DE3004991A1 - OVERLOAD CLUTCH FOR TRANSMITTING A LIMITED TORQUE - Google Patents
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Description
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11. Feb. 1980Feb 11, 1980
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HILTI AG
Schaan / Fürstentum LiechtensteinHILTI AG
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Überlastkupplung zum Übertragen eines begrenzten DrehmomentesOverload clutch for transmitting a limited torque
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HILTI AKTIENGESELLSCHAFT IN SCHAAN (Fürstentum Liechtenstein)HILTI AKTIENGESELLSCHAFT IN SCHAAN (Principality of Liechtenstein)
üeberlastkupplung zum Uebertragen eines begrenzten Drehmomentes Overload clutch for transmitting a limited torque
Die Erfindung betrifft eine Üeberlastkupplung zum uebertragen eines begrenzten Drehmomentes zwischen zwei koaxial zueinander angeordneten, im wesentlichen scheibenförmigen Triebteilen, wobei im ersten Triebteil Kugeln gelagert sind, welche die dem zweiten Triebteil benachbarte Stirnfläche überragen und unter Federkraft je in eine korrespondierende Rastöffnung der Stirnfläche des zweiten Triebteiles eingreifen. The invention relates to an overload clutch for transmission a limited torque between two coaxially arranged, substantially disk-shaped Drive parts, balls being mounted in the first drive part, which face the end face adjacent to the second drive part protrude and each engage under spring force in a corresponding locking opening of the end face of the second drive part.
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Bei motorisch angetriebenen Handwerkzeugen, wie beispielsweise Bohrhämmern, ist aus Sicherheitsgründen im Drehantrieb zwischen Motor und Werkzeug eine Kupplung vorzusehen, die bei allfälligem Blockieren des Werkzeuges den Kraftfluss zwischen Motor und Werkzeug unterbrechen soll.In the case of motor-driven hand tools, such as rotary hammers, the rotary drive is for safety reasons a coupling is to be provided between the motor and the tool to control the flow of power if the tool is blocked interrupt between motor and tool.
Zu diesem Zwecke sind in Handwerkzeugen zumeist Kugelrastkupplungen eingesetzt. Eine solche bekannte Kupplung besteht beispielsweise aus zwei scheibenförmigen Triebteilen, die miteinander auf gleicher Achse über federbelastete Kugeln in drehschlüssiger Verbindung stehen. Die Kugeln übernehmen zugleich das gegenseitige axiale Abstützen der Triebteile, so dass es zur Erzielung einer gleichmässigen Druckverteilung üblich ist, eine Vielzahl von Kugeln einzusetzen. Dadurch lässt sich der spezifische Druck pro Kugel herabsetzen, was sich auf den Verschleiss positiv auswirkt.For this purpose, ball clutches are mostly used in hand tools used. Such a known coupling consists, for example, of two disk-shaped drive parts which are in a rotationally locked connection with each other on the same axis via spring-loaded balls. Take over the balls at the same time the mutual axial support of the drive parts, so that it is necessary to achieve an even pressure distribution it is common to use a large number of balls. This allows the specific pressure per ball to be reduced, which has a positive effect on wear.
Die auf einer vorgeschriebenen Kreisbahn des ersten Triebteiles in gleichmässigem Winkelabstand gelagerten Kugeln sind, jede für sich, federbelastet und ragen in gekuppeltem Zustand in korrespondierend angeordnete Rastöffnungen in der Stirnseite des anderen Triebteiles. Wird das durch den Eingriff der Kugeln in die Rastöffnungen definierte begrenzte Drehmoment überschritten - wie dies beispielsweise beim Blockieren des Werkzeuges im Bohrgut der Fall ist -, so werden die Kugeln gegen deren Federkraft aus den Rastöffnungen gedrängt, woraufhin sich die Triebteile gegenseitig verdrehen. Dieses gegenseitige Verdrehen erfolgt unter einem im Vergleich zum Auslösemament der Kupplung relativ hohen Leerlaufmoment, da alle Kugeln pro Relativumdrehung der Triebteile nacheinander zusammen in alle Rastöffnungen einfallen, was rasch aufeinanderfolgende, markante Kupplungsimpulse verursacht. Diese werden über den Handgriff an den Handhabenden abgegeben, wodurch dieser einer beachtlichen Gefährdung ausgesetzt ist - man denke an den Einsatz des Handwerkzeuges auf einer Leiter.The balls mounted on a prescribed circular path of the first drive part at an even angular distance are, each for itself, spring-loaded and protrude in the coupled state into correspondingly arranged locking openings in the Front of the other part of the drive. Is that defined by the engagement of the balls in the locking openings limited Torque exceeded - as is the case, for example, when the tool is blocked in the cuttings - so the balls are pushed out of the locking openings against their spring force, whereupon the drive parts mutually twist. This mutual twisting takes place at a relatively high level compared to the clutch release member Idling torque, because all balls per relative rotation of the drive parts together one after the other in all locking openings occur, which causes rapidly successive, distinctive coupling impulses. These are attached to the Handlers, which exposes them to a considerable risk - think of the use of the Hand tool on a ladder.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ueberlastkupplung zum Uebertragen von Drehmomenten zu schaffen, die sich durch ein niederes Leerlaufmoment auszeichnet.The invention is based on the object of creating an overload clutch for transmitting torques which is characterized by a low idling torque.
Erfindungsgemäss wird die'Aufgäbe dadurch gelöst, dass die Kugeln samt ihren korrespondierenden Rastöffnungen in unterschiedlichem radialem Abstand vom Zentrum der Triebteile angeordnet sind.According to the invention, the task is achieved in that the Balls and their corresponding locking openings at different radial distances from the center of the drive parts are arranged.
In gekuppeltem Zustand ist jede der Kugeln in die ihr zugeordnete Rastöffnung eingetaucht. Bei Ueberschreiten des durch den Rasteingriff der Kugeln definierten begrenzten Drehmomentes zwischen den Triebteilen werden alle Kugeln, wie bei bekannten Ueberlastkupplungen, von den Rastöffnungen gegen die Federkraft ausgerückt, so dass sich in der Folge die Triebteile relativ zueinander verdrehen können. Da sich die Kugeln und die Rastöffnungen miteinander korrespondierend in unterschiedlichem radialem Abstand zum Zentrum der Triebteile befinden, kommt es beim gegenseitigen Verdrehen der Triebteile nur nach jeder vollständigen Relativverdrehung zu einem neuerlichen Rasteingriff aller Kugeln.In the coupled state, each of the balls is immersed in the latching opening assigned to it. If the due to the locking engagement of the balls with a defined limited torque between the drive parts, all balls, as with known overload clutches, from the locking openings disengaged against the spring force, so that as a result the drive parts can rotate relative to one another. That I the balls and the locking openings corresponding to each other at different radial distances from the center of the Drive parts are located, it only occurs after each complete relative rotation when the drive parts are rotated relative to one another to a renewed locking engagement of all balls.
Zur Erzielung eines kraftvollen Kupplungseingriffs sowie geringen Verschleisses ist es beispielsweise auch möglich, paarweise oder gruppenweise mehrere Kugeln beziehungsweise Rastöffnungen in gleichen radialen Abständen vom Zentrum der Triebteile anzuordnen. Im Vergleich zu bekannten Kugelrastkupplungen ist aber das Leerlaufmoment m jedem Falle um ein Vielfaches kleiner und damit für den Handhabenden nicht gefährdend.To achieve a powerful clutch engagement as well low wear, it is also possible, for example, in pairs or in groups of several balls or respectively Arrange locking openings at equal radial distances from the center of the drive parts. Compared to known ball lock couplings but the idling torque m is in each case around a Much smaller and therefore not endangering for the operator.
Zum Lösen der voran definierten Erfindungsaufgabe ist es alternativ auch zielführend, die Kugeln samt ihren korrespondierenden Rastöffnungen zueinander unterschiedlich winkel— versetzt auf einer einzigen Kreisbahn anzuordnen. Diese Ausbildung zeichnet sich vor allem durch die Möglichkeit der radial auf ein Minimum begrenzbaren Bauweise der Ueberlastkupplung aus.To solve the inventive task defined above, it is alternatively also expedient, the balls with their corresponding locking openings to each other at different angles— to be arranged offset on a single circular path. This training is mainly characterized by the possibility of Radially limited to a minimum design of the overload clutch the end.
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Die unterschiedliche Winkelversetzung stellt sicher, dass alle Kugeln nur in einer relativen Drehstellung der Triebteile zueinander in alle Rastöffnungen eintauchen können. Durch entsprechend unregelmässige Winkelwahl lässt sich ein sehr niederes Leerlaufmoment erreichen, indem während jeder Relativverdrehung der Triebteile nacheinander gleichzeitig nur jeweils eine Kugel in eine Rastöffnung eintaucht - es kommt also nur zu kleinsten Kupplungsimpulsen im Leerlauf.The different angular displacement ensures that all balls are only in a relative rotational position of the Drive parts can dip into each other in all locking openings. With a correspondingly irregular choice of angles achieve a very low idle torque by during each relative rotation of the drive parts one after the other only one ball at a time in a locking opening immersed - so there are only the smallest clutch impulses when idling.
Auch bei der erstangeführten Kupplungsausbildung mit unterschiedlichem radialem Abstand der Kugeln und Rastöffnungen vom Zentrum der Triebteile ist es gleichermassen von Vorteil, zwischen den Kugeln, und analog auch zwischen den korrespondierenden Rastöffnungen, unterschiedliche Winkelversetzungen vorzusehen. Dadurch lässt sich das einseitige Belasten der Triebteile durch die federbelasteten Kugeln vermeiden. Hierzu ist der Winkel zwischen den Kugeln beziehungsweise Rastöffnungen mit grossem radialem Abstand zweckmässig grosser als jener zwischen den Kugeln mit demgegenüber kleinem radialem Abstand zu wählen. Durch die besagte Winkelversetzung wird zudem erreicht, dass bei paarweisem oder gruppenweisem Anordnen von Kugeln beziehungsweise Rastöffnungen in gleichen radialen Abständen vom Zentrum der Triebteile während deren ReIatiwerdrehung die Kugeln nur einzelnen in den Bereich einer zugehörigen Rastöffnung gelangen können. Diese Anordnung ermöglicht den Einsatz einer hohen Anzahl von Kugeln bei relativ gedrängter Bauweise der Ueberlastkupplung, wobei ein signifikant niederes Leerlaufmoment erzielbar ist.Even with the first-mentioned coupling training with different radial distance of the balls and locking openings from the center of the drive parts, it is equally advantageous between the balls, and similarly also between the corresponding locking openings, different angular displacements to be provided. This allows the one-sided loading of the drive parts by the spring-loaded balls avoid. For this purpose, the angle between the balls or locking openings with a large radial distance is useful to be chosen larger than that between the balls with, in contrast, a small radial distance. Through the said Angular displacement is also achieved that with paired or grouped arrangement of balls respectively Locking openings at equal radial distances from the center of the drive parts during their friction rotation, the balls only individual can get into the area of an associated latching opening. This arrangement enables use a high number of balls with a relatively compact design of the overload clutch, with a significantly lower one Idle torque is achievable.
Eine besonders einfache und funktionell vorteilhafte Ausbildung wird nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung erreicht, wenn zur Erzeugung der Federkraft für die Kugeln eine Druckfeder vorgesehen ist, welche sich an einer an allen Kugeln aufliegenden Andrückscheibe abstützt. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Andrückscheibe selbst als scheibenförmige Druckfeder auszubilden. Um ein AusrückenA particularly simple and functionally advantageous design is achieved according to a further proposal of the invention, if a compression spring is provided to generate the spring force for the balls, which is attached to a all balls resting pressure washer is supported. In principle, however, it is also possible to use the pressure washer itself to be designed as a disk-shaped compression spring. To move out
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der Kugeln aus den Rastöffnungen zu ermöglichen, ist die Andrückscheibe gegenüber dem die Rastöffnungen aufweisenden Triebteil entweder axial verschieblich gelagert oder, im Falle der Ausbildung als Druckfeder, elastisch ausweichbar. Die Kugeln sind ihrerseits vorzugsweise in Durchtrittsbohrungen des einen Triebteiles axial verschieblich gelagert und überstehen dessen beide Stirnflächen, so dass jede Kugel einerseits in eine Rastöffnung einzuragen vermag und andererseits hierzu von der Andrückscheibe beaufschlagbar ist.To enable the balls from the locking openings, the pressure disc is opposite to that having the locking openings Drive part either mounted axially displaceably or, in the case of the design as a compression spring, elastically evasive. For their part, the balls are preferably mounted so as to be axially displaceable in through-bores of the one drive part and protrude from both end faces, so that each ball is able to protrude into a latching opening on the one hand and on the other hand this can be acted upon by the pressure disc.
Die konstruktive Einfachheit dieser Ausbildung wird vor allem dadurch erreicht, dass das Beaufschlagen der Kugeln durch nur eine Druckfeder erfolgt, während bei bekannten Kupplungen jeder Kugel eine separate Druckfeder zugeordnet ist. Als massgeblicher funktioneller Vorteil erweist es sich, dass nur bei jeder vollständigen relativen Verdrehung der Triebteile um 360 Grad die Druckfeder die Kugeln - und zwar alle - in Eingriff mit den Rastöffnungen bringt. In jeder relativen Zwischenverdrehstellung befinden sich zumindest die meisten Kugeln abseits von Rastöffnungen auf ihrer kreisförmigen Bahn und halten so die Andrückscheibe in entfernterer Distanz-Position zu dem die Rastöffnungen beinhaltenden Triebteil. Kommt also während des relativen Verdrehens beider Triebteile diese oder jene Kugel in den Bereich einer auf ihrer kreisförmigen Bahn liegenden Rastöffnung, so kann die Andrückscheibe, da diese an den ausgerückten anderen Kugeln aufliegt, diese einzelne Kugel nicht in deren Rastöffnung einrücken.The structural simplicity of this training is achieved above all by the fact that the balls are acted upon takes place by only one compression spring, while in known couplings each ball is assigned a separate compression spring is. It has proven to be a decisive functional advantage that only with every complete relative rotation the drive parts 360 degrees the compression spring brings the balls - all of them - into engagement with the locking openings. In every relative intermediate rotation position, at least most of the balls are located away from locking openings their circular path and thus hold the pressure disc in a more distant position from which the locking openings containing drive part. So during the relative twisting of both drive parts this or that ball comes into the In the area of a latching opening lying on its circular path, the pressure washer, since it is on the disengaged other balls, do not engage this single ball in their locking opening.
Der Abrollwiderstand der Kugeln bei relativem Verdrehen der Triebteile lässt sich vorzugsweise durch drehbares Lagern der Andrückscheibe gegenüber den Triebteilen verkleinern. Dies trägt ebenso zur Herabsetzung des Leerlaufmomentes bei.The rolling resistance of the balls when the drive parts are rotated relative to each other can preferably be achieved by means of rotatable bearings reduce the pressure disc compared to the drive parts. This also helps to reduce the idling torque.
Die Erfindung soll nunmehr anhand einer sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will now be based on one of them, for example reproducing drawing are explained in more detail. Show it:
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Fig. 1 eine Ueberlastkupplung in eingekuppeltem Zustand, in Schnittdarstellung;1 shows an overload clutch in the coupled state, in sectional view;
Fig. 2 einen Schnitt durch die UeberlastkupplungFig. 2 is a section through the overload clutch
gemäss Fig. 1, entsprechend dem Schnittverlauf II-II.according to FIG. 1, corresponding to the section II-II.
Die in Fig. 1 dargestellte Ueberlastkupplung ist auf einer Welle 1 angeordnet und weist einen treibenden scheibenförmigen Triebteil 2 mit einem Zahnkranz 2a und einem gesamthaft mit 3 bezeichneten anzutreibenden Triebteil auf. Letzterer besteht aus einer als Käfig für mehrere Kugeln 4 dienenden Scheibe 5, die über eine Gewindeverbindung auf einer Nabenscheibe 6 festgelegt ist. Die Nabenscheibe 6 ist über eine Gleitfeder 7 mit der Welle 1 drehfest und axial verschieblich verbunden. Auf der Welle 1 sitzt ferner, axial unverschieblich, eine Schulterbüchse 8, an der sich eine als Tellerfeder ausgebildete Druckfeder 9 abstützt. Letztere drückt gegen einen Zwischenring 11, der seinerseits an der Nabenscheibe 6 anliegt. Auf der Nabenscheibe 6 sitzt drehbar eine Andrückscheibe 12, zu deren Lagerung ein Wälzlager 13 dient, das auf einer kreisringförmigen Fläche 6a der Nabenscheibe 6 abrollen kann. Ueber das Wälzlager 13 wird die von der Druckfeder 9 abgegebene Kraft auf die Andrückscheibe 12 und von dieser auf die Kugeln 4 übertragen, wodurch letztere gegen die innere Stirnfläche 2b des treibenden Triebteiles 2 gedrückt werden. Im gekuppelten Zustand ragen die Kugeln 4 in kegelige Rastöffnungen 14 und bewirken so eine drehschlüssige Verbindung der beiden Triebteile 2, 3 unter einem durch die Federkraft begrenzten Dreh- beziehungsweise Kupplungsmoment . The overload clutch shown in Fig. 1 is arranged on a shaft 1 and has a driving disk-shaped Drive part 2 with a ring gear 2a and an overall designated 3 to be driven drive part. The latter consists of a disc 5 serving as a cage for several balls 4, which has a threaded connection a hub disk 6 is set. The hub disk 6 is rotationally fixed and axial to the shaft 1 via a sliding spring 7 movably connected. On the shaft 1 also sits, axially immovable, a shoulder sleeve 8, on which a Disc spring formed compression spring 9 is supported. The latter presses against an intermediate ring 11, which in turn is attached to the Hub disk 6 rests. A pressure disk 12 is rotatably seated on the hub disk 6, and a roller bearing 13 is used to support it is used, which can roll on an annular surface 6a of the hub disk 6. About the roller bearing 13 is of the compression spring 9 transmitted force to the pressure plate 12 and from this to the balls 4, whereby the latter are pressed against the inner end face 2b of the driving drive part 2. In the coupled state, the balls 4 protrude in tapered locking openings 14 and thus cause a rotationally locking connection of the two drive parts 2, 3 under one through the spring force limited the torque or clutch torque.
Um eine möglichst hemmungsfreie Drehlagerung der Triebteile zu erreichen, ist der Triebteil 2 stirnseitig über eine Lagerscheibe 15 an einer Schulter der Welle 1 abgestützt. Ferner sitzt der Triebteil 2 unter Zwischenlage einer Lagerbüchse 16 auf der Nabenscheibe 6.In order to achieve the most unrestrained rotational mounting of the drive parts, the drive part 2 is on the front side via a Bearing disk 15 supported on a shoulder of shaft 1. Furthermore, the drive part 2 sits with the interposition of a bearing bush 16 on the hub disk 6.
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Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, sind in der Scheibe 5 sechs Kugeln 4 in Durchtrittsbohrungen 17 gefasst, wobei die Kugeln vom Zentrum der Welle 1 in unterschiedlichem radialem Abstand sowie unterschiedlich winkelversetzt angeordnet sind. In gleicher Anordnung wie die Kugeln 4 befinden sich ebenso sechs Rastöffnungen 14 in der Stirnfläche 2b des Triebteiles 2.As can be seen from FIG. 2, six balls 4 are held in through-holes 17 in the disk 5, the Balls from the center of the shaft 1 are arranged at different radial distances and at different angles are. In the same arrangement as the balls 4, there are also six locking openings 14 in the end face 2b of the Drive part 2.
Wird, beispielsweise zufolge Verklemmens des Werkzeuges im Bohrgut, der Triebteil 3 zu stark gebremst oder blockiert, so hat das ein Ueberschreiten des besagten begrenzten Drehmomentes zwischen den Triebteilen zur Folge und die Kugeln werden mit Beginn des gegenseitigen Verdrehens der Triebteile 2, 3 aus den Rastöffnungen 14 gedrängt. Dabei wird von den Kugeln 4 die Andrückscheibe 12, das Wälzlager 13, der Triebteil 3 und der Zwischenring 11 um einen der Tiefe der Rastöffnungen 14 entsprechenden Weg axial gegen die Druckfeder 9 verschoben. Bei weiterem relativem Verdrehen der Triebteile 2, 3 laufen die Kugeln 4 an der Stirnfläche 2b auf deren radialen Abstand vom Zentrum der Welle 1 entsprechenden Kreisbahnen ab. Erst nach jeder vollständigen Relativverdrehung der Triebteile 2, 3 gelangen wieder alle Kugeln 4 in Deckung mit allen Rastöffnungen 14, um abermals einzurasten. Im Gegensatz zu bekannten Kuppplungen kommt es bei der erfindungsgemässen Üeberlastkupplung im Leerlauf also nur nach jeder vollständigen Relativumdrehung zu einem Kupplungsimpuls. Damit ist ein sehr niederes Leerlaufmoment erzielbar, wobei hierzu im besonderen auch das Wälzlager 13 beiträgt, indem dieses ein annähernd hemmungsfreies Verdrehen der Andrückscheibe 12 gegenüber dem Triebteil 3 ermöglichen und dadurch klassisches Abrollen der Kugeln 4 zwischen der Stirnfläche 2 und der Andrückscheibe 12 erfolgt*. If, for example, jamming of the tool in the Drilled material, the drive part 3 braked too much or blocked, this has an exceeding of the said limited torque between the drive parts result and the balls are with the beginning of the mutual rotation of the drive parts 2, 3 pushed out of the locking openings 14. It is of the balls 4, the pressure plate 12, the roller bearing 13, the Drive part 3 and the intermediate ring 11 by a distance corresponding to the depth of the locking openings 14 axially against the compression spring 9 postponed. With further relative rotation of the drive parts 2, 3, the balls 4 run on the end face 2b on their radial distance from the center of the shaft 1 corresponding circular paths. Only after each complete relative rotation of the drive parts 2, 3 all balls 4 again come into congruence with all locking openings 14 to again to click into place. In contrast to known clutches, the overload clutch according to the invention occurs when idling so only after each complete relative rotation to a clutch pulse. This means that there is a very low idle torque achievable, with the rolling bearing 13 also contributing in particular to this by virtue of its almost unrestrained rotation of the pressure disk 12 with respect to the drive part 3 and thereby classic rolling of the balls 4 between the end face 2 and the pressure plate 12 takes place *.
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