DE688704C - UEberlastungskupplung - Google Patents

Description

SS MET» 1940

AUSGEGEBEN AM
29. FEBRUAR 1940

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVr 688 704
KLASSE 47c GRUPPE 6

M131597 XIII47C

Friedrich Mulka in Dortmund
' Überlastungskupplung

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. Juli 1935 ab
Patenterteilung bekanntgemacht am 8. Februar 1940

Vorliegende Erfindung betrifft eine Überlastungskupplung für Antriebe an Werkzeugmaschinen und Werkzeugen und für den allgemeinen Maschinenbau. Gegenüber den S bekannten Überlastungskupplungen zeichnet sich die Erfindung durch eine wesentliche - Vereinfachung des Aufbaues aus und durch eine verbesserte Wirkungsweise, die eine Reihe vor Vorteilen bietet, welche sich mit den bisher bekannten Mitteln nicht erzielen lassen.

In neuzeitlichen Maschinen werden Überlastungssicherungen und Überlastungskupplungen für verschiedene Zwecke angeordnet.

i5"Es gibt Schrägzahnklauenkupplungen, die unter Federdruck stehen und bei eintretender • Überlast über ihre Zähne gleiten. Sie genügen für langsam laufende und untergeordnete Antriebe. Ihr Hauptnachteil besteht darin, daß beim Überschnappen hohe Kantenpressungen an den Zähnen auftreten.

,Eine andere Wirkung haben die sogenannten Rutschkupplungen. Sie werden als Spreizring- oder Lamellenkupplungen ausgebildet.

S5 Mittels Federn λνε^εη die Reibflächen aufeinandergepreßt. Bei eintretender Überlast rutschen die Kupplungen unter fortgesetzter gleitender Reibung so lange, bis entweder die Überlastung aufhört oder die Maschine abgestellt wird. Solange die Kupplung rutscht, bleibt auch das Moment der Überlastung dauernd als Spannung in den vorgeschalteten Getriebcteilen. Der Nachteil der Rutschkupplungen liegt in diesem Spannungszustand und ferner noch darin, daß infolge der gleitenden Reibung unzulässige Erhitzung auftreten kann.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, hat man Kupplungen' vorgeschlagen, die bei eintretender Überlast vermittels einer besonderen Vorrichtung die Trennung der Reibungsflächen bewirken sollen. Bei überlast wird zunächst bei diesen Kupplungen eine Feder gespannt. Die zur Spannung der Feder erforderliche Bewegung wird gleichzeitig zur Abschaltung der die eigentliche Kraftübertragung leistenden Reibungskupplung benutzt. Mit dieser Einrichtung ist schon gegenüber allen anderen Kupplungen ein wesentlicher Fortschritt erreicht. Jedoch ist einerseits der Aufbau der Kupplungen noch viel zu umständlich. . Nachstellung und Wartung der Kupplung ist zu schwierig. Außerdem bietet die Wirkungsweise nicht eine einwandfreie Gewähr für die beabsichtigten Wirkungen. Wenn nämlich die Überlastung ganz allmählich bis zu ihrem Höchstgrade ansteigt, gleiten auch die Hebel, die die Reibungsglieder abschalten sollen, allmählich von·ihren Schrägbahnen ab. Dadurch entsteht auch eine Abnahme der Spannung auf die Reibflächen. Schließlich erreicht dieser Vorgang seine kritische Grenze, die darin besteht, daß das von den Uberlastungsfedern getragene Drehmoment dem durch die Reibungskupplung getragenen Drehmoment entspricht. Ist der Zustand erreicht, so erfolgt keine weitere Bewegung bzw. keine fortschreitende Spannung

mehr in den Federn. Infolgedessen wird die Reibungskupplung nicht vollständig abgelöst und rutscht daher.

Die Überlastungskupplung gemäß der Erfindung beseitigt die vorstehend genannten Mangel. Die Einfachheit der Bauart geht aus der Zeichnung hervor.

Die verbesserte Wirkungsweise besteht darin, daß eine Schrägzahnkupplung mit sich ίο selbsttätig einstellenden Schrägzähnen unmittelbar auf eine Reibungskupplung wirkt, und zwar in folgender neuartigen Weise:

Bei eintretender Überlast beginnen die Schrägzähne unter ständig ebener Aufeint5 anderpressung abzugleiten. Die Pressungskraft, die auf die Flächen wirkt, wird unmittelbar von einer dazwischen geschalteten Reibungskupplung aufgenommen. Durch die Art und die Größe der Reibglieder wird das Kräfteverhältnis so bestimmt, daß bei dem Preßdruck zwischen den Schrägzähnen die Reibungkupplung ein mehrfach höheres Drehmoment aufnehmen kann als das Drehmoment, welches durch den Gleitwider stand der abgleitenden Schrägzähne übertragen wird. Bei fortschreitender Überlastung steigt die Spannung bis zum Kippen der Schrägzähne an. Mit dem Kippen der Schrägzähne sinkt die Spannung ab, jedoch immer unter dem Verhältnis, daß das Drehmoment in der Reibungskupplung mehrfach höher sein könnte als das durch den Gleitwiderstand der abgleitenden Schrägzähne bestimmte Drehmoment. Daher kann die Kupplung gemäß der Erfindung niemals versagen. Sie vermeidet auch das ruckweise Abschalten der Spannung. Beim Wiedereinrücken genügt, unabhängig von der Größe der zu übertragenden Leistungen, ein Fingerdruck, um die automatische Einschaltung der Überlastungskupplung einzuleiten. Dieser letztgenannte Vorteil ist unter anderen auch ein wesentliches Merkmal der Erfindung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, und zwar veranschaulicht Abb. ι einen Längsschnitt durch die Mittelachse der Kupplung. Abb. 2 zeigt, wie sich die kippbaren und selbsttätig einstellenden Schrägzähne in dem Zustand der arbeitenden Kupplung befinden. Abb. 3 zeigt dieselben Schrägzähne im Zustand der eintretenden Überlastung. Abb. 4 zeigt dieselben Schrägzähne im Zustand der Höchstgrenze der Überlastung. Abb. 5 zeigt dieselben Schrägzähne, nachdem sie abgekippt sind, die Kupplung entspannt ist und zur Wiedereinrückung in Freilauistellung beharrt.

Teil α ist die Antriebswelle. Auf ihr sitzt drehbar der anzutreibende Zahnradkörper b, welcher durch King c gegen axiale Verschiebung gelagert ist. Der Zahnradkörper kann den empfangenen Antrieb in an sich bekannter Weise weiterleiten. In dem Zahnradkörper liegen die kippbaren, sich selbst einstellenden Schrägzähne d. Es sind im Beispielsfalle kreisrunde Backen, die an einer Seite eine ebene Fläche haben, an der Gegenseite aber eine ballige, wie die Zeichnungen deutlich zeigen. Die Backen d liegen in kreisrunden Vertiefungen. Dadurch werden sie mitgenom- 7<> men· und in gleichen Abständen gehalten. Zweckmäßig sind je drei bis fünf Backen in gleichen Abständen auf einer gemeinsamen Durchmesserlinie verteilt. Die Gegenbacken liegen, wie Abb. 1 veranschaulicht, in der Reibscheibe e. Reibscheibe e stützt sich auf der Reibscheibe/ ab, welche gegen Drehung' auf der Antriebswelle durch den Keil I gesichert ist. Die Tellerfeder g nimmt die Spannung zwischen den Reibscheiben und den Backen d auf. Sie kann mittels der'Stellmutter h eingestellt werden. Der Hebel 0 wirkt vermittels der Schaltstange m und des Stiftes η beim Wiedereinrücken der Kupplung auf die Reibscheibe e und leitet dadurch das selbsttätige Aufeinandergleiten der Backen d ein.

Es folgt nun die Erklärung der Wirkungsweise der Kupplung und der Vorteile, die dadurch erreicht werden.

Wenn die Kupplung als Mitnehmer und Antriebszwischenglied wirkt, befinden sich die Kupplungsbacken 'in der Stellung nach Abb. 2. Ihre ebenen Flächen liegen aufeinander. Die; Ebenen aber liegen in einem Winkel von einigen Grad zu der rechtwinklig zur Antriebswelle liegenden Ebene, welche auch die Ebene der Friktionsflächen von den Friktionsscheiben e und f ist. Diese Einstellung der Kupplungsbacken erfolgt selbsttätig. ^lo°

In der Stellung der Backen nach Abb. 2 wird die Friktionsscheibe e gegen die Friktionsscheibe / gepreßt. Es ist dem Blick des Technikers ohne weiteres verständlich, daß bei dem geringen Neigungswinkel der Backen i°s die Kraft, die in Pfeilrichtung nach Abb. 3 wirkt, nur einen Bruchteil der Kräfte beträgt, die die Backen auseinandertreiben wollen und als axial gerichtete Kraft auf die Friktionsscheiben wirken. Es ergibt sich aus »o dieser Kräftewirkung, daß der Reibungswiderstand gegen drehende Verschiebung an den Friktionsscheiben um das · Vielfache größer ist als der -Reibungswiderstand in Pfeilrichtung nach Abb. 3 an den ebenen «»5 Flächen der Kupplungsbacken. Infolgedessen kann ein Schlupf der Friktionsscheiben nie erfolgen, solange die Kupplung als Antriebsglied wirkt. Tritt Überlastung ein durch gesteigerten oder festen Widerstand des >2« Gliedes /;, so verschieben sich lediglich die Backen, wie in Abb. 3 dargestellt ist. Dabin

wird die Feder g durchgedrückt. Wenn die Backen in Stellung nach Abb. 4 gekommen sind, hört die axiale Verschiebung auf, denn die Backen kippen zurück, wenn die gegenseitige Auflage den Mittelpunkt der Backen erreicht bzw. überschritten hat. Sofort läßt der Druck zwischen den Friktionsscheiben e und / nach, und es entsteht ein Spielraum. Da die Scheibe c drehbar auf der Antriebswelle gelagert ist, so bleibt sie mit dem Radkörper b stillstehen, während die Antriebswelle frei und ungehindert weiterlaufen kann. Die Wirkung auf die treibenden Teile ist dabei vollkommen aufgehoben. Damit sind '5 also die eingangs erwähnten Nachteile sowohl der Rutschkupplung als auch der Schrägzahnkupplungen restlos beseitigt. Auch beim Wiedereinrücken der Kupplung treten nachteilige Wirkungen wie bei Rutsch- und Schrägzahnkupplungen nicht auf. Beim Wiedereinrücken wird vermittels der Stange und des Stiftes η die Friktionsscheibe e an die rotierende Scheibe angedrückt. Jetzt bewirkt die einsetzende Friktion eine stoßfreie Mitnahme der Scheibe e. Im Leerlauf der Kupplung stellen die Federbolzen i- die Scheibe e nach links, so daß die ebenen Flächen der Backen d einerseits an der rechten Stirnseite des Körpers b und anderseits an der linken Stirnseite der Scheiben (Abb. 1) anliegen. Die Federn k sind bei dieser Stellung entspannt. Die Backen d befinden sich in Stellung nach Abb. 5. Dabei liegen die Abrundungen an der Peripherie der Backen unter einem stampfen Tangentiahvinkel, zweckmäßig -unter einem Winkel von 45 °. Durch diese Lage wird erreicht, daß die Backen sich im Leerlauf nicht allmählich schräg einstellen und die Kupplung selbsttätig einrücken können. Bei einsetzender Drehung der Scheibe e, durch Andrücken dieser Scheibe an Scheibe f vermittels -der Zugstange m ist der Abstand zwischen der Scheibe e und dem Körper b so groß geworden, daß die Backen d nun in Winkellage kippen können, wodurch der Körper b mitgenommen wird.

Die Backen d sind ihrer Gleitwirkung allein schon den bekannten Schriigzähnen überlegen. Und zwar deshalb, weil sie stets mit den ebenen Flächen aufliegen, während dagegen Schrägzähne im besten Falle schraubenlinienförmig anliegen und stets beim Übergleiten hohe Kantenpressungen verursachen, die Verschleiß und Anfressen zur Folge haben. Die Backen d liegen bis zu ihrer Kippstellung noch zu 50 °/o mit ihren, geraden Flächen aufeinander. Daher reagiert auch die Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung zuverlässig und genau auf das eingestellte und erforderliehe Überlastungsmoment.

Die Kupplung eignet sich auch zum völlig stoßfreien Hinkuppeln unter Vollast bei Drehzahlen von mehreren tausend Umdrehungen pro Minute, entsprechend Gleitgeschwindigkeiten an den höchsten Grenzen, ohne daß eine nachteilige Wirkung beim Ein- oder Entkuppeln auftreten kann.

Für solche Fälle ist es zweckmäßig, die Zugstange auf den antreibenden Körper b wirken zu lassen. Dadurch wird dieser 7» Körper gegen die Scheibe e gedrückt. Da die Backen d in Stellung nach Abb. 5 stehen, kann eine Verschiebung des Körpers b zur Scheibe e nicht erfolgen. Körper b wird unter der Wirkung der Reibung\ zwischen den Scheiben e und / auf volle Drehzahl gebracht. Wird nun der Zug auf die Spange m aufgehoben, hört im Augenblick die Reibung zwischen e und f auf. Körper b setzt\unter der Wirkung der antreibenden Last seine Drehzahl herab. Scheibe e jedoch beharrt infolge des Beharrungsvermögens als bewegte Masse in voller Drehzahl und bewirkt dadurch, daß die Backen d in Winkellage sich einstellen und den Körper b fest mitnehmen.

Der Erfindungsbereich ist ein sehr wettgehender, und das Prinzip der Erfindung ist nicht nur an die vorstehend beschriebene Konstruktion gebunden. So kann zum Beispiel das Einrücken auf andere Weise erfolgen. Es ist auch möglich, die Reibscheibe e oder den Körper b von außen mittels einer Schaltgabel anzudrücken oder die Scheibe f gegen die Scheibe e und den Körper b zu drücken.

Ferner ließe sich die Kupplung auch durch eine Einrück- und Ausrückvorrichtung betätigen, so daß man von Hand die Kupplung ausrücken und wieder einrücken kann. Die Kupplung wird damit zugleich ein Ein- und Ausrückelement und Sicherheitsglied für »oo Überlastungen sein.

Eine weitere spezielle Anwendung kann die Kupplung mit Vorteil an automatischen Drehbänken finden, besonders und vorwiegend für Gewindeschneidwerkzeugantriebe. Und zwar für beide Fälle, die im; Gebrauch vorkommen, für den besonderen Antrieb eines Gewindeschneidwerkzeuges wie auch für den Antrieb der Hauptarbeitsspindel.

Für Automaten, wo man das Schneidzeug mit Überholung oder Xacheilung zur Drehung der Hauptspindel antreibt, empfiehlt es sich, den Körper b oder die Scheibe g mit einer Reibungskupplung dergestalt zu verbinden, daß der drehende Antrieb beim Wiedereinrücken der Kupplung zunächst nicht erfolgt oder in entgegengesetzter Richtung eingeleitet wird oder Körper b in gleicher Richtung mit höherer Drehzahl angetrieben wird. Die überlastungskupplung soll dabei wirken, wenn das Schneidzeug, beispielsweise ein Schneideisen, an der Schulter des Schraubenkopf es

Claims (2)

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   anläuft. Bekanntlich bereitet es selbst bei den besten Automaten immer noch Schwierigkeiten, das Schneidzeug genau im Moment des Anlaufes blitzschnell abzubremsen. Das ist praktisch nicht möglich, und man ist gezwungen, die Antriebskupplung der Gewindeschneidspindel rutschen zu lassen, und hat naturgemäß immer mit häufigem Verschleiß zu kämpfen. .

   ίο In ähnlicher Weise beseitigt die Kupplung nach vorliegender Erfindung alle Schwierigkeiten, welche Vorschubantriebe an Drehbänken, Fräsmaschinen, Bohrmaschinen, Schleifmaschinen und anderen Werkzeugmaschinen

   »5 bereiten, besonders wenn der Vorschub hart und genau begrenzt werden soll, was der Fall ist, wenn die Werkzeugführungen gegen ortsfeste Anschläge anlaufen sollen.

   i. Überlastungskupplung für Werkzeug- und Maschinenantriebe, bei welcher eine Schrägzahnkupplung mit einer durch Federwirkung beeinflußten Reibungskupplung unmittelbar zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Kraftübertragung die Schrägzahnkupplung ((/) unmittelbar festspannend auf die unter Federdruck (g) stehende Reibungskupplung (e, f) einwirkt und bei eintretender Überlastung infolge gegenseitigen übergleitens der Schrägzähne (d) über ihre höchsten Punkte völlige Entspannung und Freilauf der Reibungskupplung {e, /') erfolgt. ^
2. 2. Überlastungskupplung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnkörper (ei) der Schrägzahnkupplung die Form von Kugelabschnitten haben und mit ihren balligen Flächen kippbar in muldenförmigen Vertiefungen liegen, während sie mit ihren ebenen Flächen, die über den Flächen der mit den Mulden versehenen Kupplungsteile (b, e) um einen gleichmäßigen Betrag vorstehen, bei der Kraftübertragung aufeinanderliegen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen