DE3816435A1 - Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung mit einem auf einer Antriebswelle drehfest angeordneten ersten Kupp­ lungsteil und einem in fester axialer Lagebeziehung zum ersten Kupplungsteil auf einer eine gemeinsame Drehachse mit der An­ triebswelle aufweisenden Abtriebswelle drehfest angeordne­ ten zweiten Kupplungsteil, das mit einer zur Drehachse rotationssymmetrischen inneren Mantelfläche eine mindestens eine radiale Einschnürung aufweisende, zur Drehachse rotationssymmetrische äußere Mantelfläche des ersten Kupp­ lungsteils in einem radialen Abstand umgibt, und mit minde­ stens einem zwischen der äußeren und der inneren Mantelfläche frei gelagerten Rollkörper, dessen Durchmesser kleiner als der radiale Abstand zwischen der äußeren und der inneren Mantelfläche im Bereich der radialen Einschnürung und größer als der radiale Abstand außerhalb dieses Bereichs ist.

Derartige Kupplungen dienen zur Übertragung einer Drehbewegung von der Antriebswelle zu der Abtriebswelle in beiden Drehrichtungen, wobei für abtriebsseitig eingeleitete Drehbewegungen in beiden Drehrichtungen ein Freilaufbetrieb wirksam wird. Diese Wirkungsweise ist insbesondere bei moder­ nen Analysenwaagen erwünscht, bei denen zum Beschicken der Waagschale das Waagengehäuse durch die Verschiebung mindestens eines Gehäuseteils mittels eines Elektroantriebs geöffnet wird. Eine feste Verbindung zwischen dem Elektroantrieb und den zu öffnenden Gehäuseteilen soll dabei nicht bestehen, da die Analysenwaage für bestimmte Anwendungszwecke auch von Hand bedienbar sein soll.

Bei einer für Kraftfahrzeuge bestimmten Kupplung der eingangs genannten Art (DE-PS 6 04 395) ist jedem Rollkörper ein sich zwischen der äußeren Mantelfläche des ersten Kupp­ lungsteils und der inneren Mantelfläche des zweiten Kupplungs­ teils erstreckender Anschlag zugeordnet, der in seiner Winkel­ stellung relativ zur radialen Einschnürung verstellbar ist. Hierdurch ist es möglich, den Übergang des Rollkörpers von seiner in die Einschnürung zurückgezogenen Lage, in der die beiden Kupplungsteile entkuppelt sind, in seine die beiden Kupplungsteile miteinander verklemmende, außerhalb der Einschnürung gelegene Lage zu sperren, um dadurch die Freilaufwirkung zu ermöglichen. Allerdings erweist sich diese Kupplung wegen der Anschläge und der zur Steuerung ihrer Win­ kelstellung erforderlichen mechanischen Einrichtung als ver­ hältnismäßig aufwendig. Es sind verhältnismäßig viele gegen­ einander bewegte Teile erforderlich, wodurch auch die Baugröße ansteigt. Insbesondere ist die bekannte Kupplung daher nicht zur Anwendung bei einer Analysenwaage geeignet.

Aus der europäischen Patentanmeldung Nr. 02 16 035 ist eine Kupplung an einer Analysenwaage bekannt, welche beim Ein­ schalten des Antriebes zum Öffnen und Schließen eines Gehäuseteiles mit diesem eine kraftschlüssige Verbindung ein­ geht und beim Betätigen der Gehäuseteile von Hand die Verbin­ dung zwischen dem Gehäuseteil und dem Antriebsmotor unter­ bricht.

Zu diesem Zweck wird die Rotorwelle mit dem darauf be­ festigten Reibrad in einem V-förmigen Führungsschlitz beweg­ lich gelagert derart, daß beim Einschalten des Antriebsmotors dessen Rotorwelle im Führungsschlitz abrollt und das Reibrad an die Oberfläche des Gehäuseteils heranführt. Bei Abbruch der Drehbewegung der Rotorwelle gleitet diese im Führungsschlitz in die Ausgangsstellung zurück, in der das Reibrad außer Be­ rührung mit dem Gehäuseteil steht. Eine Antriebsverbindung zwischen dem Motor und dem Gehäuseteil liegt demzufolge nur bei drehender Rotorwelle vor. Diese bekannte Kupplungsvorrich­ tung arbeitet zufriedenstellend, solange deren Teile keine Ab­ nutzungserscheinungen oder Verschmutzungen aufweisen. Für ei­ nen störungsfreien Betrieb bedarf diese Anordnung einer regel­ mäßigen Wartung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der eingangs genannten Art insbesondere für eine Analysenwaage zu schaffen, durch die bei einem einfachen Aufbau die Drehbewegung von der Antriebswelle in beiden Drehrichtungen auf die Abtriebswelle, nicht jedoch Drehmomente von der Abtriebswelle auf die Antriebswelle, übertragen werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Rollkörper zwischen der äußeren und der inneren Mantelfläche in einem Kraftfeld angeordnet ist, das eine den Rollkörper stets zur radialen Einschnürung hin beschleunigende Kraftkomponente aufweist, deren Betrag kleiner ist als die au den Rollkörper durch die Drehung des ersten Kupplungsteil ausgeübte Mitnahmekraft.

Da bei der erfindungsgemäßen Kupplung das Kraftfeld auf den Rollkörper stets im Sinne seiner Zurückführung zur radialen Einschnürung, d. h. zum ausgekuppelten Zustand der beiden Kupplungsteile, einwirkt und diese Zurückführungswirkung nur durch die mit der Drehung des ersten Kupplungsteils verbundene Mitnahmekraft überwunden wird, stellt sich der eingekuppelte Zustand automatisch bei der Dre­ hung der Antriebswelle ein, während bei einer Beendigung der Drehung der Antriebswelle der Rollkörper von seiner Klemmlage zwischen den beiden Kupplungsteilen zur radialen Einschnürung zurückkehrt und damit der ausgekuppelte Zustand hergestellt wird. Damit wirkt ohne jede zusätzliche mechanische Einrich­ tung die erfindungsgemäße Kupplung dahingehend, daß eingangsseitige Drehbewegungen von der Antriebswelle sowohl links- als auch rechtsdrehend übertragen werden, wogegen auf die ausgangsseitige Abtriebswelle der Kupplung ausgeübte Drehbewegungen nicht auf die eingangsseitige Antriebswelle übertragen werden. Durch ihren einfachen und leichtgängigen Aufbau ist die Kupplung daher insbesondere als Kraftübertragungsglied zwischen einem beweglichen Gehäuseteil einer Analysenwaage und dessen elektrischem Antrieb geeignet.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die gemeinsame Drehachse der Antriebswelle und der Abtriebswelle im wesentlichen parallel zur Richtung der Schwerkraft ausgerichtet ist und der Rollkörper auf einem die Drehachse rotationssymmetrisch umgebenden konischen Flächenbe­ reich mit in der Richtung der Schwerkraft weisender Konusspitze gelagert ist. Bei dieser Ausführungsform bildet also das Schwerefeld der Erde das für die Wirkungsweise der Kupplung erforderliche Kraftfeld, indem der Rollkörper durch die Schwerkraft auf dem konischen Flächenbereich radial ein­ wärts zur Einschnürung hin beschleunigt wird. Diese besonders einfache Ausführungsform setzt allerdings voraus, daß die ge­ meinsame Drehachse im wesentlichen parallel zur Richtung der Schwerkraft ausgerichtet ist.

Die durch die Ausnutzung des natürlichen Schwerefeldes der Erde bedingte Festlegung der Richtung der Drehachse ent­ fällt jedoch bei der Anwendung anderer geeigneter Kraftfelder. Eine in diesem Sinne leicht zu verwirklichende Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Kraftfeld durch ein von einer an der Kupplung vorgesehenen Magnetanordnung erzeugtes Magnetfeld gebildet ist. Beispielsweise können das erste Kupp­ lungsteil und das zweite Kupplungsteil selbst aus einem geeig­ neten magnetischen Werkstoff hergestellt sein, so daß das als Kraftfeld dienende Magnetfeld ohne zusätzliche Teile erzeugt werden kann.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfin­ dung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die bezüglich einer erfindungswesentlichen Of­ fenbarung aller im Text nicht erwähnten Einzelheiten ausdrück­ lich hingewiesen wird. Hierin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kupplung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Kupplung längs Linie II-II und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausfüh­ rungsform einer Kupplung.

Gemäß Fig. 1 weist eine Kupplung 1 auf einer vertikal verlaufenden Drehachse A eine drehbare Antriebswelle 3 und ei­ ne drehbare Abtriebswelle 5 auf. Die Antriebswelle 3 steht in Verbindung mit einem motorischen Antrieb (nicht gezeigt); die Abtriebswelle 5 steht in Verbindung mit einem verschiebbaren Gehäuseteil einer Waage (nicht gezeigt).

Auf der Antriebswelle 3 sitzt drehfest eine ein erstes Kupplungsteil bildende Klemmscheibe 17 mit einer zur Drehachse A koaxialen äußeren Mantelfläche 19, die partiell mindestens eine radiale Einschnürung 21 aufweist. Im Schnitt nach Fig. 2 sind drei Einschnürungen 21 gezeigt, es kann selbstverständ­ lich auch eine andere Anzahl gewählt werden.

Auf der Abtriebswelle 5 sitzt drehfest ein als ein zweites Kupplungsteil dienender Käfig 7, dessen innenliegende, zur Drehachse A koaxiale Führungsfläche 9 im wesentlichen zylindermantelförmig ausgebildet ist. Auf der Höhe der Füh­ rungsfläche 9 ist auf der Antriebswelle 3 ein Lager 15 aufge­ setzt, das auf einer am Boden 11 einer Ausnehmung 13 aufge­ setzten oder als Teil dieser gestalteten Hülse 14 sitzt.

Unterhalb der Klemmscheibe 17 sind auf einer kreisringförmigen Platte 23, deren Außendurchmesser größer ist als der Durchmesser der Mantelfläche 19, eine oder mehrere Nuten 25 angebracht, deren außenliegende Flanken oder Flächen 27 gegenüber der Horizontalen radial einwärts vertikal nach unten geneigt sind und sich bis zur Peripherie der Platte 23 erstrecken. Die Platte 23 ist über die Klemmscheibe 17 drehfest mit der Antriebswelle 3 verbunden.

In der Nut 25 sind eine oder mehrere Kugeln 29 einge­ legt. Die Zahl der Kugeln 29 entspricht vorzugsweise der An­ zahl der Einschnürungen 21, und ihr Durchmesser d ist kleiner als der größte radiale Abstand b und größer als der kleinste radiale Abstand c zwischen der äußeren Mantelfläche 19 der Scheibe 17 und der inneren Führungsfläche 9. Der geometrische Verlauf der Mantelfläche 19 besteht radialschnittlich gesehen vorzugsweise aus logarithmischen Spiralenabschnitten, um unab­ hängig von Toleranzen der Kugeln 29 und/oder der Führungsflä­ che 9 einen stets gleichbleibenden Klemmwinkel zu erhalten. Selbstverständlich kann auch ein anderer geeigneter Verlauf gewählt werden. Vorzugsweise liegen die Zentren der Kugeln 29 in der gleichen Ebene wie das Lager 15.

In Fig. 2 sind die Kugeln 29 in drei verschiedenen Stellungen dargestellt. Die Kugel 29 rechts oben liegt in der Einschnürung 21 und steht nur in Kontakt mit der Scheibe 17. Es besteht damit keine Verbindung zwischen der Antriebswelle 3 und der Abtriebswelle 5.

Die unten liegende Kugel 29 ist zwischen der Scheibe 17 und der Führungsfläche 9 eingeklemmt und zwar aufgrund einer Drehung der Antriebswelle 3 im Gegenuhrzeigersinn. Die links liegende Kugel 29 ist durch eine Drehung der Antriebswelle 3 im Uhrzeigersinn von der Scheibe 17 nach außen an die Füh­ rungsfläche 9 verschoben worden.

Selbstverständlich befinden sich bei einer betriebsbereiten Kupplung 1 immer alle Kugeln 29 in der glei­ chen symmetrischen Lage zur Scheibe 17, d. h. entweder in neu­ traler Stellung in der Einschnürung 21 oder alle gleichzeitig vor oder nach der Einschnürung 21.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Kupplung 1 er­ läutert: Beim Drehen der Abtriebswelle 5 erfolgt weder in der einen noch der anderen Drehrichtung eine Übertragung der Drehbewegung auf die Antriebswelle 3, da die Kugeln 29 durch die Wirkung der Schwerkraft in die Einschnürungen 21 zurückge­ führt bleiben und daher keine kraftübertragende Verbindung zwischen den beiden Wellen 3 und 5 besteht. Erfolgt hingegen eine Drehung der Antriebswelle 3, so wird die Kugel 29 mit der Drehung der Klemmscheibe 17 mitgedreht und einerseits durch die auf sie wirkende Fliehkraft und die Trägheit der Kugel 29 auf der Flanke 27 nach außen gerollt und andererseits von der sich schneller als die Kugel 29 drehenden inneren Klemmscheibe 17 im sich verengenden Raum zwischen der Führungsfläche 9 und der äußeren Mantelfläche 19 der Klemmscheibe 17 eingeklemmt. Der flache Klemmwinkel zwischen der Führungsfläche 9 und der äußeren Mantelfläche 19 der Klemmscheibe 17 bewirkt eine kraftschlüssige Mitnahme des Käfigs 7 und damit auch der Abtriebswelle 5.

Die symmetrische Ausgestaltung der äußeren Mantelfläche 19 der Klemmscheibe 17 ermöglicht eine Mitnahme des Käfigs 7 in beiden Drehrichtungen.

Sobald die antriebsseitige Drehbewegung unterbrochen wird, rollt die Kugel 29 infolge der Schwerkraft auf der ge­ neigten Flanke 27 in die Einschnürung 21 zurück und unter­ bricht die Verbindung der beiden Wellen 3 und 5. Statt der Schwerkraft kann auch ein anderes geeignetes Kraftfeld verwen­ det werden, das eine die Kugel 29 zur Einschnürung 21 hin beschleunigende Komponente aufweist, deren Betrag kleiner ist als die durch die Drehung der Klemmscheibe 17 auf die Kugel 29 ausgeübte Mitnahmekraft. Insbesondere bietet sich hierfür ein Magnetfeld an, das beispielsweise durch die Ausbildung der beiden Kupplungsteile 7, 17 aus einem Magnetwerkstoff oder durch eine zusätzliche Magnetanordnung verwirklicht werden kann.

Die Ausführung der Kupplung 1 nach Fig. 3 unterscheidet sich von derjenigen in Fig. 1 dadurch, daß die die schräge Fläche 27 aufweisende Platte 23 nicht mit der Klemmscheibe 17 fest verbunden ist, sondern während des Betriebes stillsteht. Um dies zu erreichen, ist die Klemmscheibe 17 zusammen mit der Antriebswelle 3 hohl ausgebildet und auf einer stillstehenden, die Platte 23 tragenden Welle 31 drehbar gelagert.

In der Kupplung 1 nach Fig. 3 erfolgt die Mitnahme des Käfigs 7 mit Verzögerung, da die Kugel 29 vorwiegend aufgrund der Rollreibung an der Mantelfläche 19 der Klemmscheibe 17 sukzessive nach außen gedrängt wird, bis eine Klemmung und Mitnahme an der Führungsfläche 9 erfolgt.

Selbstverständlich kann die Kupplung auch für einen an­ deren Zweck als den beschriebenen eingesetzt werden.

Claims (9)

1. Kupplung mit einem auf einer Antriebswelle (3) drehfest angeordneten ersten Kupplungsteil (17) und einem in fester axialer Lagebeziehung zum ersten Kupplungsteil (17) auf einer eine gemeinsame Drehachse (A) mit der Antriebswelle (3) aufweisenden Abtriebswelle (5) drehfest angeordneten zweiten Kupplungsteil (7), das mit einer zur Drehachse (A) rotationssymmetrischen inneren Mantelfläche (9) eine minde­ stens eine radiale Einschnürung (21) aufweisende, zur Drehach­ se (A) rotationssymmetrische äußere Mantelfläche (19) des er­ sten Kupplungsteils (17) in einem radialen Abstand umgibt, und mit mindestens einem zwischen der äußeren (19) und der inneren (9) Mantelfläche frei gelagerten Rollkörper (29), dessen Durchmesser kleiner als der radiale Abstand zwischen der äuße­ ren (19) und der inneren Mantelfläche (9) im Bereich der radialen Einschnürung (21) und größer als der radiale Abstand au­ ßerhalb dieses Bereichs ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollkörper (29) zwischen der äußeren (19) und der inneren (9) Mantelfläche in einem Kraftfeld angeordnet ist, das eine den Rollkörper (29) stets zur radialen Einschnürung (21) hin beschleunigende Kraftkomponente aufweist, deren Betrag kleiner ist als die auf den Rollkörper (21) durch die Drehung des er­ sten Kupplungsteils (17) ausgeübte Mitnahmekraft.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Drehachse der Antriebswelle (3) und der Abtriebswelle (5) im wesentlichen parallel zur Richtung der Schwerkraft ausgerichtet ist und der Rollkörper (29) auf einem die Drehachse (A) rotationssymmetrisch umgebenden konischen Flächenbereich (27) mit in der Richtung der Schwerkraft wei­ sender Konusspitze gelagert ist.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenbereich (27) auf einer zur Drehachse (A) koaxialen und mit dem ersten Kupplungsteil (17) drehfest ver­ bundenen Scheibe (23) ausgebildet ist.

4. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächenbereich (27) auf einer zur Drehachse (A) koaxialen ortsfesten Scheibe (23) ausgebildet ist.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kupplungsteil (17) mehr als eine radiale Einschnürung (21) aufweist, die in bezug auf die Dreh­ achse (A) unter demselben gegenseitigen Winkelabstand angeord­ net sind.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die das erste Kupplungsteil (17) radialschnittlich begrenzende Randkurve die Form von sich zwi­ schen den Einschnürungen (21) erstreckenden Stücken einer log­ arithmischen Spirale aufweist.

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollkörper (29) kugelförmig ausgebil­ det sind.

8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung (15) für die Antriebswelle (3) in der Ebene der Zentren der Kugeln (29) angeordnet ist.

9. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftfeld durch ein von einer an der Kupplung vorgese­ henen Magnetanordnung erzeugtes Magnetfeld gebildet ist.