DE4101018A1 - Sicherheitsnabe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsnabe zum Verbinden einer Antriebsscheibe oder dergleichen mit einer Welle.

Es handelt sich dabei um eine Sicherheitsnabe, die beim Über­ schreiten eines bestimmten Drehmomentwertes ausrückt, so daß die bei normalem Betrieb gegebene drehfeste Verbindung zwischen Antriebsscheibe und Nabe aufgehoben wird.

Derartige bekannte Sicherheitsnaben besitzen üblicherweise einen Innenring, der in etwa die Form eines Zylinderrohres hat und dessen zentrale Bohrung zur Aufnahme der Welle dient. Die Welle kann dabei mittels einer üblichen Klemmverbindung oder einer Spannvorrichtung mit dem Innenring verbunden werden.

Der Innenring der bekannten Sicherheitsnaben besitzt in etwa axial mittig auf seiner Außenmantelfläche einen radial nach außen weisenden, mehrere, insbesondere gleichmäßig in Umfangs­ richtung verteilte, axiale Durchgangsbohrungen aufweisenden Flansch. In diesen Durchgangsbohrungen sind jeweils eine Kugel gelagert, wobei alle Durchgangsbohrungen und alle Kugeln zweck­ mäßigerweise die gleichen Abmessungen haben.

Der Innenring ist in die zentrale Bohrung der Antriebsscheibe eingesetzt, bei der es sich beispielsweise um eine Riemenscheibe handeln kann. In der zentralen Bohrung der Antriebsscheibe befindet sich auch ein Außenring, der damit verbunden ist und durch dessen zentrale Bohrung sich der Innenring erstreckt. Der Außenring ist dabei an seiner flanschabgewandten Stirnseite an einem auf der Außenmantelfläche des Innenringes angebrachten Anschlagteil abgestützt, bzw. ist in mittelbarem oder unmittelbarem Anschlag daran, während er an seiner zum Flansch zeigenden Stirnseite jeder Durchgangsbohrung axial gegenüber­ liegend mit einer Vertiefung versehen ist, in die die in der jeweiligen Durchgangsbohrung befindliche Kugel mittels eines mit einer Tellerfeder beaufschlagten, auf der axial gegenüber­ liegenden Seite des Flansches angeordneten Schaltringes gedrückt wird.

Um die Tellerfeder abzustützen, sind die bekannten Sicherheits­ naben auf der Außenmantelfläche des Innenringes mit einem daran befestigbaren, jedoch lösbaren Anschlagelement für die Teller­ feder ausgestattet.

Das Anschlagelement der bekannten Sicherheitsnaben ist üblicher­ weise eine Einstellmutter, dessen Innengewinde mit einem auf der Außenmantelfläche des Innenringes vorhandenen Gewinde zusammen­ wirkt. Durch Drehen der Einstellmutter verschiebt sich diese in axialer Richtung. Da die Tellerfeder an dieser Einstellmutter anliegt, wird durch die axiale Verschiebung der Einstellmutter die Kraft festgelegt, welche die Tellerfeder mittels des Schaltringes auf die Kugel ausübt. Dadurch wird auch das Ausrückmoment bzw. das Ausrückverhalten der Sicherheitsnabe bestimmt.

Bei den bisher bekannten Sicherheitsnaben trat nun häufig das Problem auf, daß diese Sicherheitsnaben nach einer Demontage und einem erneuten Zusammenbau bzw. Aufsetzen auf eine Welle nicht mehr das gleiche Ausrückverhalten zeigten wie vor der Demontage. Dies lag meistens daran, daß die Einstellmutter, die ja das Ausrückmoment festlegt, nicht in die exakt gleiche Position wie vor der Demontage gedreht wurde. Auch ist es vorgekommen, daß die Einstellmutter nach deren genauer Positionierung wieder verdreht wurde, da für eine Fixierung der Einstellmutter in der erforderlichen Position keine oder nur unzureichend Sorge getragen wurde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Sicher­ heitsnabe der beschriebenen Art bereitzustellen, bei der eine Fehlbedienung bzw. eine falsche Einstellung des Ausrückmomentes durch den Monteur soweit wie möglich ausgeschlossen und eine nachträgliche Verstellung des Anschlagelementes für die Teller­ feder unmöglich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das Anschlagelement der erfindungsgemäßen Sicherheitsnabe nur eine axial feststehende und bei der Herstellung festgelegte Position einnehmen kann.

Der Kern der Erfindung liegt somit darin, daß das Anschlag­ element von dem die Sicherheitsnabe zusammensetzenden Monteur nur in eine vorher definitiv festgelegte Position gebracht werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß vorzugsweise dadurch erreicht, daß der Innenring einen auf seiner Außenmantelfläche radial umlaufenden Einstich bzw. eine radial umlaufende nach radial außen offene Nut zur Befestigung des Anschlagelementes besitzt, in den bzw. in die vorzugsweise ein Seegerring eingesetzt ist.

Die zur Tellerfeder zeigende Anschlagfläche des Anschlag­ elementes ist dabei vorzugsweise genau senkrecht sowie quer zur Mittelachse der zentralen Bohrung des Innenringes angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß die Tellerfeder nicht in einigen Bereichen (bezogen auf die Umfangsrichtung) stärker in Richtung des Schaltringes und somit der Kugeln gedrückt wird als in anderen Bereichen. Ist letzteres der Fall, dann wirken auf die Kugeln unterschiedliche Kräfte, je nachdem, wie weit die Tellerfeder an die jeweilige Kugel herangedrückt ist. Die Kugeln zeigen daher ein unterschiedliches Ausrückverhalten, was sich in bezug auf die gesamte Kupplung dadurch zeigt, daß die Kupplung nicht bei einem bestimmten Drehmomentwert, sondern innerhalb eines bestimmten Drehmomentbereiches ausrückt.

Dieses Problem trat beispielsweise bei den bisher bekannten, mit einer Einstellmutter ausgerüsteten Sicherheitsnaben auf, denn diese Einstellmuttern sind - wie bereits oben beschrieben - mit einem Innengewinde ausgestattet, das mit einem auf der Außen­ mantelfläche des Innenringes angebrachten Außengewinde zusammen­ wirkt. Derartige Gewinde haben ein gewisses Spiel und natürlich auch eine gewisse Steigung, so daß die Einstellmutter nie exakt senkrecht zur zentralen Mittelachse, sondern immer leicht "geneigt" ist.

Um nun das Ausrückmoment der erfindungsgemäßen Sicherheitsnabe variieren und dadurch an die Bedürfnisse anpassen zu können, ist bzw. sind bei der erfindungsgemäßen Sicherheitsnabe vorzugsweise eine oder mehrere (je nach Bedarf) planparallele Zwischen­ scheibe(n) zwischen das Anschlagelement und der Tellerfeder eingelegt. Die Zahl der eingelegten Zwischenscheiben, die zweck­ mäßigerweise sogar plangeschliffen sind, legt das Ausrückmoment fest.

Bedingt dadurch, daß der Monteur beim Zusammenbau der erfin­ dungsgemäßen Sicherheitsnabe nur noch die richtige Zahl an Zwischenscheiben einlegen muß, ist die Wahrscheinlichkeit, ein falsches Ausrückmoment einzustellen, minimiert. Dies ist nur noch dann möglich, wenn der Monteur nicht die richtige Anzahl an Zwischenscheiben einlegt und beispielsweise eine vergißt oder eine hinzufügt. Die Wahrscheinlichkeit, eine Scheibe zu verges­ sen oder zuviel einzulegen, ist jedoch wesentlich geringer als die Einstellmutter bei den bisher bekannten Sicherheitsnaben nicht in die exakte Position zu drehen. Ein nachträgliches Ändern des Ausrückmomentes der erfindungsgemäßen Sicherheitsnabe ist auf jeden Fall ausgeschlossen.

Nach einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform ist der Innen­ ring innerhalb der zentralen Bohrung in der Antriebsscheibe derart angeordnet, daß sein axialer Bereich zwischen dem An­ schlagelement und dem Anschlagteil innerhalb der axialen Breite der Antriebsscheibe liegt. Unter der axialen Breite wird hierbei die Erstreckung der Antriebsscheibe in Richtung der Längsachse der Welle verstanden.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die Ebenen bzw. die Bereiche, in denen die Kraft von der Antriebsscheibe auf die Nabe übertragen wird, möglichst zusammenfallen. Die auftretenden Kippmomente können dabei stark reduziert werden und gegebenen­ falls sogar soweit, daß das zwischen dem Anschlagteil und dem mit der Antriebsscheibe fest verbundenen Außenring angeordnete Kugellager, das normalerweise diese Kippmomente auffangen soll, weggelassen werden kann.

Um dies zu erreichen, wird der Innenring vorzugsweise derart angeordnet, daß die mittlere Radialebene der Antriebsscheibe und die Radialebene, auf der die Mittelpunkte der Kugel liegen, in etwa zusammenfallen.

Eine weitere Möglichkeit, die Kippmomente aufzufangen, besteht darin, die Antriebsschübe auf der Welle abzustützen.

Die in dem Außenring vorhandenen Vertiefungen, in welche die Kugeln mit Hilfe des Schaltringes und der Tellerfeder gedrückt werden, können beispielsweise sphärische Form haben und mit Hilfe eines Kugelfräsers hergestellt werden. Dies sphärische Form entspricht dabei in etwa der sphärischen Form der Kugel. Vorzugsweise werden diese Vertiefungen jedoch durch Durchgangs­ bohrungen im Außenring gebildet, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Kugel. So kann beispielsweise der Kugel­ durchmesser 8 mm betragen, während der Durchmesser der Durch­ gangsbohrung 6,1 mm beträgt.

Derartige Durchgangsbohrungen lassen sich leichter und exakter herstellen als sphärische Vertiefungen, so daß auch das Ausrück­ verhalten aller Kugeln gleich ist.

Die Verbindung des Innenringes der erfindungsgemäßen Sicher­ heitsnabe mit der Welle kann üblicher Natur sein. So kann es sich beispielsweise um eine übliche Klemmnabenverbindung handeln. Vorzugsweise wird in die zentrale Bohrung des Innen­ ringes eine per se bekannte Spannvorrichtung eingesetzt, beispielsweise eine in der europäischen Patentanmeldung 8 81 20 013.3 beschriebene Spannvorrichtung. Auf die Offenbarung der genannten europäischen Patentanmeldung wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sicherheits­ nabe sind nachstehend anhand der Figuren näher erläutert. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht im Halbschnitt einer erfin­ dungsgemäßen Sicherheitsnabe mit einer Spann­ vorrichtung zum Verbinden der Welle mit der Nabe und

Fig. 2 eine Seitenansicht im Halbschnitt einer erfin­ dungsgemäßen Sicherheitsnabe in Form einer Klemm­ nabe.

Die in der Fig. 1 gezeigte Sicherheitsnabe besitzt als Antriebs­ scheibe eine Riemenscheibe 10 mit einer zentrischen bzw. zentra­ len Bohrung 14 zur Aufnahme der Sicherheitsnabe und der damit verbundenen Welle 13.

In diese Bohrung 14 ist ein Außenring 9 eingeschrumpft und dadurch mit der Riemenscheibe 10 fest verbunden. Durch die zentrale Bohrung des Außenringes 9 erstreckt sich der Innenring 4, der in etwa die Form eines zylindrischen Rohrabschnittes hat. In etwa axial mittig läuft außen um den Innenring 4 ein ringartiger Flansch 15 um, der mehrere axiale Durchgangs­ bohrungen 16 besitzt, in denen Kugeln 8 gelagert sind. Alle Durchgangsbohrungen und Kugeln haben dabei die gleichen Abmessungen.

Der Innendurchmesser der Durchgangsbohrungen 16 ist dabei geringfügig größer als der Durchmesser der Kugeln 8, während die axiale Breite (Erstreckung in Richtung der Wellenachse) des Flansches 15 geringfügig geringer ist als der Durchmesser der Kugeln 8. Die Durchgangsbohrungen 16 sowie die Kugeln 8 sind dabei regelmäßig auf dem Umfang des Flansches 15 verteilt.

Ein auf der gegenüberliegenden Seite vom Außenring 9 angeordne­ ter Schaltring 7, der ebenfalls mit einer zentralen Bohrung ausgestattet ist, durch den sich der Innenring 4 erstreckt, drückt die Kugeln 8 in die Vertiefungen 17, die den Kugeln 8 gegenüberliegend in dem Außenring 9 ausgenommen sind. Die dazu erforderliche Kraft wird durch eine Tellerfeder 6 ausgeübt, die auf der kugelabgewandten Seite des Schaltringes 7 angebracht ist und ebenfalls eine zentrale Bohrung besitzt, durch die sich der Innenring 4 erstreckt.

Als Anschlagelement und somit zum Abstützen der Tellerfeder 6 dient ein Seegerring 5, der in einen radial umlaufenden Einstich 18 bzw. in eine nach radial außen offene Nut in der Außenmantel­ fläche des Innenrings 4 eingesetzt ist.

Die Lage des Einstichs 18 wird schon bei der Herstellung der Nabe bzw. des Innenringes 4 festgelegt. Somit existiert ein definierter Abstand zwischen dem Anschlagelement bzw. dem Seegerring 5 und dem Flansch 15. Bei gegebenen Abmessungen des Schaltringes 7 und der Kugeln 8 wird dadurch festgelegt, wie weit die Tellerfeder 6 zusammengedrückt wird. Dies wiederum legt exakt die Kraft fest, welche die Tellerfeder 6 über den Schaltring 7 auf die Kugeln 8 ausübt.

Treten zu hohe Drehmomente bzw. zu starke Kräfte auf, dann werden die Kugeln 8 entgegen der durch die Tellerfeder ausgeüb­ ten Kraft aus ihren Vertiefungen 17 angehoben und in Richtung gegen den Schaltring 7 gedrückt. Sobald die Kugeln 8 die dazuge­ hörigen Vertiefungen "verlassen" haben, ist die Sicherheitsnabe ausgerückt; der Außenring 9 und der Innenring 4 besitzen nicht mehr die gleiche Umdrehungsgeschwindigkeit, sondern können sich unterschiedlich schnell drehen, bis die Nabe wieder einrastet. Dieses Prinzip ist im übrigen bekannt.

Untersuchungen haben im übrigen gezeigt, daß bei eingerasteter Sicherheitsnabe die Drehmomente bzw. die Kräfte von dem Außen­ ring 9 bzw. der damit fest verbundenen Riemenscheibe 10 über die Kugeln 8 auf den Schaltring 7, die Tellerfeder 6 und den Seeger­ ring 5 auf den Innenring 4 übertragen werden. Die Reibung der Kugeln 8 an dem Schaltring 7 ist dafür ausreichend groß. Mit anderen Worten, die Kraft bzw. das Drehmoment wird nicht über die Kugeln 8 und dann den Flansch 15 auf den Innenring 4 über­ tragen. Die Kugeln 8 können durchaus mit einem gewissen Spiel in den Durchgangsbohrungen 16 des Flansches 15 gelagert sein. Die Hauptfunktion dieses Flansches 15 ist es daher, die Kugeln im Falle des Ausrückens mitzunehmen bzw. zu lagern. Daher ist es nicht unbedingt erforderlich, daß der Flansch 15 mit dem Innen­ ring 4 einstückig ist, wie das bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen der Fall ist. Dieser Flansch 15 kann daher auch ein Ring sein, der bezüglich des Innenringes drehbar ist.

Auf der Rückseite und somit auf der kugelabgewandten Seite des Außenringes 9 befindet sich ein Kugellager 11 zur Aufnahme von Kippmomenten. Dieses Kugellager 11 wiederum ist in Anschlag an ein Anschlagteil bzw. einen Seegerring 12, der ebenso wie der Seegerring 5 in einen radial umlaufenden Einstich, nämlich den Einstich 19, eingesetzt ist. In die zentrale Innenbohrung 20 des Innenringes 4 ist eine Spannvorrichtung eingesetzt, die eine Konusbuchse 21, einen Sicherungsring 22 und eine Bundschraube 23 besitzt. Die Bundschraube 23 ist über ein Gewinde 24 in die Innenbohrung 20 des Innenringes 4 einschraubbar und schiebt dabei die Konusfläche 25 der Konusbuchse 21 gegen die komplemen­ tär konisch geformte Innenmantelfläche 26 der Innenbohrung 20 des Innenringes 4. Dadurch wird die Welle 13 mit dem Innenring 4 verspannt.

Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß die Achse 27 die zentrale Achse für die Riemenscheibe 10, das Kugel­ lager 11, den Außenring 9, den Schaltring 7, die Tellerfeder 6, den Innenring 4, die Bundschraube 23, die Konusbuchse 21 und die Welle 13 darstellt.

Bei der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Sicherheitsnabe besitzen diejenigen Teile, welche den Teilen der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform entsprechen, die gleichen Bezugszeichen.

Die in der Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße Sicherheitsnabe unterscheidet sich von der der Fig. 1 einerseits dadurch, daß in der Innenbohrung des Innenringes 4 keine Spannvorrichtung vorge­ sehen ist. Vielmehr besitzt der Innenring 4 eine Klemmnabe 2, die mit Hilfe einer Schraube 1 festgeklemmt wird. Diese Ausge­ staltung ist üblicher Natur.

Andererseits unterscheidet sich die in der Fig. 2 gezeigte Ausführungsform dadurch, daß sie "weiter in die Bohrung der Antriebsscheibe 14 hineingesetzt" ist. Die Radialebene 28 der Riemenscheibe 10 und die Radialebene, auf der die Mittelpunkte der Kugeln 8 liegen, fallen in etwa zusammen. Zudem befindet sich der axiale Bereich und somit die Teile zwischen dem Seeger­ ring 5 und dem Seegerring 12 des Innenrings 4 bzw. auf dem Innenring 4 innerhalb der axialen Breite (Erstreckung in Rich­ tung der Achse 27) der Riemenscheibe 10.

Der Hauptunterschied ist jedoch darin zu sehen, daß bei der Sicherheitsnabe gemäß der Fig. 2 zwischen dem Seegerring 5 und der Tellerfeder 6 eine Zwischenscheibe bzw. Anstellscheibe 3 eingelegt ist. Durch Einlegen dieser Zwischenscheibe ist es möglich, die Kraft zu variieren und einzustellen, welche die Tellerfeder 6 über den Schaltring 7 auf die Kugeln 8 ausübt. Dadurch wird somit auch das Ausrückmoment festgelegt.

Wie man aus den Fig. 1 und 2 ersieht, besitzt die Innenbohrung 14 der Riemenscheibe 10 drei Bereiche mit unterschiedlichen Durchmessern. Je nachdem, wie man diese Bereiche wählt, kann man den Außenring 8 sowie den Innenring 7 einschließlich der davon getragenen Teile mehr oder weniger in "die Mitte" der Riemen­ scheibe 10 plazieren, um das Auftreten von Kippmomenten bei der Kraftübertragung zu vermeiden. Diese "Hineinverlagerung" ist nur dadurch möglich, daß bei der erfindungsgemäßen Sicherheitsnabe nach deren Zusammenbau keine Ausrückmomente mehr eingestellt werden müssen. Die dafür erforderlichen Teile können bei der erfindungsgemäßen Sicherheitsnabe in einen nachher nicht mehr oder nur schlecht zugänglichen Bereich verlagert werden.

Claims (11)

1. Sicherheitsnabe zum Verbinden einer Antriebsscheibe (10) oder dergleichen mit einer Welle (13), aufgebaut aus einem Innenring (4), der eine zentrale Bohrung (20) zur Aufnahme der Welle (13) und einen radial nach außen weisenden, mehrere, insbesondere gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte, axiale Durchgangsbohrungen (16) aufweisenden Flansch (15) besitzt, wobei in jeder Durchgangsbohrung (16) eine Kugel (8) gelagert ist, aus einem mit der Antriebs­ scheibe (10) verbundenen Außenring (9), durch dessen zentrale Bohrung sich der Innenring (4) erstreckt und der an seiner flanschabgewandten Stirnseite an einem auf der Außenmantelfläche des Innenringes (9) angebrachten Anschlagteil (12) abgestützt sowie auf seiner zum Flansch zeigenden Stirnseite jeder Durchgangsbohrung axial gegen­ überliegend mit einer Vertiefung (17) versehen ist, in die die in der jeweiligen Durchgangsbohrung (16) befindliche Kugel (8) mittels eines mit einer Tellerfeder (6) beauf­ schlagten, auf der axial gegenüberliegenden Seite des Flansches (15) angeordneten Schaltringes (7) gedrückt wird, und aus einem auf der Außenmantelfläche des Innenringes (4) befestigbaren, bei Bedarf jedoch lösbaren Anschlagelement für die Tellerfeder (6) dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement (5) nur eine axial feststehende und bei der Herstellung festgelegte Position einnehmen kann.

2. Sicherheitsnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenring (4) auf seiner Außenmantelfläche einen radial umlaufenden Einstich (18) zur Befestigung des Anschlagelementes (5) besitzt.

3. Sicherheitsnabe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement ein Seegerring (5) ist.

4. Sicherheitsnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Tellerfeder (6) zeigende Anschlagfläche des Anschlagelementes (5) senkrecht sowie quer zur Mittelachse der zentralen Bohrung (20) des Innenringes (4) angeordnet ist.

5. Sicherheitsnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Anschlagelement (5) und der Tellerfeder (6) eine oder mehrere planparallele Zwischenscheibe(n) (3) eingelegt ist (sind).

6. Sicherheitsnabe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagteil (12) ein Anschlagelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 ist.

7. Sicherheitsnabe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anschlagteil (12) und dem Außenring (9) ein Kugellager (11) angeordnet ist.

8. Sicherheitsnabe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenring (4) derart angeordnet ist, daß sein axialer Bereich zwischen dem Anschlagelement (5) und dem Anschlagteil (12) innerhalb der axialen Breite der Antriebsscheibe (10) liegt.

9. Sicherheitsnabe nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Radialebene der Antriebsscheibe (10) und die Radialebene, auf der die Mittelpunkte der Kugel (8) liegen, in etwa zusammenfallen.

10. Sicherheitsnabe nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Außenring (9) vorhandenen Vertiefungen (17) durch eine Durchgangsbohrung gebildet werden, deren Durch­ messer kleiner als der Durchmesser der Kugel (8) ist.

11. Sicherheitsnabe nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß in die zentrale Bohrung (20) des Innenringes (4) eine per se bekannte Spannvorrichtung (21, 22, 23) eingesetzt ist.