DE3717692A1 - Kupplung zwischen motor und getriebe bei extrudern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung als drehfestes Verbindungselement zwischen einem Drehantrieb und einem anzutreibenden Aggregat mit je einer Kontaktfläche auf der Antriebsseite und der angetriebenen Seite der Kupplung, welche zur Herstellung einer drehfesten Verbindung in kraftschlüssigen Reibkontakt bringbar sind.

Reibungskupplungen, bei denen zwei miteinander zusammenwirkende Kontaktflächen zur Herstellung einer kraftschlüssigen Drehverbindung gegeneinander gepreßt werden, sind bekannt. Da derartige Kupplungen durch entsprechende Bemessungen der Kontaktflächen und/oder der die beiden Flächen belastenden Anpreßkraft bezüglich der Größe des übertragbaren Drehmoments begrenzbar sind, können sie gleichzeitig als Sicherheitskupplungen dienen; falls die angetriebene Maschine blockiert ist oder durch andere Einflüsse ein Drehmoment erfordert, welches das vorgesehene Grenzmoment übersteigt, rutscht die Reibungskupplung durch und verhindert so eine Beschädigung der angetriebenen Maschine. Dabei ist jedoch eine Überwachung der Kupplung erforderlich etwa, indem der dann erhöhte Schlupf zwischen den beiden Kupplungsseiten einen Alarm auslöst oder beispielsweise den Antrieb abschaltet. Derartige Überwachungseinrichtungen sind jedoch teuer, weshalb sie wegen der großen Seltenheit derartiger Ereignisse und zur Einsparung von Kosten oft fehlen. Tritt dann ein solches Ereignis ein, so kann es dazu kommen, daß sich die aufeinander reibenden Kontakt­ flächen der Kupplung sehr stark erwärmen und diese Erwärmung schließlich zur Zerstörung oder zur nicht mehr reparablen Schädigung der Kupplung führt. Derartiges kann sich beispielsweise bei der Verarbeitung von thermoplastischen Kunststoffen dienenden Extrudern ergeben, wenn die Extruderschnecke eingefroren ist, d. h., wenn der Inhalt des Extruderzylinders sich durch Abkühlung verfestigt hat.

Da bekannte Überwachungseinrichtungen sehr kostenintensiv sind, zu Fehlschaltungen neigen und zudem durch das Einfrieren der Extruder­ schnecke entstehende Störungen sehr selten vorkommen, besteht ein starkes Bedürfnis für eine einfache und betriebssichere Möglichkeit, um beim Eintreten eines solchen Ereignisses die Zerstörung oder starke Schädigung der Kupplung zu verhindern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine solche Möglichkeit bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Reibungskupplung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß eine der beiden Kontaktflächen als selbständiger Zwischenkörper zwischen dem ihr zugehörigen Kupplungsteil und der zweiten Kontaktfläche ausgebildet ist, daß zwischen dem Zwischenkörper und dem diesem zugehörigen Kupplungsteil ein einen gleichmäßigen Spalt bildender Abstand vorgesehen ist, in welchem mindestens ein Scherkörper, vorzugsweise mehrere mit gleichem Winkelabstand über den Umfang verteilte Scherkörper, den Spalt unter Herstellung einer formschlüssigen Verbindung überbrückend, vorgesehen sind und der oder die Scherkörper aus einem Werkstoff mit bei vorgegebener Grenztemperatur stark abfallender Scherfestigkeit hergestellt sind.

Der zugehörige Kupplungsteil und die beiden Kontaktflächen können vorzugsweise kreiszylindrisch oder kegelstumpfförmig sein, die Oberfläche des z. B. als Scheibe oder als Kupplungsring ausgebildeten Kupplungsteils und die diesem zugewandte Oberfläche des Zwischenkörpers können zueinander im wesentlichen parallel verlaufen und jeweils korrespondierende, in durch die Rotationsachse gehenden Ebenen liegende, z. B. durch ebene Wände begrenzte Kerben oder auch kreiszylindrische Vertiefungen aufweisen, in welche die vorzugsweise die Form von Zylinderstiften aufweisenden Scherkörper eingelegt sind und dadurch die formschlüssige Verbindung zwischen beiden Oberflächen herstellen. Die Scherkörper können aus beispielsweise einem aliphatischen amorphen Polyamid mit aromatischen Bausteinen sein; als gut geeignet hat sich beispielsweise ein Polyamid mit dem Handelsnamen "TROGAMID" erwiesen. Die Scherkörper können auch aus Polypropylen oder einer Metallegierung mit entsprechend niedrigem Schmelzpunkt bestehen. Vorzugsweise kann der Beginn des Abfalls der Scherfestigkeit auf eine Temperatur festgelegt werden, die zwischen ca. 120° und 180° und vorzugsweise zwischen ca. 140° und 160° liegt.

Tritt nun der Fall ein, daß das angetriebene Aggregat blockiert, so rutscht bei Überschreiten des Grenzmoments die Reibungskupplung zunächst durch, was in der Folge zu einer kräftigen Erhitzung der Kupplung führt. Gleichzeitig erhitzen sich dabei auch die Scherkörper, bis sie bei Erreichen der vorgesehenen Grenztemperatur stark an Festigkeit verlieren und abscheren. Bei "TROGAMID" liegt beispielsweise diese Grenztemperatur bei ca. 140°C (s. Kunststofftaschenbuch, 18. Auflage, Seite 278/279). Die Scherfestigkeit nimmt hierbei schnell so stark ab, daß die Scherkörper zerstört werden und die formschlüssige Verbindung zwischen der zugehörigen Kupplungsseite und der Kontaktfläche verloren­ geht. Zwar läuft der antriebsseitige Kupplungsteil bis zum Abschalten weiter um, da aufeinander laufende Flächen jedoch nicht mehr vorhanden sind, wird eine schädliche Erhitzung oder gar Zerstörung der Kupplung sicher verhindert. Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Reibungskupplung;

Fig. 2 Blick auf das antriebsseitige Kupplungsteil;

Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Reibungskupplung;

Fig. 4 Schnitt entlang IV-IV, Fig. 3, mit zylindrischen Vertiefungen für die Scherkörper;

Fig. 5 wie Fig. 4, jedoch mit die Scherkörper aufnehmenden Kerben.

Die Fig. 1 zeigt als Prinzipskizze eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reibungskupplung. Das als ringförmige Kupplungsscheibe ausgebildete Kupplungsteil 2 ist mit Hilfe der Nabe 3 und der Paßfeder 4 auf der Antriebswelle 1 drehfest befestigt und durch nicht dargestellte Mittel axial festgelegt. In die Oberfläche der Kupplungsscheibe 2 sind radiale Vertiefungen 33, 34 (Fig. 4 und 5) eingebracht, die beispielsweise eine kreiszylindrische Form 34 oder die Form von durch im wesentlichen gerade Flächen begrenzten Kerben 33 haben können.

Der mit Kerben 33, 34 versehenen Oberfläche der Kupplungsscheibe 2 gegenüber ist mit einem Abstand oder Spalt 18 ein mit seiner Nabe 12 ebenfalls auf der Antriebswelle 1 sitzender Zwischenkörper 11 vorge­ sehen, der sich auf dieser frei drehen kann. Ein Bund 5, an dem der Zwischenkörper mit der von der Kupplungsscheibe 2 abgewandten Seite anliegt, begrenzt die axiale Beweglichkeit des Zwischenkörpers 11. Seine der Kupplungsscheibe 2 zugewandte Seite weist ebenfalls Ver­ tiefungen oder Kerben 33, 34 auf, die bezüglich Verteilung, radialer Lage und Abmessungen mit denen der Kupplungsscheibe 2 korrespondieren. Die zweite Fläche des Zwischenkörpers 11 bildet die Kontaktfläche 14 und kann beispielsweise einen Reibbelag 17 tragen. Bei der Kupplungs­ montage werden die Scherkörper 16 in die Kerben 33 bzw. 34 der Kupplungsscheibe 2 und des Zwischenkörpers 11 eingelegt, so daß nun nach dem Zusammenschieben des Kupplungsteils 2 und des Zwischenkörpers 11 sowie dem anschließenden axialen Festlegen des Kupplungsteils 2 auf der Antriebswelle 1 eine formschlüssige Einheit 2, 11 entsteht.

Die Abtriebswelle 6 fluchtet mit der Antriebswelle 1 und trägt den abtriebsseitigen Kupplungsteil 7, der mit Hilfe seiner Nabe 8 und einer Paßfeder 9 drehfest mit der Abtriebswelle 6 verbunden ist. Der Kupplungsteil 7 ist gegen eine starke Druckfeder 19, deren Vorspannung durch einen mit der Stiftschraube 21 festlegbaren Stellring 20 einstellbar ist, auf der Antriebswelle axial verschiebbar. Durch die Feder 19 wird er mit seiner Kontaktfläche 15 mit einer solchen Kraft gegen die Kontaktfläche 14 des Zwischenkörpers 11 gedrückt, daß eine drehfeste Verbindung zwischen den beiden Kontaktflächen 14, 15 entsteht. Der Reibbelag 17 kann vorteilhaft statt auf der Kontaktfläche 14 des Zwischenkörpers 11 als Kontaktfläche 15 auf der Kupplungsscheibe 7 vorgesehen sein. Ein Bund 10 begrenzt die Beweglichkeit des Kupplungsteils 7 in Richtung auf die antriebsseitige Kupplungshälfte 2, 11.

Die durch die Vorspannung der Feder 19 erzeugte Anpreßkraft zwischen der Kupplungsscheibe 7 und dem Zwischenkörper 11 bestimmt das maximal durch die Kupplung übertragbare Drehmoment. Wird dies überschritten, so rutscht die Kupplung durch, so daß die beiden Oberflächen 14 und 15 sich gegeneinander bewegen. Dabei kommt es zur Wärmeentwicklung, der Zwischenkörper 11 heizt sich auf und überträgt die Wärme auch auf die Scherkörper 16. Sobald nun die Temperatur auf einen den Eigen­ schaften des Werkstoffes entsprechenden Grenzwert, bei dem ein starker Abfall der Scherfestigkeit stattfindet, angestiegen ist, können die Scherkörper 16 das Drehmoment nicht mehr aufnehmen und werden abge­ schert. Damit ist die Verbindung des Zwischenkörpers 11 mit der Kupplungsscheibe 2 unterbrochen, so daß er zum Stillstand kommt. Die Kupplungsscheibe 2 kann sich nun frei drehen, so daß keine weitere Wärmeentwicklung mehr stattfindet. Zur Gewährleistung von Notlauf­ eigenschaften kann die Nabe 12 des Zwischenkörpers 11 ein Lager 13 aufweisen. Eine Zerstörung der Kupplung oder ihre Schädigung wird damit sicher vermieden.

Fig. 2 zeigt einen Blick auf die mit Kerben 33 oder Vertiefungen 34 versehene Oberfläche der Kupplungsscheibe 2. Dargestellt sind zwölf gleichmäßig auf den Umfang verteilte und in durch die Rotationsachse der beiden Wellen 1 und 6 gehenden Ebenen liegende Scherkörper 16. Diese Zahl ist willkürlich; im konkreten Fall richtet sie sich nach der Scherfestigkeit des verwendeten Werkstoffs bei Betriebstemperatur der Kupplung sowie dem maximal zu übertragenden Drehmoment, wobei jedoch - abhängig von der Art des verwendeten Werkstoffes - nach oben ein relativ großer Spielraum vorhanden ist. Es muß lediglich gewährleistet sein, daß das maximale Drehmoment sicher d. h. ohne Gefahr der Abscherung der Scherkörper während des normalen Betriebs übertragen werden kann. Entsprechend den beschriebenen Eigenschaften des für die Scherkörper bevorzugt verwendeten Werkstoffes werden diese bei Erwärmung der Kupplung auf die Grenztemperatur auch dann zerstört, wenn sie relativ stark überdimensioniert wurden.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reibungskupplung für einen Extruderantrieb. Das einen Teil des abtriebsseitigen Kupplungsteiles bildende Kupplungsrohr 26 ist auf den Endbereich der Abtriebswelle 6 aufgesetzt und durch eine Paßfeder 9 gegen Verdrehung sowie durch nicht dargestellte Mittel gegen axiale Verschiebung gesichert. Das Kupplungsrohr 26 trägt in seinem mittleren Bereich einen Kupplungskonus 30, der drehfest aufgesetzt oder, wie dargestellt, Teil des Kupplungsrohres 26 sein kann. Im Bereich des Endes der Abtriebs­ welle 6 ist auf dem Kupplungsrohr 26 mit Hilfe der Lagerung 25 eine Mehrfach-Keilriemenscheibe 23 für den Antrieb des Extruders gelagert und gegenüber dem Kupplungsrohr 26 axial festgelegt.

Auf seiner gegenüberliegenden Seite ist auf das Kupplungsrohr 26 ein axial beweglicher Spannring 29 geschoben, der in Form und Abmessungen dem Kupplungskonus 30 im wesentlichen spiegelbildlich gleich ist. Er ist mit Hilfe einer Paßfeder 32 auf dem Kupplungsrohr 26 gegen Drehung relativ zu diesem gesichert. Die konisch geformten Außenflächen des Spannrings 29 und des Kupplungskonus 30 bilden zusammen eine flache Keilnut, in die ein Reibring 27 eingelegt ist. Die im wesentlichen kreiszylindrische Außenfläche des Reibringes 27 weist eine Ringnut auf, in der eine Spannfeder 28 sitzt. Diese drückt den Reibring in die Keilnut.

Gegen den Spannring 29 wirkt eine Druckfeder 19, deren Vorspannung mit Hilfe des Gewinderinges 20 eingestellt werden kann. Der Gewinde­ ring 20 läuft in einem auf dem Kupplungsrohr 26 vorhandenen Gewinde 31 und kann mit einer Stiftschraube 21 festgesetzt werden.

Konzentrisch zum Spannring 29 und zum Kupplungskonus 30 und beide überdeckend ist an der Riemenscheibe 23 ein Kupplungsring 22 mit Hilfe seiner Flansche 37 befestigt. Er weist auf seiner radial nach innen weisenden Fläche achsparallele Kerben 33 (Fig. 5) bzw. Vertiefungen 34 (Fig. 4) auf, die zur Aufnahme der Scherkörper 16 bestimmt sind. Konzentrisch zum Kupplungsring 22 und ebenso den Spannring 29 und den Kupplungskonus 30 überdeckend ist unter Belassung eines Spaltes 18 zwischen dem Kupplungsring 22 und dem Reibring 27 ein Zwischenkörper 11 vorgesehen. Die radial nach innen weisende Fläche des Zwischenkörpers 11 bildet die antriebsseitige Kontaktfläche 14, während die im wesentlichen zylindrische Außenfläche des Reibringes 27 die abtriebsseitige Kontaktfläche 15 darstellt. Die einander zugekehrten Flächen 35 und 36 des Kupplungsrings 22 und des Zwischenkörpers 11 weisen korrespondierende Kerben 33 oder Vertiefungen 34 auf, in welche im montierten Zustand die erfindungsgemäßen Scherkörper 16 eingelegt sind. Der ringförmige Zwischenkörper 11 ist durch den Reibring 27 zentriert und über die Scherkörper 16 mit dem Kupplungsring 22 verbunden.

Durch das Zusammenschieben des Kupplungskonus 30 und des Spannringes 29 wird der Reibring 27 so stark gegen die Kontaktfläche 14 des Zwischen­ körpers 11 gepreßt, daß eine sichere kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Kupplungshälften entsteht. Übersteigt das erforderliche Antriebsmoment das so eingestellte maximal übertragbare Drehmoment der Reibungskupplung, so findet Relativbewegung zwischen den Kontaktflächen 14 und 15 statt und die Kupplung wird heiß. Sobald nun die für den zur Herstellung der Scherkörper 16 verwendeten Werkstoff spezifische Grenztemperatur erreicht ist, beginnt der starke Abfall der Scher­ festigkeit, bis die Scherkörper 16 den Scherkräften nicht mehr stand­ halten und zerstört werden. Der Reibring 27 hält nun den Zwischen­ körper 11 fest, so daß die Relativbewegung zwischen den beiden Kontaktflächen 14, 15 aufhört und der Kupplungsring 22 zusammen mit der Riemenscheibe 23 frei umlaufen kann. Eine weitere Erwärmung findet nicht mehr statt.

Die Fig. 4 und 5 zeigen unterschiedlich geformte Vertiefungen 33, 34 zur Aufnahme der Scherkörper 16. In Fig. 4 stimmt der Querschnitt der Vertiefungen 34 mit der Form der Scherkörper 16 überein. Demgegenüber sind die Kerben 33 der Fig. 5 durch im wesentlichen ebene Flächen begrenzt und im Querschnitt keilförmig. die Querschnittsform der Ver­ tiefungen 33 und 34 ist nicht von besonderer Bedeutung; wesentlich ist nur, daß die Scherkörper 16 sicher festgehalten sind und eine form­ schlüssige sichere Verbindung zwischen beiden Kupplungsteilen herstellen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist eine einfache, leicht zu montierende und preiswerte Möglichkeit gegeben, auch ohne Überwachungs- oder Alarmeinrichtungen eine Schädigung oder gar Zerstörung der Reibungskupplung bei den eingangs beschriebenen Störfällen zu verhindern.

• Bezugszeichenaufstellung  1 Antrieb, Antriebswelle
   2 Kupplungsteil, Kupplungsscheibe
   3 Nabe
   4 Paßfeder
   5 Bund, Anschlag
   6 Abtrieb, Abtriebswelle
   7 Kupplungsteil, Kupplungsscheibe
   8 Nabe
   9 Paßfeder
  10 Bund, Anschlag
  11 Zwischenkörper
  12 Nabe
  13 Gleitlager
  14 Kontaktfläche
  15 Kontaktfläche
  16 Scherkörper
  17 Reibbelag, Reibkörper
  18 Spalt
  19 Feder, Druckfeder
  20 Stellring, Gewindering
  21 Stiftschraube, Feststellschraube
  22 Kupplungsteil, Kupplungsring
  23 Riemenscheibe
  24 Nabe
  25 Lagerung
  26 Kupplungsrohr
  27 Reibkörper, Reibring
  28 Spannfeder
  29 Spannring
  30 Kupplungskonus
  31 Gewinde
  32 Paßfeder
  33 Kerbe
  34 Vertiefung
  35 Oberfläche
  36 Oberfläche
  37 Flansch

Claims (6)

1. Reibungskupplung als drehfestes Verbindungselement zwischen einem Drehantrieb und einem anzutreibenden Aggregat mit je einer Kontaktfläche auf der Antriebsseite und der angetriebenen Seite der Kupplung, welche zur Herstellung einer drehfesten Verbindung in kraftschlüssigen Reibkontakt bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Kontaktflächen (14; 15) als selbständiger Zwischen­ körper (11) zwischen dem ihr zugehörigen Kupplungsteil (2; 7) und der zweiten Kontaktfläche (15; 14) ausgebildet ist, daß zwischen dem Zwischenkörper (11) und dem diesem zugehörigen Kupplungsteil (2; 7) mindestens ein Scherkörper (16), vorzugsweise mehrere mit gleichem Winkelabstand über den Umfang verteilte Scherkörper (16) unter Herstellung einer formschlüssigen Verbindung vorgesehen sind und der oder die Scherkörper (16) aus einem Werkstoff mit bei vorgegebener Grenztemperatur stark abfallender Scherfestigkeit hergestellt sind.

2. Reibungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zugehörige Kupplungsteil (22) und die beiden Kontaktflächen (14, 15) konzentrisch, vorzugsweise kreiszylindrisch oder kegelstumpf­ förmig sind, die Oberfläche (35) des als Kupplungsring (22) ausgebildeten Kupplungsteils und die diesem zugewandte Oberfläche (36) des Zwischenkörpers (11) zueinander im wesentlichen parallel verlaufen und jeweils korrespondierende, in durch die Rotationsachse gehenden Ebenen verlaufende Kerben (33) oder kreiszylindrische Vertiefungen (34) aufweisen, in welche die Scherkörper (16) die beiden Oberflächen formschlüssig verbindend eingelegt sind.

3. Reibungskupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die eine (14) der beiden Kontaktflächen (14, 15) bildende Zwischenkörper (11) mit dem antriebsseitigen Kupplungsteil (2; 22) über die Scherkörper (16) formschlüssig verbunden ist.

4. Reibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherkörper aus einem aliphatischen Polyamid mit aromatischen Bausteinen und amorpher Struktur hergestellt sind ("TROGAMID").

5. Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scherkörper (16) aus Polypropylen oder einer Metallegierung mit niedrigem Schmelzpunkt bestehen.

6. Reibungskupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfall der Scherfestigkeit auf eine Temperatur zwischen ca. 120° und 180°, vorzugsweise ca. 140° und 160°, festgelegt ist.