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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Antriebskupplung, welche in der Lage ist, das übertragbare Drehmoment zu
begrenzen und die synchrone Drehbewegung beizubehalten,
insbesondere zwischen Wellen oder mechanischen Antriebselementen,
die ein anderes Übersetzungsverhältnis als ein einheitliches haben.
Die Verwendung von Antriebskupplungen, in der Lage, das
Drehmoment zu begrenzen, ist von erheblicher Wichtigkeit beim
Herstellen von Verbindungen zwischen den Antriebswellen von
Anlagen oder Maschinen, die in Kaskade geschaltet oder in Reihe
installiert sind, mit dem Zweck sicherzustellen, dass die
Antriebswellen oder auf alle Fälle die Wellen, die oberhalb der
kinematischen Kette der miteinander verbundenen Maschinen
eingebaut sind, imtner dann leerlaufen können, weun die
Antriebswelle sich deutlich verlangsamt oder aufgrund einer plötzlichen
Störung aiillält, die beispielsweise entlang der Antriebskette oder
durch einen Fehler des Bedienenden aufgetreten ist, um somit
gefährliche Überlastungen zu vermeiden, welche die Maschine
beschädigen und zu Gefahrenzuständen auch für das Personal führen
könnten.
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Mit diesem Zweck in Sicht, bestehen die Antriebskupplungen vom
Typ enthaltend einen Drehinomentbegrenzer im wesentlichen aus
zwei koaxialen Naben, deren querverlaufende Flächen, die eine
der anderen zugewandt und dazu bestimmt sind, in gegenseitigen
Kontakt miteinander zu gelangen, mit Rollenelementen ausgeführt
sind, gelagert in entsprechenden Sitzen, sowie mit jeweiligen
Aussparungen, in denen die Rollenelemente aufgenommen sind, wenn
die querverlaufenden Flächen der Naben zusamtnengebracht
werden.
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Die beiden Naben sind durch Federmittel in mechanischem
Kontakt miteinander gehalten. Für den Fall, dass die Widerstandskraft
der angetriebenen Welle über die entsprechende
Kraftkomponente, die durch die Federmittel während des Zusammenhaltens der
Naben beschrieben wird, hin ausgeht, so werden die Federmittel
zusarrunengedrückt und die Rollenelemente gehen aus den
Aussparungen heraus, und zwar mit dem Ergebnis, dass die
Antriebswelle in die Lage versetzt wird, sich im Verhältnis zu der
angetriebenen Welle frei zu drehen. Solch eine Antriebskupplung ist
aus dem Patent US-A- 3 722 644 bekannt.
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Um zu vermeiden, dass die Antriebswelle für eine übermässig
lange Zeit im Leerlauf trudelt, sind der Kupplung Abtastmittel
zugeordnet, deren Zweck es ist, jede Verlangsamung der
angetriebenen Welle zu erfassen, oder vorzugsweise jede Bewegung der
Entfernung zwischen den beiden Naben, und somit jede weitere
Umdrehung der Antriebswelle zu verhindern.
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Weitere Probleme treten auf in dem Moment, wenn die Naben
wieder einrasten, das heisst beim Wiederherstellen der
kinematischen Kette enthaltend die Naben sowie die Antriebswelle und die
angetriebene Welle.
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Bei bestimmten Anwendungen könnte eine synchrone Umdrehung
zwischen der Antriebswelle und der angetriebenen Welle auch
nicht notwendig sein und jede gegebene mechanische Verbindung
der beiden Naben ist akzeptabel, wobei auch eine entsprechende
Umdrehung der Naben in einem grösseren oder geringeren Maß
erlaubt ist. Umgekehrt müssen aber die Wellen häufig miteinander
synchronisiert werden, in welchem Falle ebenso das
Übersetzungsverhälmis ins Spiel gelangt.
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Mit einem Übersetuungsverhältnis von 1, das heisst wenn eine
volle Umdrehung sei es der Antriebswelle wie auch der
angetriebenen Welle einem Arbeitszyklus der Maschihe entspricht, so ist
die Synchronisierung dadurch gesichert, dass die Rollenelemente
und die Aussparungen umlaufend um einen solchen Abstand
voneinander entfernt werden, so dass die Rollenelemente und die
entsprechenden Aussparungen nur dann, und auch nur dann einander
zugewandt sind, wenn die eine Nabe in einem bestimmten Winkel
im Verhältnis zu der anderen Nabe gedreht ist.
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Wenn aber dagegen das Übersetzungsverhälmis zwischen den
beiden Wellen ein anderes ist als ein einheitliches, so ist es bei der
Wiederaufnahme des Betriebes der Antriebswelle erforderlich,
dass die beiden Wellen in ganz genau der gleichen Weise im
Verhältnis
zueinander positioniert sind wie vor dem Erfassen des
Fehlers, andernfalls die korrekte Synchronisierung verloren geht.
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Dies wird augenblicklich dadurch erhalten, dass eine der beiden
Naben, zum Beispiel die Antriebsnabe, die mit den Aussparungen
versehen ist, auf eine zwischengesetzte genutete Nabe aufgezogen
wird, welche mit Anschlägen versehen ist, von denen die
aufgezogene Nabe gehalten wird. Der Abstand zwischen den Anschlägen
ist ein solcher, dass der beweglichen Nabe eine axiale
Längsverschiebung erlaubt ist, und zwar geringer als die Menge, um
welche die Rollenelemente aus den jeweiligen Sitzen herausragen.
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Dies bedeutet, dass die beiden Naben ständig im Eingriff
miteinander verbleiben, auch wenn eine übermässige Reaktion auf die
angetriebene Welle deren gegenseitiges Trennen voneinander
bewirken. Wiederum sind Abtastmittel vorgesehen, durch welche
jede Betriebsstörung erfasst und in ein Steuersignal umgewandelt
wird, um die Antriebswelle anzuhalten. Das Erfassen des Fehlers
und die anschliessende Entaktivierung der Antriebswelle erfolgen
jedoch nicht unverzüglich und die miteinander gekoppelten
Wellen können sich unter der Trägheitskraft weiterhin für wenigstens
einen Bruchteil einer Umdrehung drehen, bevor sie schliesslich
zum Stillstand gelangen, was den Zustand, der anfänglich zu der
Betriebsstörung geführt hat, noch weiter verschlechtert.
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In Übereinstiinmung mit dem Zweck der vorliegenden Erfindung
ist eine Antriebskupplung vorgesehen, in der Lage, das
übertragbare Drehmoment zu begrenzen und die synchrone Drehbewegung
zwischen Antriebswellen und angetriebenen Wellen
beizubehalten, welche es der Antriebswelle erlaubt, sich im Verhältnis zu der
angetriebenen Welle zu drehen, bevor sie zum Stillstand kommt.
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Der gewünschte Zweck wird erreicht durch eine
Antriebskupplung, wie sie in den nachstehenden Ansprüchen gekennzeichnet
ist, und zwar von einem Typ, der in der Lage ist, das übertragbare
Drehmoment zu begrenzen und die synchrone Drehbewegung
beizubehalten, insbesondere zwischen Wellen, die ein anderes
Übersetzungsverhältnis als ein einheitliches haben, enthaltend zwei
Naben, koaxial zu den mechanisch miteinander zu verbindenden
Elementen angeordnet und an diesen befestigt, von denen eine der
sich gegenüberliegenden querverlaufenden Flächen eine Anzahl
von identischen Rollenelementen aufweist, die stabil in
entsprechenden Sitzen liegen und in der Lage sind, sich frei wenigstens
um jeweilige radiale Achsen im Verhältnis zu den Naben zu
drehen und die andere eine entsprechende Anzahl von Aussparungen
zur Aufnahme der Rollenelemente.
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In Übereinstimmung mit der Erfindung weist jede der
vorgenannten und sich gegenüberliegenden querverlaufenden Flächen einen
entsprechenden hervorstehenden Ansatz auf der von der
querverlaufenden Fläche ausgeht und, gemessen parallel zu der
gemeinsamen Achse der Naben, kürzer ist als die Menge, um welche die
Rollenelemente aus der entsprechenden Fläche herausragen,
sowie wenigstens einen Sitz, vorgesehen zur Aufnahme des
Ansatzes der gegenüberliegenden Nabe. Die Ansätze und die Sitze sind
jeweils in einem Abstand von der Mitte der entsprechenden Nabe
angeordnet, der anders ist als der Radius des Umfangs, um den
die Rollenelemente und die entsprechenden Aussparungen verteilt
sind, und zwar auf solche Weise, dass der Ansatz, welcher der
Nabe der Antriebswelle zugeordnet ist, ausschliesslich mit dem
Ansatz der Nabe der angetriebenen Welle in Kontakt kommt, und
zwar erst wenn diese im Verhältnis zu der angetriebenen Nabe
eine fast komplette Umdrehung ausgeführt hat.
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Die Erfindung wird nun im Detail beschrieben, und zwar durch ein
Beispiel und mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen, von denen
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Abb. 1 eine zerlegte Darstellung von zwei eine
Antriebskupplung nach der vorliegenden Erfindung
bildenden Naben ist, die hier voneinander getrennt sind;
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Abb. 2 zeigt die frontale Ansicht von einer der Naben
einer Kupplung wie in Abbildung 1, überlagert in
unterbrochener Linie von den die andere Nabe kennzeichnenden
Elementen im normalen Betriebszustand.
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Bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen besteht die
Antriebskupplung in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung aus einem Paar von koaxialen Naben 1 und 2, deren sich
gegenüberliegende Flächen 11 und 21 Rollenelemente 3 und jeweils
entsprechende Aussparungen 4 aufweisen.
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Die Rollenelemente 3, die kugelartig oder zylindrisch sein können,
wie in Abbildung 1 gezeigt wird, oder auch von einer anderen
geeigneten Form, sind in iliren jeweiligen Sitzen gelagert, die in die
entsprechende Nabe 1 eingearbeitet sind, und sie sind in der Lage,
sich in ihren Sitzen frei um ihre Achsen zu drehen und sind radial
im Verhältnis zu der Nabe angeordnet, wobei sie nur zu einem
Teil aus den Sitzen selbst herausragen, ähniich wie ein
Rollengreifer. Es ist überflüssig zu sagen, dass die Rollenelemente 3 und die
entsprechenden Aussparungen 4 um den Umfang konzentrisch zu
den Naben 1 und 2 verteilt sind.
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Die Kupplung enthält weiterhin Federmittel (hier nicht gezeigt),
durch welche die Naben 1 und 2 gegeneinander gedrückt werden,
wodurch das positive Ineinandergreifen der einen in die andere
unter Einfügen der Rollenelemente 3 in die entsprechenden
Aussparungen 4 bewirkt wird.
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In Übereinstimmung mit der Erfindung sind die Flächen 11 und 21
der Naben 1 und 2, welche die Rollenelemente 3 und die
Aussparungen 4 aufweisen, ebeufalls mit einem Ansatz 5 und 6 sowie mit
einem Sitz 7 und 8 versehen. Wie leicht festgestellt werden kann,
dient der von der Fläche 11 der Nabe 1 aufgewiesene Sitz 7 dazu,
den Ansatz 6 aufzunehmen, der von der anderen Nabe 2
aufgewiesen wird, und der von der Fläche 21 letzterer aufgewiesene
Sitz 8 zur Aufnahme des Ansatzes 5 der Nabe 1.
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Kurz gesagt weist jede Nabe 1 und 2 einen Ansatz 5, 6 auf, der in
einen entsprechenden Sitz 8, 7 der verbleibenden Nabe 2, 1
einfügbar ist.
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Die axiale Tiefe eines jeden Ansatzes 5 und 6 ist geringer als die
Menge, um welche die Rollenelemente 3 aus der entsprechenden
Fläche 11 herausragen. Weiterhin sind die Ansätze 5, 6 und die
Sitze 8, 7 in einem Abstand von der Achse der entsprechenden
Nabe 1, 2 angeordnet, der ein anderer ist als der Radius des von
den Rollenelementen 3 und den Aussparungen 4 belegten
Umfangs.
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Wenn nun also die Naben 1 und 2 sich im Verhältnis zueinander
drehen, treten die Ansätze 5, 6 aus ihren entsprechenden Sitzen 8,
7 heraus und werden, ohne irgendein anderes Element der
gegenüberliegenden Nabe zu berühren, in gegenseitigen Kontakt
miteinander gebracht, sobald die Antriebsnabe 2 eine fast vollständige
Umdrehung im Verhältnis zu der angetriebenen Nabe 1 ausgeführt
hat. In den meisten Fällen, und unter Berücksichtigung der sich
typischerweise in Bewegung befindlichen Massen, neigt die
Antriebswelle dazu, noch vor der Ausführung einer kompletten
Umdrehung zum Stillstand zu kommen. In den Fällen, in denen die
Antriebswelle nicht zum vollständigen Anhalten kommt, bevor
eine komplette Umdrehung ausgeführt ist, zum Beispiel durch das
Fehlen entsprechender Bremsen, ist ein Abstand dicht vor 360º
auf jeden Fall ausreichend, um die Winkelgeschwindigkeit der
Nabe 2 erheblich zu reduzieren, so dass, weirn der entsprechende
Ansatz 6 schliesslich mit dem Ansatz 5 der anderen Nabe in
Kontakt kommt, die Umdrehungsgeschwindigkeit der Nabe 2
gering und jeder Anschlag demgemäß leicht ist. Bevor der normale
Betrieb wiederhergestellt wird, genügt es, die Antriebswelle von
Hand in die entgegengesetzte Richtung zu drehen, und zwar so,
dass die Naben 1 und 2 wieder synchronisiert werden, das heisst
der Zustand wiederhergestellt wird, in welchem sich keine im
Verhältnis zu anderen drehen kann. Genauer gesagt wird die
Antriebsnabe 2 von Hand in die entgegengesetzte Richtung zu der
des normalen Betriebes bis zu dem Punkt gedreht, an dem der eine
Ansatz 6 gegen den anderen 5 schlägt, und danach in die normale
Antriebsrichtung auf solche Weise, dass die Rollenelemente 3 in
ihren entsprechenden Aussparungen 4 liegen.
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Eine weitere Gewährleistung der korrekten Synchronisierung
zwischen den Wellen kann durch die Distanzierung der ringsum
angeordneten Rollenelemente 3 und der Aussparungen 4
voneinander auf solche Weise erreicht werden, dass deren Positionen
einem bestimmten präzisen Winkel der jeweiligen Umdrehung
zwischen den Naben 1 und 2 entsprechen. Folglich ist es ausreichend,
die Antriebsnabe 2 einfach in die umgekehrte Richtung zu drehen,
um die Rollenelemente 3 wieder in ihre entsprechenden
Aussparungen 4 hineingehen zu lassen.
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Aufgrund der Tatsache, dass die Drehrichtung der verschiedenen
Wellen, an denen die Antriebskupplung befestigt werden kann,
nicht immer die gleiche sein könnte, kann der der angetriebenen
Nabe 1 zugeordnete Ansatz 5 ausserdem lösbar befestigt werden,
zum Beispiel mit Hilfe einer Schraube in einer der beiden
Positionen auf jeder Seite des Sitzes 7, der dem Ansatz 6 der
Antriebsnabe 2 geboten wird, wobei letztere Nabe 2 zwei Sitze 8
aufweist, von denen einer auf jeder Seite des entsprechenden An
satzes 6 angeordnet ist.
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Somit kann der befestigte Ansatz 5 auf der linken oder der rechten
Seite des Sitzes 7 gesichert werden, um die der Antriebsnabe 2
erlaubte Drehrichtung festzulegen, wann immer die Reaktion der
angetriebenen Welle die Kraft der Federmittel überschreitet,
welche die Naben 1 und 2 zusammenhalten. Wie in Abbildung 1
gezeigt wird, weist die angetriebene Nabe 1 zwei Sitze 9 auf, einen
auf jeder Seite des entsprechenden Sitzes 7, in denen der Ansatz 5
auf geeignete Weise befestigt werden kann (s. insbesondere
Abbildung 2).
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Zusätzlich zu der Tatsache, dass der gewünschte Zweck realisiert
wird, weist die vorliegende Erfindung noch den Vorteil auf, noch
eine allgemein einfachere Struktur der Kupplung zu erreichen. Die
zwischengesetzte Nabe der herkömmlichen Kupplung kann
entfallen, und damit ebeufalls die Arbeitsgänge, die normalerweise
erforderlich sind, um die aufgezogenen Befestigungen zwischen der
Antriebsnabe und der zwischenliegenden Nabe auszuführen,
woraus sich somit geringere Kosten und eine schnittigere Struktur
ergeben.