DE4009124C2 - Sicherheitsvorrichtung für Maschinen zum Schutz von Überlast - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung zum Schutz für Maschinen und Antriebselemente vor Überlast, bestehend aus einer Überlastkupplung mit einer Antriebsnabe, einem mit einem Abtrieb verbindbaren Durchrastring mit mehreren, ein Drehmoment übertragenden Wälzkörpern, die nach dem Ausrücken der Überlastkupplung im ausgerückten Zustand verbleiben, einem mit dem Durchrastring über die Wälzkörper in formschlüssiger Verbindung stehenden Schaltdruckring, der unter einstellbarer Federkraft gegen die Wälzkörper gedrückt wird, wobei zur Aufnahme der Federkraft ein Drucklager zwischen einem Bund der Antriebsnabe und dem Durchrastring angeordnet ist.

Zum Schutz vor Überlastdefekten ist es bekannt, einzelne Maschinenelemente, die zu einem Antrieb gehören und auch die Maschine mit einer Überdimensionierung zu versehen. Aus Kostengründen ist dieser Weg heute nicht mehr beschreitbar. Die einzelnen Maschinenelemente müssen bis an die Grenze ihrer Möglichkeiten ausgenutzt werden. Je kritischer die Auslegung vorgenommen wird, umso wichtiger ist ein Schutz gegen Überlast. Die Entstehung einer Überlast kann durch starke Beschleunigungs- oder Verzögerungskräfte erfolgen. Die häufigsten Überlastfälle treten durch Fehlbedienungen der Antriebsmaschine, Alterungserscheinungen und systembedingte Fehler auf. Es ist bekannt, für solche Fälle Sicherheitselemente für einstellbare Drehmomente zu verwenden. Hierzu gehören beispielsweise mit Formschluß arbeitende Sicherheitsnaben, die dem eingangs genannten Gattungsbegriff zuzuordnen sind. Sie wirken mit einem Endschalter zur Abschaltung des Antriebs zusammen. Bei einem Überlastmoment wird ein die Antriebsnabe umfassender Schaltdruckring axial verschoben. Der axiale Hub führt zum Betätigen des Endschalters und Ausschalten des Antriebs.

Zur Anwendung bei verschiedenen Maschinen, beispielsweise Aufzügen oder bei Spindelhubgetrieben, ist es von Vorteil, nach dem Überschreiten eines Grenzmoments und Ausschalten der Antriebsmaschine ein Rest- oder Haltemoment zu übertragen, um beispielsweise eine an einem Aufzug hängende Last abzufangen oder im Fall von Spindelhubgetrieben, ein Absacken der Werkzeugeinheit zu verhindern. Die bekannten formschlüssig arbeitenden, eingangs genannten Sicherheitsvorrichtungen sind dafür nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Sicherheitsvorrichtung zum Schutz für teure Maschinen und Antriebselemente vor Überlast zu schaffen, welche in der Lage sind, nach der Trennung der Antriebsnabe ein Rest- oder Haltemoment zu erzeugen, um beispielsweise die von einer Maschine gehaltene Last abzufangen. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß zwischen den An- und Abtriebsteilen der Wälzkörper-Überlastkupplung eine zusätzliche, einen ständigen Reibschluß erzeugende Kupplung angeordnet ist, die nach dem Ausrasten der Wälzkörper An- und Abtriebsteile der Wälzkörper-Überlastkupplung unter Überbrückung der Wälzkörper-Überlastkupplung miteinander verbindet.

Die zusätzliche, einen Reibschluß hervorrufende Kupplung beginnt zu wirken, sobald die Wälzkörper, Kugeln oder Rollen, aus dem Schaltdruckring ausrasten. Das Rutschmoment kann aber auch ständig wirken, um kleinere, das Drehmoment (Nennmoment) überlagernde Wechselmomente zu dämpfen (beispielsweise Verschleißminderung in den Senkungen, an den Rollen bzw. Kugeln). Mit der reibschlüssigen Kupplung kann ein Drehmoment übertragen werden, das sowohl kleiner als auch größer ist als das durch die Wälzkörper übertragene Anlagenmoment. Es kann auch als Haltemoment oder sekundäres Moment bezeichnet werden. Die erfindungsgemäße Ausführung kann bei Werkzeugmaschinen zum Abfangen vertikaler Lasten, beispielsweise bei Spindelhubgetrieben oder auch bei Aufzügen, eingesetzt werden. Hier wird, sobald das Anlagenmoment überschritten ist, d. h. wenn ein Aufzug zu hoch belastet ist, die weitere Förderung eingestellt. Die hängende Last kann durch das Haltemoment abgefangen und gegebenenfalls sanft wieder abgesetzt werden. Ein zu rasches Absinken wird verhindert.

Zur vorteilhaften Gestaltung des Erfindungsgegenstandes wird vorgeschlagen, den Schaltdruckring fest mit einem ersten Reib- und einem Gegendruckring zu verbinden, zwischen welchen beiden ein zweiter, mit dem Durchrastring verbundener Reibring eingespannt ist. Die drehmomentübertragenden Reibkräfte der Reibringe sind einstellbar. Hierbei sind die formschlüssig in Verbindung stehenden drehmomentübertragenden Teile und die Reibschlußteile konzentrisch ineinander angeordnet. Es sind aber ebenso in Reihe angeordnete zusätzliche Sicherheitsteile möglich.

Weitere, den Erfindungsgegenstand vorteilhaft gestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Sicherheitsvorrichtung mit konzentrisch angeordneten Sicherheitsteilen,

Fig. 2 eine Sicherheitsvorrichtung mit axial hintereinander angeordneten form- und reibschlüssigen Sicherheitsteilen,

Fig. 3 eine Sicherheitsvorrichtung mit axial hintereinander angeordneten form- und reibschlüssigen Sicherheitsteilen, wobei die reibschlüssigen Sicherheitsteile von denen der Ausführung gemäß Fig. 2 abweichen, und

Fig. 3a, 3b Einzelheiten der reibschlüssigen Sicherheitsteile der Ausführung gemäß Fig. 3 in größerem Maßstab.

Die Ausführung gemäß Fig. 1 zeigt eine Kupplungsnabe 1, die auf einer nicht dargestellten Antriebswelle befestigbar ist. Auf der Nabe ist formschlüssig ein Schaltdruckring 2 angeordnet, der unter der Kraft von Tellerfedern 3 über Wälzkörper 4 gegen einen Durchrastring 5 gedrückt wird. Die Kraft der Tellerfedern ist mit einem Schraubring 6 einstellbar. Zu diesem Zweck ist die Nabe mit einem Stellgewinde 7 versehen. Der Durchrastring ist mit Gewindebohrungen 8 zur Aufnahme von Befestigungsschrauben für einen Reibring 13 und den nicht dargestellten Abtrieb, beispielsweise ein Zahnrad, versehen.

Über einen Bolzenring 10, der mittels Schrauben 11 am Schaltdruckring befestigt ist, wird eine formschlüssige Verbindung des Schaltdruckringes mit Hilfe der Bolzen 12 mit einem Reibring 9 hergestellt. Im Sinne des Kraftflusses vom Antrieb zum Abtrieb werden der Reibring 9 als erster und der Reibring 13 als zweiter Reibring bezeichnet.

Zwischen den Reibringen sind Reibbelagringe 14 und 15 angeordnet. Der Anpreßdruck zwischen den Reibringen und den Reibbelägen wird über Stiftschrauben 16 erzeugt, die durch den ersten Reibbelag 9 hindurch in einen Druckring 18 greifen. Zwischen den Schraubenmuttern der Stiftschrauben und dem ersten Reibring 9 sind Druckfedern 17 angeordnet. Der Axialdruck der Tellerfedern 3 wird vom Schaltdruckring 2 über die Wälzkörper 4 auf den Durchrastring 5 und von diesem zur Kompensierung über ein Nadellager 19 auf einen Bund 1a der Nabe 1 übertragen.

Im Normalbetrieb geht der Kraftfluß von der Nabe 1 über den Schaltdruckring 2 und die Wälzkörper in Form zylindrischer Rollen 4 zum Durchrastring 5. Am Durchrastring ist der Abtrieb befestigt. Bei einem Überlastmoment ist die resultierende Kraft, die auf die Rollen wirkt größer als die durch die Tellerfedern 3 wirkende Kraft. Es folgt ein Herausdrehen der zylindrischen Rollen 4 aus den Senkungen im Schaltdruckring 2. Der Schaltdruckring führt einen axialen Hub aus, der zum Betätigen eines nicht dargestellten Endschalters und das Ausschalten des Antriebs führt. Nach der Beseitigung der Überlast ist ein Einrasten der Rollen in die Senkungen nach einer Weiterdrehung, gegebenenfalls erst nach einer vollständigen Umdrehung von 360°, wieder möglich. Beim Durchrasten fällt das Drehmoment auf ein geringeres Restmoment, da der Schaltdruckring 2 mit dem Bolzenring 10 fest verbunden ist und dieser über Bolzen 12 das Drehmoment auf den ersten Reibring 9 überträgt. Von dort gelangt die Kraft über die reibschlüssige Verbindung zum zweiten Reibring 13 an der Abtriebsseite, d. h. zum nicht dargestellten Abtriebselement, beispielsweise Zahnkranz.

In der Fig. 2 und in allen übrigen Figuren sind gleiche Vorrichtungsteile mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführung gemäß Fig. 1 durch eine Reihenanordnung der zusätzlichen, einen Reibschluß herbeiführenden Kupplungsteile. Die Nabe 1 ist hinter dem Nabenbund 1a mit einer Verlängerung versehen. In diesem Bereich trägt die Nabe einen Reibbelagring 21, der mit einer Seite an dem Nabenbund 1a unter Druck anliegt. Die axial gerichtete Druckkraft wird durch eine Tellerfeder 22 aufgebracht, die zwischen einem festen Druckring 23 und einem axial verschiebbaren Druckring 24 eingespannt ist. Der Druckring 24 ist über Mitnahmestifte 25 formschlüssig mit einem Zahnkranz 26 als Abtriebsteil verbunden. Mit 27 ist ein Gleitlager zwischen diesen Teilen und der Nabenverlängerung bezeichnet. Die Spannkraft der Tellerfeder 22 ist durch Schrauben 28 einstellbar. Diese Schrauben greifen in Gewindebohrungen des Zahnrades 26.

Beim Normalbetrieb wird das Drehmoment, ausgehend von der Nabe 1, über den Schaltdruckring 2, die Wälzkörper 4 in Form zylindrischer Rollen oder Kugeln auf den Durchrastring 5 und von dort auf das Zahnrad 26 übertragen. Bei Überlast rasten die Wälzkörper 4 wieder aus den Senkungen im Schaltdruckring 2 aus. Dadurch beginnt der Reibschluß zwischen dem Nabenbund 1a und dem Reibbelagring 21 zu wirken. Dieser überträgt die Reibkraft auf den Druckring 24 und geht von dort durch die Mitnehmerstifte 25 als Drehmoment auf das Zahnrad 26 über.

Bei den Ausführungen gemäß Fig. 3, 3a und 3b unterscheidet sich die Vorrichtung von der Gestaltung gemäß Fig. 2 durch eine besondere Form des Reibbelagringes 31, der eine keilförmige Gleitebene 31a aufweist. Eine entsprechend ausgebildete Keilfläche zeigt der Druckring 34 mit 34a. Die axiale Druckkraft wird wieder durch eine Tellerfeder 22 aufgebracht. Durch die Axialwirkung des Druckrings 34 werden auf den Bund 1a und das Zahnrad 26 wirkende Kraftkomponenten erzeugt. Diese Form des dreieckförmigen Reibbelages, der aus einzelnen Segmentstücken gebildet werden kann, besteht darin, daß ein drehmomentübertragender Stift zwischen dem Druckring und dem Zahnrad entfällt. Die Verbindung vom Zahnrad zur Nabe ist spielfrei. Dem Nenndrehmoment überlagerte Drehschwingungen können deshalb in der Wälzkörperverbindung keine große Wirkung entfalten. Dadurch wird der Verschleiß an den Rollen bzw. an den Senkungen in dem Schaltdruckring wesentlich verringert.

Die Fig. 3a und 3b zeigen Ausschnitte aus dem Bereich des Reibbelagringes 31 in vergrößertem Maßstab. Statt einer einfachen kann auch eine zweifach geschichtete Tellerfeder 32 oder eine Schraubendruckfeder 33 zum Einsatz gelangen.

Bei einer Überlast rasten die zylindrischen Rollen 4 aus ihren Senkungen im Schaltdruckring 2 aus. Die formschlüssige Drehmomentverbindung zwischen der Antriebsnabe 1 und dem Zahnrad 26 wird unterbrochen. Dadurch beginnt die Reibschlußverbindung zwischen dem Nabenbund 1a und dem Reibbelagring 31 zu wirken, der mit einer Seite am Nabenbund 1a anliegt und mit einem weiteren an der Nabenbohrung des Zahnrades 26. Das Rest- oder Haltemoment, das auch als senkundäres Moment bezeichnet werden kann, wird somit vom Nabenbund unmittelbar auf das Zahnrad übertragen.

Claims (13)

1. Sicherheitsvorrichtung zum Schutz für Maschinen und Antriebselemente vor Überlast, bestehend aus einer Überlastkupplung mit einer Antriebsnabe, einem mit einem Abtrieb verbindbaren Durchrastring mit mehreren, ein Drehmoment übertragenden Wälzkörper, die nach dem Ausrücken der Überlastkupplung im ausgerückten Zustand verbleiben, einem mit einem Durchrastring über die Wälzkörper in formschlüssiger Verbindung stehenden Schaltdruckring, der unter einstellbarer Federkraft gegen die Wälzkörper gedrückt wird, wobei zur Aufnahme der Federkraft ein Drucklager zwischen einem Bund der Antriebsnabe und dem Durchrastring angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den An- und Abtriebsteilen der Wälzkörper-Überlastkupplung eine zusätzliche, einen ständigen Reibschluß erzeugende Kupplung (9, 16, 17, 18, 15, 13; 28, 23, 22, 24, 25, 21; 28, 23, 32, 33, 34, 31) angeordnet ist, die nach dem Ausrasten der Wälzkörper (4) An- (1) und Abtriebsteile (5) der Wälzkörper-Überlastkupplung (1, 2, 3, 4, 5) unter Überbrückung der Wälzkörper-Überlastkupplung (1, 2, 3, 4, 5) miteinander verbindet.

2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zum Einstellen der Reibschlußkräfte.

3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die formschlüssig in Verbindung stehenden drehmomentübertragenden Teile (2, 4, 5) der Wälzkörper-Überlastkupplung und die Reibschlußkupplungsteile (9, 13) konzentrisch zueinander angeordnet sind.

4. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssig in Verbindung stehenden drehmomentüber­ tragenden Teile und die Reibschlußteile (1a, 21; 1a, 31) in Reihe angeordnet sind.

5. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schaltdruckring (2) fest mit einem ersten Reibring (9) und einem Reibdruckring (18) verbunden ist, zwischen welchen beiden ein zweiter, mit dem Durchrastring und den Abtrieb ver­ bundener Reibring (13) eingespannt ist.

6. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die drehmomentübertragenden Reibkräfte durch Schrauben einstellbar sind.

7. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Reibringe und der Druckring den Durchrast- und den Schaltdruckring konzentrisch umfassen.

8. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchrastring formschlüssig mit einem axial verschiebbaren Reibring verbunden ist, der zwischen einem Nabenbund und einem auf der Nabe axial verschiebbaren Druckring eingespannt ist.

9. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen den Reib- und Druckringen Reibbelag­ ringe angeordnet sind.

10. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Reibbelagring (21) vorgesehen ist, der über einen federbelasteten Druckring (24) gegen einen Naben­ bund (1a) preßbar und gleichzeitig über den Druckring und einen Mitnahmestift (25) mit dem Abtriebsteil verbunden ist.

11. Sicherheitsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Reibbelagring (31) vorgesehen ist, der unmittelbar zwischen der Nabe (1) und dem Abtriebsteil (26) wirkend ausgebildet ist.

12. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Reibbelagring (31) eine Keilfläche (31a) auf­ weist, an welcher ein federbelasteter Druckring (34), ebenfalls mit einer Keilfläche (34), anliegt.

13. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die auf den Druckring (34) wirkende Federkraft einstellbar ist.