DE4010761A1 - Kupplungskombination - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungskombination mit einer reibschlüssigen Sicherheitskupplung zur lastabhängigen Trennung des Kraftflusses in einem Antriebsstrang. Kupplungen dieser Gattung werden insbesondere im Schwermaschinenbau in einem An­ triebsstrang eingesetzt, der stark wechselnden Beanspruchungen unterworfen ist und bei dem das Drehmoment stoßartig einen Wert annehmen kann, der die Übertragungsfähigkeit des Antriebsmotors und/oder zwischengeschalteter Getriebe oder anderer Komponenten übersteigt. Zum Schutz vor Zerstörung und Betriebsunter­ brechungen werden Sicherheitskupplungen in den Antriebsstrang eingebaut, welche möglichst rasch auf unzulässig hohe Drehmo­ mente reagieren sollen.

Eine Sicherheitskupplung dieser Gattung ist aus der DE-OS 36 38 596 bekannt. Diese Kupplung bildet das Zwischen­ glied zwischen einer Gelenkwelle und einem Wellenzapfen, z. B. einem Wellenzapfen eines Walzwerkes. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die beiden Kupplungshälften koaxial ineinander angeordnet und drehbar gelagert sind. Zur Übertragung von Dreh­ moment dient ein die äußere Kupplungshälfte umschließendes Spannelement, das eine innenliegende und mit Hochdruck beauf­ schlagbare Druckkammer aufweist. Bei Druckaufgabe von außen werden die beiden innenliegenden Kupplungshälften verspannt, wodurch sie in der Lage sind, unter Reibschluß das Drehmoment zu übertragen.

Kommt es unter Überlast zu einem Rutschvorgang zwischen den beiden Kupplungshälften, so wird durch eine Auslöseeinrichtung der Hochdruck im Spannelement abgebaut, so daß die Drehmoment­ übertragung zwischen den beiden Kupplungshälften unterbrochen wird. Somit ist zwar der Kraftschluß abrupt unterbrochen, aber gleichzeitig bleibt die angetriebene Maschine in dem Zustand stehen, der zur Bildung eines Spitzendrehmomentes und zum Aus­ lösen der Sicherheitskupplung geführt hat. Erst die erneute Herstellung der vollen Übertragbarkeit der Sicherheitskupplung macht es möglich, die Maschine wieder in Betrieb zu nehmen. Da­ bei besteht die Gefahr, daß die Sicherheitskupplung sofort wie­ der anspricht. Selbst das Beseitigen der Störungsursache kann eine schwerwiegende Betriebsbehinderung darstellen, insbeson­ dere wenn dabei das derzeit bearbeitete Werkstück oder die Ma­ schine selbst, z. B. durch einen glühenden Walzblock, in Mit­ leidenschaft gezogen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitskupp­ lung der beschriebenen Gattung derart auszubilden, daß trotz eingetretener Kraftschlußunterbrechung ein Notbetrieb möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspru­ ches 1 gelöst. Dazu wird die Sicherheitskupplung durch eine als Hilfskupplung ausgebildete zweite Kupplung ergänzt, welche der Sicherheitskupplung parallelgeschaltet ist und die erste und zweite Kupplungshälfte der Kupplungskombination drehschlüssig miteinander verbindet. Für den Antriebsstrang, dessen maximal zulässiges Übertragungsdrehmoment einmalig überschritten worden ist, bedeutet dies, daß ein Notbetrieb ohne Begrenzung des Ma­ ximaldrehmomentes wenigstens bis zur Beseitigung der für das Auslösen der Sicherheitseinrichtung verantwortlichen Störungs­ ursache möglich ist. Dies bringt eine wesentliche Erleichterung für den betrieblichen Ablauf und ermöglicht in vielen Fällen darüber hinaus ein schnelleres Reaktivieren der eigentlichen Sicherheitskupplung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen angegeben. Die der Sicherheitskupplung parallelge­ schaltete Hilfskupplung wird vorzugsweise schlupffähig ausge­ bildet. Gemäß den Ansprüchen 3 und 4 kann die Hilfskupplung in ständiger drehschlüssiger Verbindung stehen und als Reibkupp­ lung mit federbelasteten z. B. konischen Reibringen versehen sein, die unter axialer Federkraft stehen und die beiden Kupp­ lungshälften dreh- und reibschlüssig miteinander verbinden. Ge­ mäß den Ansprüchen 5 bis 7 kann die Hilfskupplung auch schalt­ bar ausgebildet sein, z. B. als ferngesteuerte, elektromagne­ tische oder druckmittelbetätigte Reibungskupplung. In diesem Falle tritt diese Hilfskupplung nicht wie bei der Ausführung gemäß den Ansprüchen 3 und 4 sofort in Tätigkeit, wenn die Sicherheitskupplung ausgelöst hat. Eine schaltbare Hilfskupp­ lung hat den Vorteil, daß sie so gesteuert werden kann, daß kein beliebig langer Notbetrieb stattfindet.

Die Ansprüche 8 bis 11 beschreiben eine schaltbare und form­ schlüssige Hilfskupplung, die zwar ebenfalls ferngesteuert ein­ rückbar, aber selbst wieder ausrückbar ist, wenn das Drehmoment einen festgelegten Wert überschreitet. Vorgesehen ist dazu eine zwischen den beiden Kupplungshälften vorgesehene Stirnverzah­ nung mit schrägen Flanken, so daß bei Überlast die Betätigungs­ kraft für das Einrücken der Kupplung überwunden wird. Zum Ein­ rücken der Hilfskupplung kann ein hydraulischer Betätigungs­ zylinder vorgesehen sein. Im Anspruch 12 ist beschrieben, daß die Betätigungseinrichtung für die Hilfskupplung, also entweder ein Elektromagnet oder ein Hydraulik-Zylinder, vorzugsweise nicht an der Kupplungskombination selbst, sondern nicht rotie­ rend ortsfest neben der Kupplungskombination angeordnet ist. Diese Anordnung vereinfacht den inneren Aufbau und die Steue­ rung der Kupplungskombination und erhöht gleichzeitig die ins­ besondere im Schwermaschinenbau verlangte Zuverlässigkeit. Die Ansprüche 13 und 14 kennzeichnen Ausführungsformen, bei denen zur Schaffung kompakter montagefertiger Einheiten die Betäti­ gungseinrichtungen, also Hydraulik-Zylinder oder Elektromagnet, direkt in der Hilfskupplung integriert sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung mit Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt, jeweils in Schnitt­ darstellung,

Fig. 1 eine Kupplungskombination mit schaltbarer form­ schlüssiger Hilfskupplung;

Fig. 2 eine Bauart gemäß Fig. 1 mit integrierter hydrau­ lischer Betätigung;

Fig. 3 eine Kupplungskombination mit elektromagnetisch schaltbarer Reibungshilfskupplung;

Fig. 4 eine Bauart gemäß Fig. 3 mit integriertem Elek­ tromagnet;

Fig. 5 eine Kupplungskombination mit nicht schaltbarer Hilfskupplung.

Die Fig. 1 zeigt eine Kupplungskombination mit einer Sicher­ heitskupplung 1 und einer Hilfskupplung 12. Eine erste Kupp­ lungshälfte 4 ist als Gelenkwellenflansch 2 ausgebildet, der ein Drehmoment auf eine Welle 3 übertragen soll. Eine zweite Kupplungshälfte 5 ist als eine koaxial innerhalb der ersten Kupplungshälfte 4 angeordnete rohrförmige Friktionshülse 6 aus­ gebildet und mittels einer Lagerung 7 innerhalb der ersten Kupplungshälfte 4 im entlasteten Zustand drehbar gelagert. Die erste Kupplungshälfte 4 ist von einem ringförmigen Spannelement 8 dicht umschlossen. Dieses Spannelement 8 weist eine innenlie­ gende langgestreckte, aber nur eine geringe radiale Erstreckung aufweisende Druckkammer 9 auf, welche über einen Schraubstutzen 10 mit Flüssigkeit unter hohem Druck gefüllt werden kann. Wird das Spannelement unter Druck gesetzt, so pflanzt sich der Druck nach radial innen auf die erste Kupplungshälfte 4 und von dort auf die Friktionshülse 6 und die Welle 3 fort, so daß eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Flansch 2 und der Welle 3 zustande kommt. Wie für sich allein bekannt, befindet sich das radial äußerste Ende des Schraubstutzens 10 innerhalb einer Öffnung eines Auslöseringes 11, der an einem Kuppelring 14 be­ festigt ist. Der Kuppelring 14 seinerseits ist axial beweglich, aber drehfest über eine Keilwellenverzahnung 17 auf der Frik­ tionshülse 6 befestigt. Somit ist der Auslösering 11 dem jewei­ ligen Drehzustand der Friktionshülse 6 bzw. der Welle 3 zuge­ ordnet. Kommt es zu einem durch überhöhtes Drehmoment verur­ sachten Gleitvorgang zwischen dem Flansch 2 und der Friktions­ hülse 6, so wird das äußerste Ende der Verschraubung 10 abge­ schert, so daß sich die Druckkammer 9 entleert, was zu einer freien Beweglichkeit zwischen dem Flansch 2 und der Friktions­ hülse 6 führt. Mittels des Spannelementes 8 erfüllt die Kupp­ lungskombination die Aufgabe einer Sicherheitskupplung.

Um einen vorübergehenden Notbetrieb der Maschine, in dessen An­ triebsstrang die vorliegende Kupplungskombination eingebaut ist, herbeizuführen, werden die beiden Kupplungshälften 4, 5 mittels einer schaltbaren Hilfskupplung 12 überbrückt. Zu die­ sem Zweck ist sowohl am stirnseitigen Ende des rohrförmigen Teiles des Flansches 2 als auch am Kuppelring 14 eine Stirnver­ zahnung 13 angebracht. Im Normalbetrieb hält eine Spreizfeder 18 den Kuppelring 14 durch Verschiebung auf der Keilwellenver­ zahnung 17 außer Eingriff. Das Einrücken der Hilfskupplung 12 erfolgt über einen Druckring 16 axial auf den Auslösering 11. Am Druckring 16 wirkt zu diesem Zweck eine axiale Verschiebe­ kraft, die entweder von einem Hydraulikzylinder 15 oder statt dessen einem funktionsäquivalenten Elektromagnet 26 aufgebracht wird. Die Betätigungseinrichtung für den Druckring 16, also der Hydraulikzylinder 15 oder Elektromagnet 26, ist ortsfest, also nicht rotierend, neben der Kupplungskombination angeordnet. Vorzugsweise sind am Druckring 16 zwei oder mehrere Hydraulik­ zylinder 15 oder Elektromagnete 26 angeordnet, um ein gleich­ mäßiges Einrücken des Kuppelringes 14 in die Verzahnung 13 zu gewährleisten. Die Dimensionierung der Hilfskupplung 12 ist mit Rücksicht auf die äußeren Abmessungen so gewählt, daß ein Dreh­ moment zwischen der ersten und zweiten Kupplungshälfte 4, 5 übertragen werden kann, welches gerade ausreicht, um einen kurzen Betrieb der Maschine zu ermöglichen und die Ursache für das Ansprechen der Sicherheitskupplung zu beseitigen.

Die Verzahnung 13 ist vorzugsweise mit schrägen Flanken ausge­ bildet. Dadurch entsteht eine vom Drehmoment verursachte axial gerichtete Kraft gegen die Wirkung der Spreizfeder 18. Bei einem bestimmten Drehmoment ist dann das Gleichgewicht überwun­ den, und die Verzahnung 13 kommt selbsttätig außer Eingriff. Dadurch hat auch die Hilfskupplung 12 die Wirkung einer Sicher­ heitskupplung.

Die Fig. 2 zeigt eine Kupplungskombination analog der Ausfüh­ rung gemäß Fig. 1, wobei eine Hilfskupplung 22 vorgesehen ist mit direkt integrierter Betätigung. Dazu ist der Kuppelring 24 als axial verschiebbarer Zylinder ausgebildet. Die Zufuhr von Druckflüssigkeit erfolgt über eine Schlauchverbindung 23 zu einer Drehdurchführung 25, die dichtend im Kuppelring 24 gela­ gert ist. Der eingespeiste Druck pflanzt sich nach radial innen fort. Ein winkelförmiges Endstück an der Friktionshülse 6 bil­ det dabei den festen Kolben für die zylinderartige Ausbildung des Kuppelringes 24. Die Schlauchverbindung 23 wird dabei vor­ zugsweise erst an der Drehdurchführung 25 angebracht, sobald die Sicherheitskupplung angesprochen hat und ein Notbetrieb mittels der Hilfskupplung 22 erforderlich ist. Die Schlauchver­ bindung 25 wird dabei erst für den Notbetrieb nach Ansprechen der Sicherheitskupplung 1 hergestellt und ist also nicht stän­ dig in Funktionsbereitschaft.

Die Fig. 3 zeigt eine Kupplungskombination, deren Sicherheits­ kupplung derjenigen der Ausführungsformen gemäß Fig. 1 und 2 entspricht. Es ist eine schaltbare Hilfskupplung 32 vorgesehen, die als Reibungskupplung ausgebildet ist. Dazu sind am rohrför­ migen Teil des Flansches 2 Innenlamellen 33 und innerhalb des Auslöseringes 11 Außenlamellen 34 angeordnet, die über eine An­ kerplatte 35 und einen außerhalb der Kupplungskombination ange­ ordneten Elektromagneten 36 unter Reibschluß gesetzt werden können. Der Auslösering 11 ist dabei ohne axiale Beweglichkeit an der Friktionshülse 6 befestigt.

In Fig. 4 ist eine Kupplungskombination gemäß der Ausführung nach Fig. 3 dargestellt, wobei aber eine Hilfskupplung 42 einen an dem Auslösering 11 befestigten mitrotierenden Elektromagne­ ten 46 aufweist. Die Stromübertragung zum Magneten 46 erfolgt in diesem Fall über Schleifringe 43 und Bürsten 44.

Alle Bauarten der beschriebenen schaltbaren Kupplungskombi­ nation gemäß den Fig. 1 bis 4 können wahlweise mit druckmit­ telbetätigter oder elektromagnetisch betätigter Hilfskupplung ausgebildet sein. Dabei ist jeweils eine Anordnung mit separa­ ter, nicht rotierender Befestigung neben der Hilfskupplung mög­ lich, z. B. mit schleifringlosem Magneten, oder eine integrierte Anordnung mit Drehdurchführung des Druckmittels oder Stromzu­ fuhr über Schleifringe mit Bürsten.

Aus der Fig. 5 erkennt man eine Kupplungskombination mit einer nicht schaltbaren Hilfskupplung 52. Der Auslösering 11 setzt sich zur Friktionshülse 6 hin in einer Reibplatte 53 fort. In­ nerhalb des Auslöseringes 11 befinden sich Reibringe 54, die am äußeren Umfang vorzugsweise konisch ausgebildet sind und mit­ tels einer Spreizfeder 55 an entsprechenden Gegenflächen am Auslösering bzw. an der Reibplatte 53 anliegen. Radial innen sind die Reibringe 54 mittels einer Keilwellenverzahnung 56 am rohrförmigen Teil des Flansches 2 drehfest abgestützt. Auf die­ se Weise ist eine ständige Verbindung geschaffen zwischen den beiden Kupplungshälften 4 und 5, nämlich über die Stirnseite des Flansches 2, die Reibringe 54 und den Auslösering 11 bzw. die Reibplatte 53 mit der Friktionshülse. Wenn die Sicherheits­ kupplung mittels des Spannelementes 8 das Drehmoment durch Reibschluß zwischen den beiden Kupplungshälften 4 und 5 über­ trägt, so ist die Hilfskupplung 52 außer Funktion. Kommt es durch ein Überdrehmoment zum Lösen der Sicherheitskupplung, so übernimmt die Hilfskupplung 52 sofort das Drehmoment zwischen den beiden Kupplungshälften 4, 5, wobei möglicherweise zunächst auch ein Schlupfbetrieb innerhalb der Hilfskupplung 52 auf­ tritt. Der Vorzug dieser Ausführungsform liegt jedoch darin, daß kein Schaltmanöver oder entsprechende Montagearbeiten an­ fallen, wobei davon auszugehen ist, daß die Hilfskupplung 52 nur das für einen kurzzeitigen Notbetrieb erforderliche Dreh­ moment zu übertragen hat. Dadurch kommt der Hilfskupplung 52 eine zusätzliche Sicherheitsfunktion zu.

Claims (14)

1. Kupplungskombination mit einer reibschlüssigen Sicherheits­ kupplung zur lastabhängigen Trennung des Kraftflusses in einem Antriebsstrang, mit zwei koaxial ineinander angeord­ neten und gegenseitig verdrehbaren Kupplungshälften, die unter der Wirkung eines hydraulischen Spannelementes reib­ schlüssig verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherheitskupplung (1) eine zweite Kupplung als Hilfskupp­ lung (12, 22, 32) zwischen der ersten und der zweiten Kupp­ lungshälfte (4, 5) parallel geschaltet ist, die die beiden Kupplungshälften (4, 5) kraftflüssig miteinander verbindet, wenn der Reibschluß der ersten Sicherheitskupplung (1) un­ terbrochen ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskupplung (12, 22, 32) schlupffähig ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kupplungshälften (4, 5) über die Hilfskupplung (32) in ständiger drehschlüssiger Verbindung stehen.

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskupplung (32) als Kegelreibkupplung mit federbelaste­ ten axial zwischen den Kupplungshälften (4, 5) wirkenden Reibringen (34) ausgebildet ist.

5. Kupplung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskupplung (12, 22) als schaltbare Kupplung ausge­ bildet ist.

6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskupplung (32, 42) als ferngesteuerte elektromagne­ tische Reibungskupplung (33, 34, 35, 36) ausgebildet ist.

7. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskupplung als druckmittelbetätigte Reibungskupplung ausgebildet ist.

8. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskupplung (12) als formschlüssige schaltbare Kupplung (13, 14, 15) ausgebildet ist.

9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskupplung (12) ferngesteuert einrückbar und unter Last ausrückbar ausgebildet ist.

10. Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskupplung (12) Bauteile (2, 14) mit Stirnverzahnung (13) aufweist, die durch axiale Verschiebung in Eingriff bringbar sind, wobei die Stirnverzahnung (13) schräge Flan­ ken aufweist, entlang denen die Hilfskupplung (12) bei Überlast gegen die Wirkung der axialen Verschiebekraft (Be­ tätigungszylinder 15) ausrückbar ist.

11. Kupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskupplung (12) elektromagnetisch betätigbar ist.

12. Kupplung nach einem der Ansprüche 6 oder 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (15, 26) der Hilfskupplung (12, 22) nicht rotierend ortsfest neben der Kupplungskombination angeordnet ist.

13. Kupplung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Betätigungszylinder an der Kupplungs­ kombination (1, 12) befestigt ist und eine von außen ge­ speiste Druckmittelzufuhr (23, 25) aufweist.

14. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsmagnet (36) für die Reibungskupplung an der Kupplungskombination (1, 42) befestigt ist und über eine Stromzufuhr über Schleifringe (43) und Bürsten (44) betä­ tigbar ist.