DE4225225C2 - Drehmomentbegrenzer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehmomentbegrenzer zum Übertragen von Drehmoment und zum Begrenzen des übertragenen Drehmoments gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Drehmomentbegrenzer werden benutzt, um ein Drehmoment von einer Welle auf ein rotierendes Bauteil, beispielsweise eine Rolle, Walze oder dergleichen zu übertragen und die Drehmomentübertragung zu unterbrechen, wenn die auf das rotierende Bauteil einwirkende Last einen bestimmten Wert überschreitet. Bisher sind Drehmomentbegrenzer mit Schlingfeder und Drehmomentbegrenzer mit Reibplatte bekannt.

Bei einem Schlingfeder-Drehmomentbegrenzer erfolgt das Ein- und Ausschalten der Drehmomentübertragung nur bei Drehbewegungen in einer Richtung. Wenn die Welle des Drehmomentbegrenzers sich in der anderen Richtung dreht, läßt sich die Drehmomentübertragung nicht ein- und ausschalten.

Dagegen erfolgt das Ein- und Ausschalten der Drehmomentübertragung bei einem Reibplatten- Drehmomentbegrenzer in beiden Drehrichtungen. Das Ein- und Ausschalten der Drehmomentübertragung geschieht jedoch in beiden Drehrichtungen der Welle bei dem gleichen Drehmoment. Es ist unmöglich, in der einen Drehrichtung einen Grenzwert für das übertragene Drehmoment vorzugeben, der sich von dem Grenzwert für die Drehmomentübertragung in der entgegengesetzten Drehrichtung unterscheidet. Wenn es notwendig wird, daß das Drehmoment, das von einer Welle in der einen Drehrichtung auf ein rotierendes Bauteil übertragen wird, sich von dem Drehmoment wesentlich unterscheidet, das bei Drehung der Welle in der entgegengesetzten Drehrichtung übertragen wird, müssen zwei Drehmomentbegrenzer verwendet werden, die sich hinsichtlich der Richtung der Drehmomentübertragung und der Größe des übertragbaren Drehmoments unterscheiden. Dies erhöht nicht nur die anfallenden Kosten, sondern macht auch die Montage schwieriger.

Aus GB 2 229 236 A, auf die sich der Oberbegriff von Anspruch 1 bezieht, ist ein Drehmomentbegrenzer bekannt, der in einer Drehrichtung die Drehung der Welle unabhängig von deren Drehmoment über die Mehrzahl von Rollen fest auf den Außenring überträgt, während in der anderen Drehrichtung die Drehung der Welle nur bis zu einem bestimmten Grenzdrehmoment auf den Außenring übertragen wird. Oberhalb des Grenzdrehmoments läuft die Welle frei von dem Außenring. Das Grenzdrehmoment ist über die Vorspannkraft der Drehmomentstellfedern , den Durchmesser der Rollen sowie den Außendurchmesser des Innenrings einstellbar.

Aus EP 0 249 712 A1 ist Freilauf bekannt, der aus einem metallischen Außenring besteht, in dem konzentrisch ein metallisches Innenteil angeordnet ist, und bei dem in einem zwischen Außenring und Innenteil angeordneten Käfig Klemmrollen untergebracht sind, die unter Einwirkung von Federn in Klemmkontakt mit den Flächen des Außenrings einerseits und des Innenteils andererseits gehalten sind, wobei der Käfig Taschen für die Klemmrollen aufweist, welche durch Stege und wenigstens einen mit diesen verbunden Stirnring gebildet sind, wobei wenigstens eine Umfangsfläche des Käfigs in Art eines Gleitlagers mit einer Zylinderfläche des benachbarten Bauteils (Außenring bzw. Innenteil) zusammenwirkt.

Aus US 4 610 339 ist ein einstellbarer Drehmomentbegrenzer bekannt, der eine erste Schlingfeder aufweist, die für ein einstellbares Grenzdrehmoment sorgt, bis zu welchem eine Kraftübertragung stattfindet, sowie eine zweite koaxial angeordnete Schlingfeder, welche für ein mechanisches Signal sorgt, welches anzeigt, daß die Drehmomentgrenze erreicht wurde. Die erste Schlingfeder ist über eine Freilaufkupplung mit einer Abtriebswelle verbunden.

Aus US 1 985 126 ist ein Freilauf mit einer Schlingfeder und einer zusätzlichen Freilaufkupplung mit Rollen und Gegenflächen bekannt, wobei die Zusatzkupplung dazu dient, wahlweise ein hinreichendes Drehmoment auf die Schlingfeder auszuüben, um diese in Reibeeingriff mit angetriebenen Teilen bzw. Antriebsteilen zu bringen.

Aus US 2 543 034 ist eine Servokupplung unter Verwendung einer Schlingfeder bekannt. Drehmoment wird dabei zwischen einer Antriebs- und einer Abtriebswelle in der einen Drehrichtung über die Schlingfeder übertragen. Um einen Freilauf zwischen Antriebs- und Abtriebswelle zu verhindern, ist zusätzlich eine Rollenkupplung vorgesehen.

Aus US 5 022 505 ist ferner eine Freilaufkupplung mit einer Schlingfeder bekannt ist, die eine Drehmomentübertragung nur in einer Drehrichtung erlaubt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakten Drehmomentbegrenzer zu schaffen, der einen einfachen Aufbau hat und der es erlaubt, Drehmomente bis zu Grenzwerten zu übertragen, die sich für beide Drehrichtungen voneinander unterscheiden.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Drehmomentbegrenzer mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Merkmalen, erfindungsgemäß dadurch gelöst daß, der Drehmomentbegrenzer ferner mit einer zwischen dem Innenring und der Welle sitzenden Schlingfeder versehen ist, deren eines Ende an dem Innenring festgelegt ist und die so angeordnet ist, daß sie sich um eine Außenumfangsfläche der Welle herum festzieht, wenn sich die Welle in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung dreht, in welche die Drehmoment­ stellfedern die Rollen drücken.

Wenn die Drehung einer Welle auf ein rotierendes Bauteil, beispielsweise eine Rolle oder Walze, über den vorstehend gekennzeichneten Drehmomentbegrenzer übertragen werden soll, wird das rotierende Bauteil mit einer Bohrung versehen, die zur einen Seite hin offen ist. Der Drehmomentbegrenzer wird in die Bohrung eingesetzt, und der Außenring wird so angeordnet, daß er sich nicht mit Bezug auf das rotierende Bauteil dreht. Auf die Öffnung der Bohrung wird ein Deckel aufgesetzt, der ein Herausrutschen des Drehmomentbegrenzers aus der Bohrung verhindert.

Wenn sich in diesem zusammengebauten Zustand die Welle in solcher Richtung dreht, daß sich die Schlingfeder festzieht, wird die Drehung der Welle über die Schlingfeder auf den Innenring und über die Rollen weiter auf den Außenring übertragen, so daß sich das rotierende Bauteil zusammen mit dem Außenring dreht. Wenn in diesem Zustand die auf das rotierende Bauteil einwirkende Last zunimmt und die Kraft, mit welcher der Innenring die Rollen in Richtung auf eine Außereingriffsstellung drückt mit der Kraft der Drehmomentstellfedern ins Gleichgewicht kommt, tritt Schlupf zwischen dem Innenring und den Rollen auf. Die Drehmomentübertragung wird auf diese Weise unterbrochen.

Wenn sich dagegen die Welle in der entgegengesetzten Richtung dreht, weitet sich die Schlingfeder diametral auf. Kommt die Kraft, mit welcher sich die Schlingfeder auf der Welle festzieht, mit der Reibungskraft zwischen der Schlingfeder und der Welle ins Gleichgewicht, tritt ein Schlupf zwischen der Welle und der Schlingfeder auf; die Welle kann leerlaufen.

Wenn bei einem Leerlauf die Welle den Innenring berühren sollte, könnte es zu einer Beschädigung der Außenfläche kommen, weil der Innenring für gewöhnlich aus einem harten Werkstoff gefertigt ist. Um einen solchen Oberflächenschaden zu verhindern, ist die Schlingfeder vorzugsweise im axial mittleren Bereich des Innenringes angeordnet, und zwei Öl enthaltende Lager sitzen an beiden Enden der Innenumfangsfläche des Innenringes, wobei die Lager Axialbewegungen der Schlingfeder begrenzen. Die Welle ist in den ölhaltigen Lagern abgestützt.

Bei der Montage des Drehmomentbegrenzers in dem rotierenden Bauteil wird die aus Außenring, Innenring, Rollen und Drehmomentstellfedern bestehende Anordnung in die Bohrung des rotierenden Bauteils eingesetzt. Der Deckel wird an der offenen Seite der Bohrung montiert, um zu verhindern, daß die zuvor genannte Anordnung aus der Bohrung herausrutscht. Dann wird die Welle in den Innenring eingesetzt. Weil bei diesem Montagevorgang der Innendurchmesser der Schlingfeder zunächst kleiner als der Außendurchmesser der Welle ist, wenn die Welle in den Innenring eingeführt wird, wird der Innenring durch die Schlingfeder in Axialrichtung verschoben, der Innenring könnte ohne weitere Vorkehrungen aus der Bohrung herausrutschen. Dadurch würde die Montage behindert. Um den Zusammenbau zu erleichtern, ist vorzugsweise die Innenseite des Deckels gegenüber der einen Stirnfläche des Innenringes angeordnet, um den Innenring an einem Herausrutschen zu hindern.

Der Drehmomentbegrenzer nach der Erfindung erlaubt es, Drehmoment unterschiedlicher Größe in der einen und der anderen Drehrichtung zu übertragen. Er besteht aus wenigen Einzelteilen, und sein Aufbau ist einfach. Infolgedessen sind die Fertigungskosten niedrig.

Durch die Verwendung zweier ölhaltiger Lager an der Innenumfangsfläche des Innenringes wird ferner die Welle im Leerlauf außer Berührung mit dem aus hartem Werkstoff gefertigten Innenring gehalten. Auf diese Weise wird die Außenfläche der Welle gegen Beschädigung geschützt. Die beiden ölhaltigen Lager verhindern außerdem eine Axialbewegung der Schlingfeder. Der Innenring und die Schlingfeder können daher nicht außer gegenseitigen Eingriff kommen. Dadurch wird die Effizienz des Zusammenbaus verbessert.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Drehmomentbegrenzer nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Teillängsschnitt eines Drehmomentbegrenzers gemäß einer abgewandelten Ausführungsform,

Fig. 4 einen Längsschnitt eines Drehmomentbegrenzers gemäß einer weiter abgewandelten Ausführungsform, und

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Drehmomentbegrenzer entsprechend einer weiter abgewandelten Ausführungsform.

Der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte, insgesamt mit 10 bezeichnete Drehmomentbegrenzer ist in einem rotierenden Bauteil 1 montiert. Bei dem rotierenden Bauteil 1 handelt es sich um eine Rolle. Der Drehmomentbegrenzer kann jedoch auch bei anderen Anordnungen vorgesehen werden, beispielsweise bei Walzen, Zahntrommeln, Zahnrädern oder Riemenscheiben.

Das rotierende Bauteil 1 ist aus Kunstharz gefertigt und mit einer Axialbohrung 2 versehen, die am einen Ende offen ist. Der Drehmomentbegrenzer 10 ist in die Bohrung 2 eingesetzt. Ein Deckel 3 ist in die Öffnung der Bohrung 2 eingepaßt, um den Drehmomentbegrenzer 10 am Herausrutschen zu hindern.

Der Drehmomentbegrenzer 10 weist einen Außenring 11, einen Innenring 12 und eine sich durch den Innenring 12 hindurcherstreckende Welle 13 auf. Mehrere axial verlaufende Nuten 14 sind in der Außenumfangsfläche des Außenringes 11 ausgebildet. Das rotierende Bauteil 1 ist an seiner Innenumfangsfläche mit Rippen 4 versehen, die sich in die Nuten 14 einlegen, um für eine drehfeste Verbindung zwischen dem rotierenden Bauteil 1 und dem Außenring 11 zu sorgen.

Der Außenring 11 weist an seiner Innenumfangsfläche eine Mehrzahl von in gleichen Abständen angeordneten Schrägflächen 15 auf. Zwischen jeder der Schrägflächen 15 und einer zylindrischen Außenumfangsfläche 16 des Innenringes 12 sitzt eine Rolle 17. Die Schrägflächen 15 können gerade oder gekrümmt sein. Die Rollen 17 werden in Taschen 19 eines Käfigs 18 aufgenommen, der zwischen dem Außenring 11 und dem Innenring 12 sitzt. An einer Seite jeder Rolle 17 ist eine Drehmomentstellfeder 20 angeordnet, welche die betreffende Rolle 17 in Eingriff mit der Schrägfläche 15 und der zylindrischen Außenumfangsfläche 16 drückt. Am einen Ende des Innenringes 12 ist eine Ausnehmung 21 ausgebildet, die eine Schlingfeder 22 (Fig. 1) aufnimmt. Die Schlingfeder 22 zieht sich um die Außenumfangsfläche der Welle 13 fest, und ihr eines Ende ist an dem Innenring 12 festgelegt.

Um die Schlingfeder 22 mit dem Innenring 12 zu kuppeln, weist, wie in Fig. 2 dargestellt ist, die Schlingfeder 22 an ihrem einen Ende einen diametral abgewinkelten Schenkel 23 auf, der in eine Nut 24 eingreift, die in der Innenumfangsfläche des Innenringes 12 ausgebildet ist. Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 3 trägt die Schlingfeder 22 an ihrem einen Ende einen in Axialrichtung abgebogenen Schenkel 25, der in einen Ausschnitt 26 eingreift, der in dem geschlossenen Ende der die Feder 22 aufnehmenden Ausnehmung 21 ausgebildet ist. Wenn sich die Welle 13 in einer solchen Richtung dreht, daß die Rollen 17 außer Eingriff mit den Schrägflächen 15 und der zylindrischen Außenumfangsfläche 16 kommen, wird die Schlingfeder 22 durch den Kontakt mit der Welle 13 festgezogen.

Wenn die Schlingfeder 22 um die Welle 13 herum festgezogen wird (Richtung des Pfeils A in Fig. 2), wird die Drehbewegung der Welle 13 über die Schlingfeder 22 auf den Innenring 12 übertragen. Die Drehung des Innenringes 12 wird ferner über die Rollen 17 auf den Außenring 11 übertragen.

Wenn in diesem Zustand das von dem Innenring 12 auf den Außenring 11 ausgeübte Drehmoment eine vorbestimmte Federkraft der Drehmomentstellfedern 20 übertrifft, bewegen sich die Rollen 17 in Richtung auf die erweiterten Räume zwischen den Schrägflächen 15 und der zylindrischen Außenumfangsfläche 16 des Innenringes 12, und zwar entgegen der Rückstellkraft der Drehmomentstellfedern 20. Auf diese Weise kommt es zu einem Schlupf zwischen dem Innenring 12 und den Rollen 17, wodurch die Drehmomentübertragung zu dem Außenring 11 unterbrochen wird.

Wenn sich die Welle 13 in Richtung des Pfeils B dreht, wird die Schlingfeder 22 aufgeweitet, und die Kraft, mit welcher sich die Schlingfeder 22 gegen die Welle 13 anlegt, nimmt ab. Wenn es zu einem Gleichgewicht zwischen der Klemmkraft und der Reibungskraft zwischen Schlingfeder 22 und Welle 13 kommt, tritt Schlupf ein, so daß sich die Welle 13 frei drehen kann. Während des Leerlaufs der Welle drehen sich die Welle 13 und der Innenring 12 mit Bezug aufeinander. Der Innenring 12 wird daher vorzugsweise aus einem Öl aufnehmenden Sintermetall gefertigt, um die Schmiereigenschaften zwischen dem Innenring 12 und der Welle 13 zu verbessern.

Bei Drehung der Welle 13 in Richtung des Pfeils A wird die Drehmomentübertragung unter dem Einfluß der Federkraft der Drehmomentstellfedern 20 ein- und ausgeschaltet. Dreht sich die Welle 13 in der entgegengesetzten Richtung, erfolgt ein Ein- und Ausschalten der Drehmomentübertragung unter dem Einfluß der Klemmkraft, mit welcher sich die Schlingfeder 22 an der Welle 13 festklemmt. Durch Einstellen der Federkraft der Drehmomentstellfedern 20 auf einen Wert, der sich von der Klemmkraft der Schlingfeder 22 erheblich unterscheidet, kann dafür gesorgt werden, daß das bei Drehung der Welle in der einen Richtung übertragene Drehmoment ein anderes als das maximale Drehmoment ist, das bei Drehung der Welle in der entgegengesetzten Richtung übertragen wird.

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist der Drehmomentbegrenzer nicht mit der in Fig. 1 dargestellten Federaufnahmeausnehmung 21 ausgestattet. Die Schlingfeder 22 sitzt vielmehr im axial mittleren Teil des Innenringes 12. Die Schlingfeder 22 weist an ihrem einen Ende einen diametral abgewinkelten Schenkel 27 auf, der in eine Axialnut 28 in der Innenumfangsfläche des Innenringes 12 eingreift. Zwei Öl enthaltende Lager 29 sind an beiden Enden der Innenumfangsfläche des Innenringes 12 angeordnet. Die Lager 29 verhindern axiale Bewegungen der Schlingfeder 22.

Weil bei dieser Ausführungsform die Welle 13 in den beiden Lagern 29 gelagert ist, wird die Welle 13 außer Kontakt mit dem aus hartem Werkstoff gefertigten Innenring 12 gehalten. Die Außenfläche der Welle 13 ist auf diese Weise gegen Beschädigungen bei Drehung mit Bezug auf den Innenring geschützt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist der Deckel 3, der ein Herausrutschen des Drehmomentbegrenzers 10 aus dem rotierenden Bauteil 1 verhindert, so ausgebildet, daß seine Innenseite der Stirnfläche des Innenringes 12 gegenüberliegt, wodurch Axialbewegungen des Innenringes 12 verhindert werden. Wenn bei dieser Ausbildung die Welle 13 in den Innenring 12 eingesetzt wird, wird der Innenring 12 an einer Axialbewegung gehindert. Die Welle 13 läßt sich daher leicht montieren. Weil ferner das eine Ende des einen Öl enthaltenden Lagers 29 aus dem Deckel 3 vorsteht, wird der Deckel außer Kontakt mit einem Sprengring 30 gehalten, der auf der Welle 13 sitzt, um das rotierende Bauteil 1 mit Bezug auf die Welle 13 festzuhalten. Die Drehung des rotierenden Bauteils 1 wird daher durch den Sprengring 30 nicht behindert.

Claims (2)

1. Drehmomentbegrenzer mit:
mit einem Außenring (11), an dessen Innenumfangsfläche eine Mehrzahl von Schrägflächen (15) ausgebildet ist;
einem in den Außenring sitzenden Innenring (12);
einer sich durch den Innenring hindurcherstreckenden Welle (13);
einer Mehrzahl von Rollen (17), die zwischen den Schrägflächen und einer zylindrischen Außenumfangsfläche (16) des Innenrings angeordnet sind;
einer Mehrzahl von Drehmomentstellfedern (20), die jeweils an einer Seite der ent­ sprechenden Rollen sitzen und die Rollen in einer ersten Richtung hin zu einem verengten Raum zwischen den Schrägflächen und der zylindrischen Außenumfangsfläche mit einer einem vorgegebenen Grenzdrehmoment entsprechenden Federkraft drücken; und
einem Käfig (18), der zwischen dem Außenring und dem Innenring angeordnet ist und in dem eine Mehrzahl von Taschen (19) zur Aufnahme jeweils einer der Rollen ausgebildet ist;
wobei der Außenring ferner mit in den betreffenden Taschen aufgenommenen Fe­ derführungsflächen zum Führen der radial außenliegenden Seiten der Drehmo­ mentstellfedern sowie mit Federabstützflächen zum Abstützen der Enden der Drehmomentstellfedern versehen ist, die den den Rollen zugewendeten Enden der Federn gegenüberliegen;
wobei die Drehmomentstellfedern von den Federabstützflächen des Außenringes in Position gehalten sind; und
wobei die radial innenliegenden Seiten der Drehmomentstellfedern von den Taschen geführt sind;
dadurch gekennzeichnet, daß
der Drehmomentbegrenzer (10) ferner mit einer zwischen dem Innenring (12) und der Welle (13) sitzenden Schlingfeder (22) versehen ist, deren eines Ende an dem Innenring (12) festgelegt ist und die so angeordnet ist, daß sie sich um eine Außenumfangsfläche der Welle herum festzieht, wenn sich die Welle (13) in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung dreht, in welche die Drehmomentstellfedern (20) die Rollen (17) drücken.

2. Drehmomentbegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schling­ feder (22) an einem mittleren Bereich der Innenumfangsfläche des Innenringes (12) angeordnet ist, und daß zwei Öl enthaltende Lager (29) an beiden Enden der In­ nenumfangsfläche des Innenringes sitzen und Axialbewegungen der Schlingfeder begrenzen.