DE69211669T2 - Antriebskraft-Übertragungsvorrichtung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifif eine Vorrichtung zur Antriebskraftübertragung und insbesondere eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, eine Antriebswelle von einem angetriebenen Element mit gutem Ansprechverhalten und hoher Genauigkeit trennen und ein auf das angetriebene Element ausgeübtes Übertragungsdrehmoment automatisch auf einen erwünschten Wert einstellen zu können.
• Ein Antriebskraftübertragungssystem mit einem Motor als Antriebskraft kommt in verschiedenen Maschinen häufig zur Anwendung.
• Wenn in einem solchen Antriebskraftübertragungssystem der Antriebsmotor direkt mit einem angetriebenen Element verbunden ist, kann der Antriebsmotor durchbrennen oder Maschinenelemente zerstört werden, wenn das angetriebene Element einer übermäßigen Last ausgesetzt ist. Daher ist im allgemeinen eine Antriebskraftübertragungsvorrichtung zwischen den Wellen des Antriebsmotors und des angetriebenen Elements angeordnet, sodaß die Antriebskraftübertragungsvorrichtung die Übertragung der übermäßigen Last auf den Antriebsmotor unterbrechen kann, sodaß der Antriebsmotor und andere mechanische Funktionen geschützt werden.
• Üblicherweise ist in dieser Art von Antriebskraftübertragungsvorrichtung eine Reibungskupplung als Antriebskraftübertragungssystem zwischen den Wellen des Antriebsmotors und des angetriebenen Elements positioniert, um die Verbindung der Kupplung durch Federelemente aufrechtzuerhalten. Wenn die Last auf das angetriebene Element zu groß wird, wird die Übertragung der übermäßigen Last durch Reibungsgleitflächen eingeschränkt, die der Kraft der Federelemente entgegenwirken.
• In der herkömmlichen Vorrichtung zur Antriebskraftübertragung hängt jedoch das Ausmaß der Last, das ein Gleiten der Kupplung bewirkt, von der Federkraft und den inhärenten physikalischen Eigenschaften bzw. dem endbearbeiteten Zustand einer Reibungsfläche ab. Wenn somit die Anordnungsgenauigkeit der Kupplungsvorrichtung mangelhaft ist, variiert deren Gleitbeginn, wodurch die Betriebszuverlässigkeit sinkt.
• Wenn die Vorrichtung über einen langen Zeitraum verwendet wird, unterliegen ein eingestellter Wert sowie die statische und dynamische Reibung starken Schwankungen. Somit bewirkt eine nachhaltige Änderung im Verlauf der Zeit eine verminderte Zuverlässigkeit der Kupplung. Zur Lösung dieser Probleme mußte eine große, komplizierte und teure Vorrichtung verwendet werden.
• Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 150517/1990 offenbart eine verbesserte Kupplungsvorrichtung mit einem unregelmäßigen Nockensystem zwischen der Antriebswelle und dem angetriebenen Element, umfassend ein konkaves und ein konvexes Nockenelement, die miteinander im gleitenden Eingriff stehen, um den Eingriff dazwischen lösen zu können, indem die Kontaktflächen aneinandergleiten, wenn eine übermäßige Last angelegt wird. In einem solchen Nockensystem unterliegt jedoch das Betriebsdrehmoment zum Trennen des Kupplungssystems aufgrund des Kontaktflächenzustands und der Genauigkeit des Neigungswinkels der in gegenseitigem Eingriff stehenden konkaven und konvexen Nocken starken Schwankungen. Daher ist eine hohe Präzision bei der maschinellen Bearbeitung der Nockenfläche erforderlich, damit das Nockensystem steuerbar und mit hoher Genauigkeit betrieben werden kann, wodurch die Kosten dieses Kupplungssystems beträchtlich ansteigen.
• Zur Erfüllung der obigen Kriterien wurden verschiedene sogenannte Kugeltaschenkupplungen entwickelt (siehe US-2.587.712, 3.511.349, 3.552.147).
• WO-8502661 offenbart eine Rutschkupplung mit schmalem Toleranzbereich, worin eine Kugelrampe und eine Kupplung in einem Gehäuse eingeschlossen sind. Die offenbarte Vorrichtung ist komplex und kann nicht leicht eingestellt werden.
• Angesichts solcher Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der Kugeltaschenkupplungssysteme des Stands der Technik zu eliminieren, indem eine Vorrichtung zur Antriebskraftübertragung bereitgestellt wird, die eine billige Kupplung aufweist, deren Zuverlässigkeit, Steuerbarkeit und variable Einstellfunktion hervorragend sind.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Kraftübertragung von einer Antriebswelle (1) zu einem angetriebenen Element (5) bereitgestellt, umfassend:
• einen Mehrfach-Reibscheiben-Kupplungsmechanismus (4), der so angeordnet ist, daß die Antriebswelle (1) und das angetriebene Element (5) miteinander verbunden werden; einen Kugeltaschennockenmechanismus (3), der erste Nockenausnehmungen (16), ein mit zweiten Nockenausnehmungen (22) versehenes Gleitelement (2) und Nockenkugeln (30) umfaßt, die in den ersten und zweiten Ausnehmungen (16) und (22) aufgenommen sind; und ein einstellbares Druckbeaufschlagungselement (7), um eine Kupplungskraft mit den Nockenkugeln (30) zwischen den ersten und den zweiten Nockentaschen (16) und (22) sowie eine Reibungskraft zwischen den Reibungskupplungsplatten (4) zu schaffen;
• dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (1) die ersten Ausnehmungen (16) auf einer ihrer Endflächen trägt, wobei die Antriebswelle (1) einen Teil (10) mit kleinem Durchmesser umfaßt, auf dem das Gleitelement (2) montiert sein kann, um in eine axiale Richtung davon zu gleiten,
• daß das angetriebene Element (5) die Form einer hohlen Trommel aufweist, um einen Gehäuseraum zum Umschließen des Kugeltaschennockenmechanismus (3) und des Mehrfach-Reibscheibenkupplungsmechanismus (4) bereitzustellen,
• daß das Gleitelement (2) auf dem Teil (10) mit kleinem Durchmesser montiert und vom trommelförmigen angetriebenen Element (5) umschlossen ist, das an einer Endfläche gegenüber den ersten Ausnehmungen (16) mit den zweiten Nockenausnehmungen (22) versehen ist,
• daß der Mehrfach-Reibscheibenkupplungsmechanismus (4) hintereinandergeschachtelte erste und zweite Platten (40, 42) umfaßt, die sich zwischen dem Gleitelement (2) und dem trommelförmigen angetriebenen Element (5) erstrecken und bezogen darauf axial beweglich sind, wobei die ersten Platten (40) mit dem Gleitelement so verbunden sind, daß sie damit rotieren, und die zweiten Platten (42) mit dem trommelförmigen angetriebenen Element (5) so verbunden sind, daß sie damit rotieren,
• und daß das Druckbeaufschlagungselement (7) eine Vielzahl von Federn (70) umfaßt, wobei ein Federaufnehmer (71) auf einer Spitze (12) des Teils (10) mit kleinem Durchmesser so montiert ist, daß in axialer Richtung eine fixe Position eingestellt werden kann.
• In einem Herstellungsaspekt ist die Mehrfachscheiben- Drehmomentbeschränkungskupplung mit einer neuen Kugeltaschenkupplung versehen und umfaßt: eine Antriebswelle, eine angetriebenes Element in Form einer hohlen Trommel, um einen Gehäuseraum zum Umschließen eines Kugeltaschen- Drehmomentbeschränkungsmechanismus zu schaffen, umfassend erste Nockenausnehmungen, ein Gleitelement mit zweiten Nockenausnehmungen und Nockenkugeln, die wie in einer Tasche in den ersten und zweiten Ausnehmungen aufgenommen sind, und einen Mehrfach-Reibscheibenkupplungsmechanismus, die alternierend mit der Antriebswelle und dem angetriebenen Element in damit drehbarer und axial verschiebbarer Weise verbunden sind; und ein einstellbares Druckbeaufschlagungselement, um eine Kupplungskraft mit den Nockenkugeln zwischen den ersten und zweiten Nockenausnehmungen sowie eine Reibungskraft zwischen den Reibungskupplungsplatten zur Antriebskraftübertragung gemäß der vorliegenden Erfindung zu erzeugen,
• wobei es besonders vorzuziehen ist, daß: die Antriebswelle einen Teil mit großem Durchmesser, einen Teil mit mittlerem Durchmesser, auf dem die erstentaschen an der Endfläche vorgesehen sind, und einen Teil mit kleinem Durchmesser umfaßt, auf dem das Gleitelement so montiert ist, daß es in eine axiale Richtung gleiten kann,
• das Gleitelement ein Mittelloch zum Aufnehmen des einzufügenden Teils mit kleinem Durchmesser aufweist; im eingefügten Zustand sich die zweiten Nockenausnehmungen an einer Endfläche gegenüber den ersten Nockenausnehmungen befinden; und weiters vorspringende Teile und Vertiefungsteile, die den Umfang entlang beabstandet sind und sich in die axiale Richtung erstrecken, vorgesehen sind, durch die die ersten Kupplungsplatten drehbar damit und in axialer Richtung gleitfähig durch ein Loch hindurch montiert sind, das einer Außenkonfiguration des Gleitelements entspricht,
• das angetriebene Element in Form einer hohlen Trommel mit Kanälen versehen ist, die den Umfang entlang an einer Innenwand beabstandet sind und sich in axialer Richtung erstrecken, was es ermöglicht, daß die zweiten Kupplungsplatten, die eine Vielzahl von Bolzen an einer peripheren Kante davon zum Ineinandergreifen mit den Kanälen und ein großes Mittelloch aufweisen, drehbar damit und in axiale Richtung gleitfähig zu montieren sind, wobei das mit den ersten Kupplungsplatten versehene Gleitelement umschlossen ist,
• das Druckbeaufschlagungselement eine Vielzahl von Federn umfaßt, sowie einen Aufnehmer, der mit Federaufnahmelöchern versehen ist, die an einer Endfläche gegenüber dem Gleitelement den Umfang entlang beabstandet sind, und der mittels einer Mutter durch ein Mittelloch davon hindurch auf einer Schraubenspitze des Teils mit kleinem Durchmesser auf solche Weise montiert ist, daß in axialer Richtung eine fixe Position eingestellt werden kann, und eine mit einem Mittelloch versehene Unterlegscheibe, die auf dem Teil mit kleinem Durchmesser zu montieren und mit einem Pufferraum zwischen der Feder und dem Kupplungsmechanismus angeordnet ist, mit der Wirkung, die Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem angetriebenen Element durch den Mehrfach-Reibscheibenkuppl ungsmechanismus aufrecht zu erhalten, bis ein bestimmtes Extra-Drehmoment entweder auf die Antriebswelle oder das angetriebene Element wirkt.
• Das Ansprechverhalten des Kugeltaschennockenmechanismus kann durch das Verhältnis der Änderung des Verschiebungsausmaßes in axialer Richtung, d.h. durch einen Neigungswinkel der Innenflächen der Ausnehmungen bestimmt werden.
• Die Größe der an das angetriebene Element angelegten Last zur Auskupplung des Kupplungsmechanismus kann mittels einer Kombination einer an den Kupplungsmechanismus angelegten Federkraft und eines Neigungswinkels der Innenflächen der Ausnehmungen bestimmt werden.
• Außerdem kann die Druckkraft der Federelemente variabel eingestellt werden, wodurch die einzustellende Größe des Drehmoments der Kraft der Federelemente folgen kann.
• Der obige Kugeltaschennockenmechanismus funktioniert wie folgt.
• Auf dem obigen Mechanismus ist die Nockenkugel, die im Raum zwischen den ersten und zweiten Nockenausnehmungen drehbar angeordnet ist, in Punktkontakt mit deren Oberflächen und tendiert dazu, sich im Raum zum Zeitpunkt der relativen Verschiebung zwischen den ersten und zweiten Nockenflächen zu drehen, sodaß die Nockenverschiebung weniger durch den endbearbeiteten Zustand der Nockenfläche als im herkömmlichen Fall des Flächenkontakts zwischen den ersten und zweiten Nockenflächen beeinflußt werden kann.
• Außerdem tritt die relative Verschiebung unter der Bedingung ein, daß die ersten und zweiten Nockenausnehmungsoberflächen die Kugeloberflächen in einem konstanten Winkel berühren, sodaß das Ausgangsdrehmoment zur Auskupplung des Kupplungsmechanismus durch das Streuungsergebnis des Neigungswinkels nicht weniger beeinflußt wird wie im herkömmlichen Fall.
• Der Zeitpunkt der Auskupplung des Kupplungsmechanismus kann je nach vorbestimmtem Verhältnis oder Ausmaß der Verschiebung in axialer Richtung im Nockenmechanismus bestimmt werden, wobei die Startzeit der Auskupplung durch die Genauigkeit der Montagedimensionen, die physikalischen Eigenschaften der Federmaterialien oder der Reibungsplatte oder die Dimensionsgenauigkeit der Teile nicht betroffen ist. Somit kann der Kupplungsmechanismus äußerst präzise zum Zeitpunkt des Anlegens einer erforderlichen Last an das angetriebene Element ausgekuppelt werden.
• Da weiters die Betriebsgeschwindigkeit des Auskuppelns und Einkuppelns des Kupplungsmechanismus durch das Verhältnis der Änderung des Nockenverschiebungsausmaßes bestimmt wird, kann das Ansprechverhalten des Kupplungsmechanismus nach Belieben durch Änderung des Neigungswinkels des konkaven Nockens eingestellt werden.
• Diese und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigelegten Abbildungen, worin:
• Fig.1 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung ist, die eine gesamte erfindungsgemäße Antriebskraftübertragungsvorrichtung zeigt;
• Fig.2 eine perspektivische Ansicht des von der gegenüberliegenden Seite von Fig.1 gesehenen Gleitelements 2 ist;
• Fig.3 eine strukturelle Schnittansicht der zusammengebauten Vorrichtung von Fig.1 ist;
• Fig.4 eine Schnittansicht ist, die die Funktion des Kugeltaschennockenmechanismus 3 aus Fig.3 zeigt, worin (a) einen Zustand zeigt, in dem die Antriebswelle 1 nicht antreibt, (b) einen Zustand zeigt, in dem die Antriebswelle 1 antreibt, und (c) einen Zustand zeigt, in dem sich das Gleitelement axial um eine Distanz des Pufferraums 5 bewegt und die Kupplungsplatten 40 und 42 getrennt werden;
• Fig.5 eine Ansicht des Nockenmechanismus ist, die die erfindungsgemäße Ausführung (a) mit dem herkömmlichen Nockenmechanismus (b) vergleicht;
• Fig.6 ein vergleichender Graph ist, der die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel der Nockenfläche und der resultierenden Drehmomentänderung in den Nockenmechanismen der vorliegenden Erfindung (a) und im herkömmlichen Nockenmechanismus (b) aufzeigt;
• Fig.7 ein vergleichender Graph ist, der die Beziehung zwischen dem Reibungskoeffizienten der Nockenfläche und der resultierenden Drehmomentänderung in den Nockenmechanismen der vorliegenden Erfindung (a) und im herkömmlichen Nockenmechanismus (b) aufzeigt.
• Figuren 1 bis 4 zeigen eine erfindungsgemäße Antriebskraftübertragungsvorrichtung. In den Abbildungen ist 1 eine Antriebswelle, an der eine nicht dargestellte Drehwelle eines Motors einer Antriebsquelle befestigt ist. Die Antriebswelle 1 umfaßt einen Teil 14 mit großem Durchmesser, einen Teil 11 mit mittlerem Durchmesser und einen Teil 10 mit kleinem Durchmesser. Mehrere fächerförmige Befestigungsteile 15, die mit ersten Nockenausnehmungen 16 mit Kreiskegelform versehen sind, sind in regelmäßigen Abständen von 120º in Umfangsrichtung angeordnet und einstückig an einer Endfläche des Teils 11 mit mittlerem Durchmesser befestigt. An einer Spitze des Teils 10 mit kleinem Durchmesser befindet sich ein Schraubenteil 12 (siehe Figuren 1 und 3).
• An der Außenperipherie des Teils 10 mit kleinem Durchmesser ist ein Gleitelement 2 mit fächerförmiger Ausgestaltung in axialer Richtung des Teils 10 mit kleinem Durchmesser gleitend montiert. Wie aus Fig.2 ersichtlich, ist der Mittelpunkt des Gleitelements 2 mit einem Durchgangsloch 20 in axialer Richtung versehen, durch das der Teil 10 mit kleinem Durchmesser gleitend eingeführt werden kann. An der Außenperipherie des Gleitelements 2 befinden sich vorspringende Teile 21 und Vertiefungsteile 23 in einer entlang des Umfangs beabstandeten Weise in einem Winkel von 120º; sie erstrecken sich in axialer Richtung. Zweite Nockenausnehmungen 22 mit kegelstumpfförmiger Ausgestaltung sind in regelmäßigen Abständen von 120º in Umfangrichtung an einer Endfläche gegenüber den ersten Nockenausnehmungen 16 angeordnet, wenn das Gleitelement 2 eingeschoben ist. Somit werden die Nockenkugeln 30 wie in einer Tasche in den ersten Nockenausnehmungen 16 und 22 aufgenommen, wodurch ein Kugeltaschennockenmechanismus 3 entsteht.
• An der Außenperipherie des Gleitelements 2 werden mehrere erste Kupplungsplatten 40 durch ein Mittel-Montageloch 41 drehbar und gleitbar damit montiert, dessen Form der fächerförmigen Außenperipherie des Gleitelements 2 entspricht.
• Außerdem ist ein angetriebenes Element 5 in der Form einer Hohltrommel in umschließender Weise an der Außenperipherie des Gleitelements 2 mit den ersten Kupplungsplatten 40 versehen. Auf der Innenfläche des angetriebenen Elements 5 sind mehrere zweite Kupplungsplatten 42 solcherart angeordnet, daß jede Kupplungsplatte 42 alternierend jeder Kupplungsplatte 40 gegenüberliegt Jede Kupplungsplatte 42 wird durch ein Mittelloch 43 montiert, um auf dem Gleitelement 2 gleiten zu können, und wird durch Bolzen 44 mit Kanälen 51 in Eingriff gebracht, die sich in axialer Richtung auf der Innenfläche des angetriebenen Elements 5 erstrecken, um sich mit dem angetriebenen Element 5 drehen zu können. Somit bildet sich ein Kupplungsmechanismus 4, worin die Antriebswelle 1 und das angetriebene Element 5 in axialer Richtung mittels einer Vielzahl erster Kupplungsplatten 40 und zweiter Kupplungsplatten 42 miteinander verbunden und voneinander getrennt werden.
• Eine Unterlegscheibe 6 wird durch ein Mittelloch 61 an der Außenperipherie des Teils 10 mit kleinem Durchmesser der Antriebswelle 1 gleitend montiert. Mehrere Federelementen 70 werden in Aufnahmelöchern 73 des zylindrischen Federaufnehmers 71 aufgenommen, der auf einer Schraubenspitze 12 des Teils 10 mit kleinem Durchmesser durch ein Mittelloch 74 mittels einer Mutter 72 angebracht wird. Daher sind die Federelemente 70 zwischen der Unterlegscheibe 6 und dem Federaufnehmer 7 in einem Winkel von 120º auf dem Umfang positioniert, sodaß die Druckbeaufschlagungskraft durch Drehen der Mutter 72 eingestellt werden kann. Auf diese Weise entsteht ein einstellbares Druckbeaufschlagungsmittel 7.
• Wie aus Fig.3 ersichtlich, wird zwischen der Unterlegscheibe 6 und dem Gleitelement 2 ein bestimmter Pufferraum 5 eingerichtet. Wenn der Nockenmechanismus 3 die Verschiebung des Drehwiderstands durchführt, der durch Anlegen einer vorgeschriebenen Last in axialer Richtung entsteht, wird das Gleitelement 2 in axialer Richtung 2 gedrückt, um sich durch den Pufferraum S in Kontakt mit der Unterlegscheibe 6 zu bewegen; wenn das Gleitelement 2 weiter gedrückt wird, werden die Kupplungsplatten 40, 42 voneinander getrennt.
• Es folgt eine Beschreibung der Funktionsweise der Vorrichtung.
• Wenn unter normalen Umständen die an das angetriebene Element 5 angelegte Last klein ist, kommt es zu keiner großen Positionsverschiebung des Nockenmechanismus 3 (siehe Fig.4(b)). Nur das Gleitelement 2 gleitet innerhalb einer Distanz des Pufferraums S zwischen der Unterlegscheibe 6 und dem Gleitelement 2, wobei sich die Unterlegscheibe nicht zurückbewegt. Die Federelemente 70 üben durch die Unterlegscheibe 6 eine Kraft in axialer Richtung des Kupplungemechanismus 4 aus. Die Reibungsflächen der Kupplungsplatten 40, 42 bleiben miteinander verbunden. Wenn die Antriebswelle 1 unter diesen Umständen rotiert, wird das Drehmoment über den Kupplungsmechanismus 4 auf das angetriebene Element 5 übertragen.
• Wenn jedoch aus einem bestimmten Grund der Widerstand des angetriebenen Elements 5 oder der Drehwiderstand der Antriebswelle 1 zunimmt, kommt es zwischen den ersten und zweiten Nockenausnehmungen 16 und 22 im Nockenmechanismus 3 zu großen Positionsverschiebungen (siehe Fig.4(c)). Das Gleitelement 2 gleitet weiter als die Ausdehnung des Raums S zwischen der Unterlegscheibe 6 und dem Gleitelement 2. Die Unterlegscheibe 6 bewegt sich gegen die Kraft des Federelements 70 zurück. Daher werden die Kupplungsplatten 40, 42 voneinander getrennt, um die Antriebswelle 1 vom angetriebenen Element 5 zu lösen.
• Beim Trennen der Antriebswelle 1 und des angetriebenen Elements 5 voneinander nimmt der Drehwiderstand der Antriebswelle 1 ab. Im Nockenmechanismus 3 verringert sich die Positionsverschiebung zwischen den ersten und zweiten Nockenausnehmungen 16 und 22, und jede Kugel 30 bewegt sich zurück. Die Unterlegscheibe 6 bewegt sich durch die Kraft der Federelemente 7 vorwärts, um beide Kupplungsplatten 40, 42 zu verbinden. Somit sind die Antriebswelle 1 und das angetriebene Element 5 wieder miteinander verbunden.
• Selbst wenn das Drehmoment der Antriebsmotorseite die vorgeschriebene übermäßige Last überschreitet (siehe obige Beschreibung), kann die Nockenkugel 30 auf der peripheren Wand der Nockenausnehmung 22 rollen, wodurch das Gleitelement 2 weiter als die Ausdehnung des Raums 5 der Unterlegscheibe 6 gleitet, um den Eingriff zwischen den Kupplungsplatten 40 und 42 zu lösen, wodurch eine Trennung zwischen der Antriebswelle 1 und dem angetriebenen Element 5 erfolgt.
• Wenn somit eine übermäßige Last an das angetriebene Element 5 angelegt wird, wiederholt der Kupplungsmechanismus 3 den Vorgang des Entkuppelns und Einkuppelns, wodurch die übermäßige Last nicht auf den Antriebsmotor angelegt wird und das vorgeschriebene Drehmoment reibungslos von der Antriebswelle 1 auf das angetriebene Element 5 übertragen wird.
• Die vorliegende Vorrichtung zur Antriebskraftübertragung funktioniert auch ohne jegliche Probleme, wenn die Positionen des Antriebselements und des angetriebenen Elements umgekehrt werden.
• Wenn sich bei herkömmlichen Kupplungen die Kupplungselemente abnützen, nimmt im allgemeinen das eingestellte Drehmoment ab, und manchmal kommt es auch zu einer deutlichen Änderung der Eigenschaften.
• In der erfindungsgemäßen Antriebskraftübertragungsvorrichtung jedoch wird das Drehmoment direkt in axialer Richtung verschoben, um das Gleichgewicht mit der Federkraft zu halten, wodurch ungeachtet des Verschleißes der Kupplungsplatten 40, 42 ein stabiles Drehmoment erzielt wird.
• Die Anmelder stellten eine erfindungsgemäße Probevorrichtung zur Antriebskraftübertragung her und verglichen sie mit herkömmlichen Vorrichtungen. Wenn bei diesen eine übermäßige Last angelegt wurde, rutschen die Kupplungsplatten bei einwirkender Federkraft, was für die Übertragung der Drehkraft der Kupplungen nicht erforderlich ist. Da daher die angetriebenen Elemente durch den Zustand der Reibungsflächen beeinflußt wurden, konnten sie nicht reibungslos rotieren, wodurch sich das eingestellte Drehmoment deutlich änderte. Bei der vorliegenden Erfindung jedoch wurden die Reibungsflächen einer Kupplung 4 beim Anlegen einer übermäßigen Last automatisch auf einen bestimmten Wert eingestellt, wodurch man eine reibungslose und beliebig einstellbare Drehkraft erzielen konnte.
• Gemäß dieser Ausführungsform der Vorrichtung wird der Auskupplungszeitpunkt des Kupplungsmechanismus 4 durch ein vorbestimmtes Verschiebungsausmaß in axialer Richtung durch den Nocken 3 eingestellt, worin die Startzeit des Auskuppelns durch die Genauigkeit der Montagedimensionen, die physikalischen Eigenschaften der Federelemente 70 oder der Kupplungsplatten 40, 42, die Reibungseigenschaften von Staub, Wasser, Öl u.dgl. auf den Reibungsflächen der Kupplungsplatten 40, 42 oder die dimensionale Präzision der Teile nicht beeinflußt wird. Demzufolge kann der Kupplungsmechanismus 4 genau entkuppelt werden, wodurch sich seine Zuverlässigkeit stark verbessert.
• In der Antriebskraftübertragungsvorrichtung wird die Betriebsgeschwindigkeit des Entkuppelns und Einkuppelns des Kupplungsmechanismus 4 durch das Änderungsverhältnis des Verschiebungsausmaßes bestimmt, wodurch sein Ansprechverhalten ausgezeichnet ist und er durch den Zustand der Reibungsflächen der Kupplung nicht beeinflußt wird.
• Es erfolgte der nachstehende Versuch zur Untersuchung der Auswirkung der Bearbeitungspräzision der Nockenausnehmungen 16 und 22 auf die Entkupplungszeit des Kupplungsmechanismus 3 aus Fig.5(a) (hinsichtlich des Startdrehmoments für seine Entkupplung im Vergleich zum herkömmlichen Nockenmechanismus mit konkavem und konvexem Nocken aus Fig.5(b)).
• Bei der vorliegenden Erfindung wird das Startdrehmoment je nach der Änderung des Neigungswinkels der Nocken unter der Bedingung gemessen, daß der Reibungskoeffizient der Nockenoberfläche µ = 0,01 und die Federkraft B = 10 kg. Herkömmlicherweise erfolgt die gleiche Messung unter der Bedingung, daß der Reibungskoeffizient µ = 0,3 und die Federkraft 4,2 kg ist. Die Ergebnisse, die mit der erfindungsgemäßen und mit der herkömmlichen Vorrichtung erzielt werden, sind in Figuren 6(a) und (b) veranschaulicht, wobei der α-Winkel in Figuren 5(a) und (b) angezeigt ist.
• Wie aus Figuren 6(a) und (b) ersichtlich, wird der erfindungsgemäße Nockenmechanismus hinsichtlich des Startdrehmoments weniger durch den Nockenneigungswinkel beeinflußt als der herkömmliche Mechanismus. Während beispielsweise eine 10%-ige Abweichung von einem Sollwert des Nockenneigungswinkels bei der vorliegenden Erfindung eine Variation von 88-113% des Startdrehmoments ergibt, bewirkt die gleiche Abweichung im herkömmlichen Mechanismus eine Variation von 82-130%. Die Drehmomemtvariation im erfindungsgemäßen Sytem ist somit geringer als im herkömmlichen.
• Das Startdrehmoment wird weiters unter den gleichen Bedingungen wie oben je nach Variation des Reibungskoeffizienten in den obigen Nockenmechanismen gemessen. Die Ergebnisse des erfindungsgemäßen und des herkömmlichen Systems sind in Fig.7(a) und (b) veranschaulicht, worin α = 30º in Figuren 5(a) und (b).
• Wie aus Figuren 7(a) und (b) hervorgeht, ist das Startdrehmoment bei der vorliegenden Erfindung konstant und steht mit der Variation des Reibungskoeffizienten nicht in Zusammenhang. Das Startdrehmoment in der herkömmlichen Vorrichtung unterliegt jedoch großen Schwankungen. Eine Abweichung von 30% von einem Sollwert des Reibungskoeffizienten bewirkt eine Variation von 73-156% des Startdrehmoments. Die Federkraftabweichung hat in beiden Fällen die gleiche Wirkung.
• Die Struktur der erfindungsgemäßen Antriebskraftübertragungsvorrichtung ist sehr einfach, weshalb die Montage keinerlei Schwierigkeiten verursacht und eine automatische Fertigung problemlos erreichbar ist.
• Bei der erfindungsgemäßen Antriebskraftübertragungsvorrichtung ist die Nockenkugel drehbar im durch die ersten und zweiten Nockenausnehmungen definierten Raum zwischen der Antriebswelle und dem angetriebenen Element untergebracht und wandelt den Drehwiderstand der Antriebswelle, der durch Anlegen einer vorgeschriebenen Last an das angetriebene Element entsteht, in eine Verschiebung in axialer Richtung um. Durch diese Verschiebung wird die auf das Kupplungselement wirkende Federkraft aufgehoben oder vermindert, damit der Kupplungsmechanismus entkuppelt wird. Daher vollzieht sich die Drehmomentübertragung zwischen der Antriebswelle und dem angetriebenen Element mit hoher Präzision und gutem Ansprechverhalten. Außerdem wird eine erforderliche und stabile Drehmomenteinstellung durchgeführt, wodurch sich sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Haltbarkeit deutlich verbessern.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Kraftübertragung von einer Antriebswelle (1) zu einem angetriebenen Element (5), umfassend:

einen Mehrfach-Reibscheiben-Kupplungsmechanismus (4), der so angeordnet ist, daß die Antriebswelle (1) und das angetriebene Element (5) miteinander verbunden werden; einen Kugeltaschennockenmechanismus (3), der erste Nockenausnehmungen (16), ein mit zweiten Nockenausnehmungen (22) versehenes Gleitelement (2) und Nockenkugeln (30) umfaßt, die in den ersten und zweiten Ausnehmungen (16) und (22) aufgenommen sind; und ein einstellbares Druckbeaufschlagungselement (7), um eine Kupplungskraft mit den Nockenkugeln (30) zwischen den ersten und den zweiten Nockentaschen (16) und (22) sowie eine Reibungskraft zwischen den Reibungskupplungsplatten (4) zu schaffen;

dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (1) die ersten Ausnehmungen (16) auf einer ihrer Endflächen trägt, wobei die Antriebswelle (1) einen Teil (10) mit kleinem Durchmesser umfaßt, auf dem das Gleitelement (2) montiert sein kann, um in eine axiale Richtung davon zu gleiten,

daß das angetriebene Element (5) die Form einer hohlen Trommel aufweist, um einen Gehäuseraum zum Umschließen des Kugeltaschennockenmechanismus (3) und des Mehrfach-Reibscheibenkupplungsmechanismus (4) bereitzustellen,

daß das Gleitelement (2) auf dem Teil (10) mit kleinem Durchmesser montiert und vom trommelförmigen angetriebenen Element (5) umschlossen ist, das an einer Endfläche gegenüber den ersten Ausnehmungen (16) mit den zweiten Nockenausnehmungen (22) versehen ist,

daß der Mehrfach-Reibscheibenkupplungsmechanismus (4) hintereinandergeschachtelte erste und zweite Platten (40, 42) umfaßt, die sich zwischen dem Gleitelement (2) und dem trommelförmigen angetriebenen Element (5) erstrecken und bezogen darauf axial beweglich sind, wobei die ersten Platten (40) mit dem Gleitelement (2) so verbunden sind, daß sie damit rotieren, und die zweiten Platten (42) mit dem trommelförmigen angetriebenen Element (5) so verbunden sind, daß sie damit rotieren,

und daß das Druckbeaufschlagungselement (7) eine Vielzahl von Federn (70) umfaßt, wobei ein Federaufnehmer (71) auf einer Spitze (12) des Teils (10) mit kleinem Durchmesser so montiert ist, daß in axialer Richtung eine fixe Position eingestellt werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das angetriebene Element (5) eine hohle Trommel umfaßt, um einen Gehäuseraum zum Umschließen eines Kugeltaschennockenmechanismus (3) bereitzustellen, und bei der die Antriebswelle (1) einen Teil (14) mit größerem Durchmesser, einen Teil (11) mit mittlerem Durchmesser, auf dem die ersten Taschen (16) an der Endfläche vorgesehen sind, und einen Teil (10) mit kleinem Durchmesser umfaßt, auf dem das Gleitelement (2) so montiert ist, daß es in eine axiale Richtung gleiten kann,

das Gleitelement (2) ein Mittelloch (24) zum Aufnehmen des einzufügenden Teils (10) mit kleinem Durchmesser aufweist; im eingefügten Zustand sich die zweiten Nockenausnehmungen (22) an einer Endfläche gegenüber den ersten Nockenausnehmungen (16) befinden; und weiters vorspringende Teile (21) und Vertiefungsteile (23), die den Umfang entlang beabstandet sind und sich in die axiale Richtung erstrecken, vorgesehen sind, durch die die ersten Kupplungsplatten (40) drehbar damit und in axialer Richtung gleitfähig durch ein Loch hindurch montiert sind, das einer Außenkonfiguration des Gleitelements (2) entspricht,

das angetriebene Element (5) in Form einer hohlen Trommel mit Kanälen (51) versehen ist, die den Umfang entlang an einer Innenwand beabstandet sind und sich in axialer Richtung erstrecken, was es ermöglicht, daß die zweiten Kupplungsplatten (42), die eine Vielzahl von Bolzen (44) an einer peripheren Kante davon zum Ineinandergreifen mit den Kanälen (51) und einem großen Mittelloch (43) aufweisen, drehbar damit und in axiale Richtung gleitfähig zu montieren sind, wobei das mit den ersten Kupplungsplatten (40) versehene Gleitelement (2) umschlossen ist,

das Druckbeaufschlagungselement (7) eine Vielzahl von Federn (70) umfaßt, sowie einen Aufnehmer (71), der mit Federaufnahmelöchern (73) versehen ist, die an einer Endfläche gegenüber dem Gleitelement (2) den Umfang entlang beabstandet sind, und der mittels einer Mutter (72) durch ein Mittelloch (74) davon hindurch auf einer Schraubenspitze (12) des Teils (10) mit kleinem Durchmesser auf solche Weise montiert ist, daß in axialer Richtung eine fixe Position eingestellt werden kann, und eine mit einem Mittelloch (61) versehene Unterlegscheibe (6), die auf dem Teil (10) mit kleinem Durchmesser zu montieren und mit einem Pufferraum (S) zwischen der Feder (70) und dem Kupplungsmechanismus (4) angeordnet ist, mit der Wirkung, die Verbindung zwischen der Antriebswelle (1) und dem angetriebenen Element (5) durch den Mehrfach-Reibscheibenkupplungsmechanismus (4) aufrecht zu erhalten, bis ein bestimmtes Extra-Drehmoment entweder auf die Antriebswelle (1) oder das angetriebene Element (5) wirkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der eine Vielzahl der Nockenausnehmungen (16) und (22) in regelmäßigen Intervallen in Umfangsrichtung auf jeder Oberfläche der Antriebswelle und des Gleitelements angeordnet ist, die miteinander in Kontakt zu bringen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Nockenausnehmungen (16) und (22) die Form eines kreisförmigen Kegels oder eines kreisförmigen Kegelstumpfes haben, durch die die Nockenkugel (30) drehbar umfaßt wird.