DE3536886C2 - Drehmoment-Begrenzungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmoment-Begrenzungseinrichtung für eine Drehbewegung übertragende Kupplungsvorrichtung; sie wird verwendet, um ein Antriebselement dadurch vor übermäßiger Belastung zu schützen, daß sie die Übertragung der Drehbewegung auf ein Abtriebselement unterbricht. Die Erfindung bezieht sich im besonderen auf eine Drehmoment-Begrenzungseinrichtung, welche so ausgelegt ist, daß sie durch Steuerung mittels Kugeln die Übertragung der Drehbewegung von einem Antriebselement auf ein Abtriebselement sowohl unterbricht als auch wieder aufnimmt.

Im Stand der Technik sind eine Reihe von Drehmoment-Begrenzungs­ einrichtungen unterschiedlicher Konstruktion zur Übertragung von Drehbewegungen bekannt, durch die ein Antriebselement vor über­ mäßiger Belastung durch ein Abtriebselement geschützt wird. Es ist auch bekannt, zur Steuerung sowohl der Unterbrechung als auch der Wiederaufnahme der Übertragung der Drehbewegungen Ku­ geln vorzusehen.

Die herkömmlichen Drehmoment-Begrenzungseinrichtungen, welche für diesen Zweck Kugeln verwenden, weisen eine Ringplatte mit Bohrungen zum Halten der Kugeln auf, welche mit einem Abtriebs­ element verbunden ist und mit diesem umläuft, ferner einen Flansch mit sich verjüngenden Bohrungen für den Ein- und Aus­ tritt der Kugeln, welcher mit einem Abtriebselement verbunden ist, und ein Gleitelement zum Andrücken der Kugeln an den Flansch über die Ringplatte, welche so an dem Antriebselement angeordnet ist, daß sie auf diesem frei rotierbar ist.

Zwischen dem Gleitelement und dem Antriebselement ist ein Paar sich verjüngender Ringelemente angeordnet. Zwischen den beiden einander gegenüber angeordneten, sich verjüngenden Ringelementen befindet sich eine Anzahl von Kugeln. Für eines der Stangenele­ mente ist eine Druckfeder vorgesehen.

Aufgrund der besonderen Konstruktion der Anordnung werden die Kugeln sowohl zwischen die Ringelemente hinein als auch wieder aus diesen herausgedrückt. Die Kugeln arretieren das Gleitele­ ment in einer vorgeschobenen Stellung, sobald sie sich außerhalb der Ringelemente befinden, um eine Drehbewegung von dem An­ triebselement auf das Abtriebselement zu übertragen. Sie arre­ tieren das Gleitelement in einer zurückgezogenen Stellung, so­ bald sie sich zwischen den Ringelementen befinden, um diese auseinanderzudrücken und damit die Übertragung der Drehbewegung zu unterbrechen.

Eine vergleichbare Konstruktion ist z. B. aus der US-PS 3 080 029 bekannt, welche eine Überlastkupplung zur Übertragung extrem hoher Drehmomente bei niedrigen Geschwindigkeiten beschreibt.

Weiterhin ist aus der DE-PS 29 34 164 eine Ausrückkupplung be­ kannt, bei welcher die das Drehmoment übertragenden Kugeln in radialer Richtung verschiebbar ausgebildet und mit Federkraft beaufschlagt sind, wobei ein erster Schubring mit seiner Um­ fangsfläche an einer Mehrzahl von Schubkugeln anliegt und diese Schubkugeln bei Einrückstellung der Kupplung in Anlage an eine den Drehmoment übertragenden Kugeln angewandte Umfangsfläche eines zweiten Schubrings sowie an eine konisch verlaufende Um­ fangsfläche eines die Schubkugeln axial übergreifenden Rings und bei Ausrückstellung der Kupplung in Anlage an eine zylindrische Stützfläche hält.

Aus der DE-PS 24 53 500 ist eine Überlast-Sicherungseinrichtung zur Verbindung zweier Kupplungshälften bekannt, bei welcher das Kupplungselement, der die Schulter des Kupplungselements hinter­ greifende Rollkörper und die den Rollkörper belastende Feder in einem mit einer ersten Kupplungshälfte verbindbaren Lagerteil angeordnet sind, welches eine Abstützfläche für einen Rollkörper bildet und durch welches das Kupplungselement in der Lösestel­ lung zugänglich ist.

Bei all diesen bekannten Drehmoment-Übertragungs- oder Kupp­ lungseinrichtungen stehen die betätigenden Kugeln mit schrägen Flächen ringförmiger Elemente in punktueller Berührung. Damit konzentriert sich eine auftretende Kraft auf diese Berührungs­ punkte. Dies führt zu der Schwierigkeit, daß sowohl die Kugeln als auch die sich verjüngenden Stangenelemente bei häufig auf­ tretenden Belastungen einem erheblichen Verschleiß unterliegen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Drehmoment-Begrenzungs­ einrichtung zu schaffen, bei der eine Konzentration wirksam werdender Kräfte allein auf die Berührungspunkte vermieden wird, um auf diese Weise den Verschleiß der Kugeln und der sich ver­ jüngenden Ringelemente wesentlich zu verringern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patent­ anspruchs 1.

Durch den Einsatz eines segmentierten, im Querschnitt trapezförmigen Rings ergibt sich der Vorteil, daß eine Drehmo­ ment-Begrenzungseinrichtung geschaffen wird, deren Lebensdauer und Haltbarkeit sich infolge des wesentlich verringerten Ver­ schleißes verlängert.

Zwar ist der Einsatz eines segmentierten, im Querschnitt tra­ pezförmigen Rings auch in der zeitrangälteren, aber nachveröf­ fentlichten DE-OS 34 02 860 beschrieben, jedoch unterscheidet sich dieses Überlastelement für Drehmomentkupplungen in seiner Konstruktion grundsätzlich von der erfindungsgemäßen Drehmoment- Begrenzungseinrichtung, da dieses Überlastelement, welches Anordnung an zwei gegenüberliegenden Kupplungshälften vorgesehen ist, jeweils nur eine einzige, das Drehmoment übertragende Kugel mit Federkraft beaufschlagt. Hierzu findet ein Druckbolzen mit einer schrägen Umfangsschulter Verwendung, an welcher ein zwi­ schen zwei ringförmigen Elementen angeordneter segmentierter Ring angreift. Zur Herstellung einer funktionsfähigen Überlast­ kupplung müssen daher zumindest zwei an gegenüberliegenden Sei­ ten angeordnete Überlastelemente an den zwei einander gegenüber­ stehenden Kupplungshälften vorgesehen werden.

Demgegenüber ist die erfindungsgemäße Drehmoment-Begrenzungsein­ richtung derart ausgebildet, daß sämtliche ringförmige Elemente um ein auf einer Antriebswelle angeordnetes Antriebselement vorgesehen sind. Hierdurch ergibt sich der Vorteil eines gerin­ geren konstruktiven Aufwands.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Un­ teransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrie­ ben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Drehmoment-Be­ grenzungseinrichtung;

Fig. 2 einen teils gebrochenen Längsschnitt der Dreh­ moment-Begrenzungseinrichtung bei extremer Be­ lastung;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Zwi­ schenstücks der Drehmoment-Begrenzungseinrich­ tung;

Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt Kraft übertra­ gender Kugeln und Bohrungen in radialer Rich­ tung;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 4;

Fig. 6 unter I und II einen Schnitt entlang der Linien B-B und C-C nach Fig. 5;

Fig. 7 eine vergrößerte, teilweise gebrochene perspek­ tivische Darstellung eines Flansches mit Boh­ rungen an einer Oberfläche;

In Fig. 1 und 2 betrifft das Bezugszeichen 11 eine An­ triebswelle; das Bezugszeichen 12 bezieht sich auf ein an der Antriebswelle befestigtes Antriebselement; das Bezugs­ zeichen 13 betrifft einen Flansch am vorderen Ende des An­ triebselementes. 14 bezieht sich auf eine Abtriebswelle; ein an einem Ende der Abtriebswelle 14 befestigtes zylin­ drisches Abtriebselement 15 umgibt den Flansch 13 unter Aussparung eines kleinen Zwischenraums. Eine Ringplatte 16 mit Bohrungen zum Halten von Kugeln ist mit dem An­ triebselement 12 hinter dem Flansch 13 so lose verbunden, daß sie auf dem Antriebselement rotieren kann. Eine sich in axialer Richtung erstreckende Kupplungsvorrichtung 17 mit einer Nut und einer Schraube verbindet die Außenseite der Ringplatte 16 und die Innenseite des Abtriebselemen­ tes 15 so miteinander, daß die Ringplatte und das Ab­ triebselement miteinander umlaufen.

In der Nähe des Außenumfangs der Ringplatte 16 ist in axialer Richtung eine Anzahl von Bohrungen 18 vorgesehen. Diese Bohrungen enthalten jeweils ein Kugelpaar 19 für die Übertragung von Drehkraft. An der Rückseite des Flansches 13 ist die gleiche Anzahl von Bohrungen 30 für die Aufnah­ me eines Teils einer der in Paaren angeordneten Kugeln vorgesehen.

Das Bezugszeichen 21 betrifft ein ringförmiges Gleitele­ ment; ein Teil der anderen der in Paaren angeordneten Ku­ geln 19 greift lose in eine flache Ausnehmung mit einem bogenförmigen Querschnitt ein, welche sich an der Vorder­ seite des Gleitelementes befindet.

Zwischen der Innenseite des Gleitelementes 21 und der Außenseite des Antriebselementes 12 ist durch ein Paar parallel und im rechten Winkel zur Achsrichtung angeordneter Ringelemente 24, 25 mit trapezförmigen Querschnitt eine sich verjüngende Nut gebildet. Eines 25 der Ringelemente kann gleiten. Zwischen den Ringelementen ist ein Ringstück 26 vorgesehen. Dieser Ring 26 ist in mehrere Segmente unterteilt; der Querschnitt dieses Ringes verjüngt sich keilförmig in Richtung auf die Antriebswelle. Die einander gegenüberliegenden Flächen der Ringelemente legen sich eng an die beiden sich verjüngenden Seiten des Rings 26 an. Die Seite des mit dem Ringelement 24 in Berührung stehenden Rings ist zur Bildung einer ebenen Fläche 26a an einer Ecke abgestumpft.

Eine weitere ebene Fläche 21a ist für die der ebenen Fläche 26a gegenüberliegende Anordnung am Boden des Gleitelementes 21 ausgebildet. Wird nun der Ring 26 durch das Ringelementepaar 24, 25 aus der Nut herausgedrückt, so gelangt die ebene Fläche 26a in enge Berührung mit der Ebene 21a, mit dem Ergebnis, daß das Gleitelement 21 vorgeschoben und zur Übertragung der Drehbewegung gemäß Fig. 1 gegen die Kugeln 19 gedrückt wird.

Umgekehrt lösen sich beim Hineindrücken des Rings 26 zwischen das Ringelementepaar 24, 25 die ebenen Flächen 21a und 26a aus ihrer Berührung und das Gleitelement 21 zieht sich zur Unterbrechung der Übertragung der Drehbewe­ gung gem. Fig. 2 in seine Ausgangsstellung zurück.

Ein Ring 28 für die Aufnahme von Druckfedern 29 ist am hinteren Ende des Antriebselementes 12 vorgesehen, d. h. zwischen dem Ringelement 25 und dem Ring 28 sind mehre­ re Federn 29 im gespannten Zustand angeordnet. Das Innere der Bohrungen 30 des Flansches 13 ist für die teilweise Aufnahme einer der Kugeln der Kugelpaare sphärisch ausge­ bildet, wie aus den Fig. 4 und 5 hervorgeht. Der Boden der Bohrungen 30 ist zur Ausbildung einer geraden Bohrung 31 unterschnitten.

Um darüber hinaus den Berührungsdruck der aus den Bohrun­ gen 30 austretenden Kugeln zu verringern, ist im Innern der Bohrungen 30 eine bogenförmige Kugelführungsnut 32, deren Wölbung in etwa der Außenseite der Kugeln 19 ent­ spricht, so vorgesehen, daß diese allmählich flacher wird und unter Bildung einer Kurve in Drehrichtung der Kugeln am Berührungspunkt mit der Oberfläche 33 des Flansches 13 eben bzw. gerade ausläuft.

Aus dem gezeigten Ausführungsbeispiel geht hervor, daß die Bohrungen 30 im Innern kugelförmig ausgebildet sind und die Kugelführungsnut 32 zur Erleichterung des Austre­ tens der Kugeln aus den Bohrungen an einander gegenüber­ liegenden Seiten der Bohrungen vorgesehen ist.

Im Gegensatz zu diesem Ausführungsbeispiel kann der Rand der Bohrungen jedoch auch durchgehend abgeschrägt bzw. ausgekehlt sein und die Führungsnut ganz fehlen.

Wird nach dem vorstehenden Ausführungsbeispiel die An­ triebswelle angetrieben, so dreht sich der mit der Ringplatte 16 verbundene Flansch 13, da die Kugeln 19 der Ringplatte gem. Fig. 1 mit den Bohrungen 30 des Flan­ sches im Eingriff stehen; infolgedessen läuft das mit der Ringplatte 16 verbundene Abtriebselement 15 zur Über­ tragung der Drehkraft auf die Abtriebswelle 14 um.

Gleichzeitig läuft das Antriebselement 12 in bezug auf das Abtriebselement 15 um, wenn letzteres aus irgend­ einem Grund mit einer extremen Kraft beaufschlagt wird, die sein Umlaufen erschwert. In diesem Augenblick wer­ den die in den Bohrungen 30 des Flansches 13 befindli­ chen Kugeln 19 über die Kugelführungsnut 32 herausge­ drückt, um an Stellen zu gelangen, an denen keine Boh­ rungen vorgesehen sind. Dadurch bewegt sich das Gleit­ element gem. Fig. 2 in eine zurückgezogene Stellung.

Darüber hinaus wird in diesem Augenblick das Zwischen­ stück 26 so zwischen das Stangenelementepaar 24, 25 hinein­ gedrückt, daß sich der Abstand zwischen den Stangenele­ menten vergrößert, da die ebene Fläche 21a an der Innen­ seite des Gleitelementes 21 die ebene Fläche 26 a des Zwischenstücks nach innen drückt. Eines 24 der Ring­ elemente kann sich aufgrund einer vor diesem befindlichen Schulter nicht nach vorne bewegen, so daß nur das andere 25 sich nach rückwärts bewegt und die Feder 29 zusammen­ drückt.

Wird das Gleitelement 21 noch weiter nach rückwärts bewegt, so verharrt der Ring 26 in seiner Lage zwischen den Ringelementen 24 und 25, da das Gleitelement 21 sich über den Ring 26 schiebt und dieses mit seiner flachen Unterseite nach unten drückt. Die Kugeln verlieren nunmehr genügend Kraft, um sich wieder in die Bohrungen 30 des Flansches zu begeben. Auf diese Weise wird die Drehmoment-Begrenzungseinrichtung freigegeben, und die Drehbewegung wird nicht auf das Abtriebselement übertragen.

Claims (4)

1. Drehmoment-Begrenzungseinrichtung zur Vermeidung extremer Kraftübertragung von einer Antriebswelle (11) auf eine Ab­ triebswelle (14) oder umgekehrt,
mit einem auf der Antriebswelle (11) angeordneten Antriebs­ element (12) und einem auf der Abtriebswelle (14) angeord­ neten Abtriebselement (15),
wobei die Lastübertragung von der Antriebswelle (11) über das Antriebselement (12) auf das Abtriebselement (15) und die Ab­ triebswelle (14) mittels umfangsverteilt angeordneten, bei Überlast aus einer Raststellung ausrückbarer Elemente (19) erfolgt,
mit zwei auf dem Antriebselement (12) angeordneten, die Antriebswelle (11) umgebenden Ringele­ menten (24, 25), von welchen ein Ringelement (25) axial ver­ schiebbar ausgebildet und mit einer Federkraft beaufschlagt ist,
wobei die Ringelemente (24, 25) zwischen sich eine im Quer­ schnitt trapezförmige umlaufende Nut ausbilden,
in welche ein in mehrere Segmente unterteilter, im Quer­ schnitt wesentlichen trapezförmiger Ring (26) eingreift, wobei die Segmente mit ihren Seitenflächen an den Seitenflä­ chen der Nut anliegen und eine Schräge (26a) aufweisen,
welche mit einer Schräge (21a) eines um das Antriebselement (12) angeordneten ringförmigen Gleitelements (21) derart zusammenwirkt, daß das Gleitelement (21) Rastelemente (19) in deren Raststellung hält und mit Federkraft beaufschlagt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Rastelemente (19) als Kugeln ausgebildet sind, welche in ihrer Raststel­ lung in Ausnehmungen (30) in einem Flansch (13) eingreifen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Ausnehmungen (30) im wesentlichen die Form einer Kugelkalotte mit in den Ausrückrichtungen der Kugeln flach auslaufenden Kugelfüh­ rungsnuten aufweisen.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Schräge (26a) des Rings (26) derart beschaffen ist, daß diese in der Ausrückstellung der Rastelemente (19) das nicht mehr mit der Schräge (21a) des ringförmigen Gleit­ elements (21) zusammenwirkt, so daß die Rastelemente (19) in der ausgerückten Stellung verbleiben.