die mit einem Druckmittel (17) beaufschlagbar ist, um diese Hülse im wesentlichen elastisch in radialer Richtung zu deformieren und mit einer Fläche (21) einer Welle (11) zu verklemmen, wobei die Form und Größe dieser Fläche (21) im wesentlichen der Form und Größe der zugeordneten Hülsenfläche (22) entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß eine einem Druckmittelauslassungskanal (23) der Ringkammer (15) zugeordnete, als Abscherrohr (25) oder Ventil (24; 25; 58-60) ausgeführte und durch Relativbewegung zwischen den genannten beiden Flächen (21, 22) oder eine be­ stimmte Torsionsdeformation derselben zur Öffnung des Auslaßkanals, durch eine Auslösevorrichtung (26 bzw. 30 bzw. 33 bzw. 41, 42 bzw. 53, 55, 56) betätigbare Druckentlastungsanordnung vorgesehen ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, wobei das Druckmittel rei­ bungsverringernde Eigenschaften hat, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Auslaßkanal (23) in den Raum zwischen den beiden Flächen (21, 22) geöffnet ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Druckentlastungsanordnung eine den beiden Flächen (21, 22) unmittelbar benachbarte weitere Kammer (40) zur Aufnahme eines Füllmittels aufweist, das durch Relativbewegung zwischen den beiden Flächen (21, 22) erzeugte Reibungswärme expansionsfähig ist, daß der Kammer (40) eine durch das Füllmittel beaufschlagbarer Kolben (41) zugeordnet ist, daß im Bereich des Auslaß­ kanals (23) ein Ventil (45) vorgesehen ist, und daß ein doppelarmiger Hebel (42) mit einem Hebelende auf eine Stirnseite des Kolbens (41) und mit dem anderen Hebel­ ende auf das Ventil (45) einwirkt.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auslösevorrichtung (26) für die Druckentlastungsanordnung an der Welle (11) angeordnet ist.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auslösevorrichtung (33) an der Kupplungsnabe (10) angeordnet ist und eine relativ große Länge aufweist und an der Kupplungsnabe an der Stelle befestigt ist, die in einem relativ großen axialen Abstand von der Druckentlastungsanordnung an­ geordnet ist.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Auslaßkanal mit einer zweiten Kammer (58) in Verbindung steht, die eine verstellbare bzw. beweglich Stirnwand aufweist und mit dem Druck­ mittel füllbar ist, und daß die Druckentlastungsanord­ nung einerseits diese bewegliche Wand (59, 60) dieser weiteren Kammer (58) und eine Hebelanordnung umfaßt, die mit der Welle (11) und mit der beweglichen Wand (59, 60) in einer solchen Weise zusammenwirkt, daß in einem ersten Zustand das Druckmittel bei Nichtauftreten der Relationsbewegung bzw. Torsionsdeformation auf einem ersten vorgegebenen Druckniveau gehalten wird und in einem zweiten Zustand der Druck dieses Druckmittels bei Auftreten einer Relativbewegung oder einer Tor­ sionsdeformation vermindert wird.

7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebelanordnung einen Hebelarm (55) umfaßt, der bei diesem ersten Zustand gegen die Welle (11) anliegt und bei dem zweiten Zustand aus dieser Anlagestellung gegen die Welle (11) herausbewegt wird.

8. Kupplung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die bewegliche Wand (59, 60) der Kammer (58) von einem mit Außengewinde versehenen Block (60) gebil­ det ist, der in eine mit Innengewinde versehene Hülse (59) eingeschraubt ist, die zusammen mit dem Block innerhalb der Kammer (58) verschiebbar ist und auf die die Hebelanordnung einwirkt.