-
Getriebe mit Rastkupplung Bei Antrieben, die zur Verstellung eines
Maschinenteiles, z. B. eines Ventils, Schiebers, Schotts o. dgl., :dienen, ist bekanntlich
zwischen dem treibenden Teil, z. B: einer Handrad- oder Motorwelle, und dem angetriebenen
Teil, z. B, der Ventilspindel, eine Rastkupplung eingeschaltet, welche die Ventilspindel
nur so lange mit der Antriebswelle kuppelt, wie .das zu übertragende Drehmoment
:einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Dieser Wert wird bei Nichtabschaltendes
Antriebsmotors regelmäßig dann überschritten, wenn das zu verstellende Organ in
seine Endstellungen, ,also z. B. das Ventil in seine volle Schließ- bzw. Ofenstellung,
gelangt ist, da das Ventil dann auf einen Anschlag auftrifft. In diesem Fall gleitet
das Kupplungsglied aus seiner Rast heraus, um jedoch bei der Weiterdrehung der :mit
der Triebwelle verbundenen Kupplungsscheibe gleich darauf wieder in die Rast hinein-
und dann wieder aus der Rast herauszugleiten usw. Bei jedem Hineingleiten des Kupplungsgliedes
in ,die Rast wird nun jedoch von dem Kupplungsglied .auf den angetriebenen Teil,
also die Ventilspindel, jedesmal ein Drehmoment im rückdrehenden Sinne übertragen.
Dies bedeutet, daß das z. B. geschlossene Ventil zusammen mit der Ventilspindel
einem dauernden Belastungswechsel ausgesetzt ist. Hierdurch wird nicht nur der Ventilkörper
und der. Ventilsitz selbst einem erheblichen Verschleiß unterworfen, weil die
Dichtungsflächen
ständig gegeneinander bezvegtwerden, sondern auch die Spindel ist infolge der dauernden
Reibung zwischen Spindel- und Muttergewinde einer übermäßigen Abnutzung ausgesetzt.
-
Diese Übelstände sind nach der Erfindung dadurch beseitigt, daß die
Verbindung von der Rastkupplung zur anzutreibenden Welle über' ein Zwischenglied
erfolgt, das mit .einem der Rastwirkung entsprechenden großen Spiel ausgeführt ist.
Dieses begrenzt lose Zwischenglied erhält beim jedesmaligen Wiedereinfallen des
Kupplungsgliedes in die Rast die hierbei unvermeidbar auftretende rückdrehende Irraft
von der anzutreibenden Welle, also beispielsweise von der Ventilspindel, fern. Infolgedessen
bleiben die Spindel und der Ventilkörper in derjenigen Stellung, die sie beim Ausrücken
der Rastkupplung erreicht haben, auch dann stehen, wenn infolge der Weiterdrehung
der Triebwelle das Kupplungsglied in seine Rast wieder hinein- und aus dieser anschließend
wieder herausgleitet. Hiermit sind die Ursachen für eine Beschädigung und übermäßige
Abnutzung des Antriebes beseitigt. Mehrere Ausführungsbeispiele der Lrfindung sind
auf der Zeichnung dargestellt. Abb. i bis 3 a sind schematische Darstellungen einer
Rastkupplung in .einer bisher üblichen Ausführungsform, wobei Abb. i die Kupplung
in einem senkrechten Schnitt, Abb. 2 die Kupplung in einer Draufsicht auf die Rastscheibe
und die Abb. 3 und 3 a eine Rast der Kupplungsrastscheibe in Schnitten nach der
Linie A-B der Abb. 2 zeigen.
-
Abb. d. zeigt in derselben Darstellung wie Abb. 3 eine Ausführungsform
der Rasten nebst Zwischenglied mit Spiel nach der Erfindung.
-
Abb.5 zeigt eine Abänderungsforni der -Rastkupplung nach der Erfindung
in einem senkrechten Schnitt.
-
Abb. 6 zeigt einen Verstellantrieb mit einer weiteren Abänderungsform
der R-stkupplung nach der Erfindung im senkrechten Schnitt.
-
An Hand der Abb. i bis 3 a, die eine die Erfindungsmerkmale nicht
aufweisende Rastkupplung zeigen, sei zunächst der Nachteil der bisher üblichen Rastkupplungen
erläutert. Auf der anzutreibenden Welle i ist eine Kupplungsscheibe 2 aufgekeilt,
in der sich drei kegelförmige Vertiefungen befinden, die gleichmäßig auf der Scheibe
in der Nähe ihres Umfanges verteilt sind. Die Gegenscheibe 3 sitzt lose auf der
Welle i und weist gleichartige Vertiefungen auf. Diese Vertiefungen bilden die Rasten
für die Kupplungsglieder, die aus drei Kugeln d. bestehen. Die Kupplungsscheibe
3 ist durch eine Feder 5 belastet, die sich über ein Längskugellager 6 auf der Welle
i verdrehungsfrei abstützt. Das Ritze17 treibt über die Kupplungssclieibu 3 di,:
l.@<<#ti kupplung an. Hierbei nimmt die Scheibe 3 über die Kugeln d, die in
den beiderseitigen i Rasten liegen, die Scheibe 2 und damit die Welle i mit. Sobald
sich der Drehung der Welle i ein Widerstand entgegensetzt, der von der von der Feder
5 ausgeübten Umfangskomponente nicht mehr aufgenommen werden kann, gleiten bei weiterdrehender
Scheibe 3, wie in Abb. 3 dargestellt, die mitgenommenen Kugeln d. aus den Rasten
hinaus, wobei die Feder 5 zusammengepreßt wird, bis die Kugeln, wie bei einem Längskugellager.
auf den Planflächen bzw.. in den Laufrillen ohne nennenswertes Reaktionsmoment entlang
rollen. Infolgedessen bleibt die Scheibe 2 und mit ihr die anzutreibende Welle i
stehen. Der Widerstand. der die Drehung der Welle 3 verhindert, sei beispielsweise
dadurch gegeben, daß ein von der Welle i betätigtes Ventil auf seinen Sitz gelangt
ist.
-
Entsprechend Abb. 3a hat die sich weiterdrehende Kupplunosscheibe
3 jede der Kugeln d. bei stillstehender Scheibe so weit mitgenommen, daß die Kugeln
unmittelbar vor dem Wiedereinfallen in die nächste Rast stehen. In dein Augenblick,
in dein die Kugeln nun heim Weiterdrehen der Scheibe 3 ü1 die Rast der Scheiben.2
und 3 hinabgleiten, üben die Kugeln eine Kraft auf die Scheiben aus, die der bisher
auf die Scheiben von denn Triebrae7 ausgeübten Kraft entgegengesetzt gerichtet ist.
Während sich also die Scheibe 3 gemäß Abb. 3 und 3a in der Pfeilrichtung U4 dreht,
führt beim Hinabgleiten der Kugeln in die Rast der bis dahin stillstehenden Scheibe
2 diese Scheibe eine Bewegung in der Richtung U,. aus, d. h. es wird durch die Kupplungsglieder
4. ein rückdrehendes 1-1o- i inent auf die Weile i ausgeübt. Das vorher von der
Welle i beispielsweise geschlossene Ventil öffnet sich daher etwas. Beim Öfffnungsvorgang
wird in entsprechendem Sinne der Ventilkörper bzw. ein im Getriebe befindlicher
Anschlag dauernd be- und entlastet. Durch die ständige Hinundherbewegung der Welle
i bzw. der Ventilspindel wird eine Abnutzung des Ventilspindelgewindes, der Schiebersitze
o. dgl. hervorgerufen. Die jeweilige rückdrehende Bewegung der SClleil)e 2 bzw.
der Welle i hört auf, sobald die Kugeln d. aus der in Abb. 3a veranschaulichten
Lage völlig in die Rast der Scheiben hinabgeglitten sind, worauf die angetriebene
Kupplungshälfte 3 die anzutreibende Kupplungshälfte 2 wieder im @'usmaß der vorher
stattgefundenen Rückbeivegurig der .Scheibe :2 mitnimmt, bis die Kugeln :I aus den
Rasten der Scheiben wieder herauszugleiten beginnen (Abb.3). Dieser dauernde Wechsel
zwischen e::ier Vorwärts-und Rückwärtsdrehung der Kuppltuigshälfte 2
findet
so lange statt, bis der Widerstand, der sich einer Drehung der Welle i entgegensetzt,
aufhört, d. h. bis das beispielsweise vorher geschlossene Ventil wieder auf den
Öffnungsvorgang umgesteuert wird.
-
Um beim jedesmaligen Wiedereinfallender Rastkupplung die hierbei unvermeidbar
auftretende Rückdrehkraft von der anzutreibenden Welle i fernzuhalten, ist nach
der Erfindung die Verbindung zwischen der -Rastkupplung und der anzutreibenden Welle
durch Einschaltung eines mit Spiel geführten Zwischengliedes ttnstarr ausgebildet.
Eine Ausführungsform eines solchen mit Spiel geführten Zwischengliedes veranschaulicht
die Abb. 4. Hiernach ist die Kupplungshälfte 2 in zwei Teile zerlegt, bzw. ist hinter
die Scheibe z (A;bb. 3) bzw. 12 (Abb. 4) noch eine zweite Scheibe 9 geschaltet,
die auf der :anzutreibenden Welle i (_#,bb. i) befestigt ist. Zwischen die Scheiben
12, 9 sind ebenfalls Kupplungsglieder, und zwar bei der Ausführungsform nach Abb.
4 Kugeln 14 geschaltet. Die zugehörigen Rasten der Scheiben 12, 9 stellen jedoch
keine kegelförmigen Vertiefungen dar wie die Rasten der- Scheiben 13, 12, sondern
sie sind pfannenartig mit steiler Begrenzung ausgebildet und gewähren den Kugeln
ein begrenztes freies Spiel zwischen den Scheiben 12, 9 in beiden Drehrichtungen.
Die Feder 5 nach Abb. i ist hierbei auf der Scheibe 9 abgestützt, so daß sämtliche
Scheiben 13, 12, 9 und die Kugeln 4, 14 unter Federdruck Fa, F,. stehen.
-
Die Scheibe 12 kann sich .also bei derAusführungsform nach Abb.4 in
dem Ausmaß der Bewegungsfreiheit der Kugeln 14 unabhängig von der Scheibe 9 in -der
Richtung des Pfeiles U,. drehen, wenn die Kugeln 4 beim Weiterdrehen der Scheibe
i3 aus der veranschaulichten Stellung wieder .auf den ent-' gegengesetzten Seiten
in die Rasten der Scheiben 13, 12 hinabgleiten und dabei eine rückdrehende Kraft
auf die Scheibe i2 ausüben. Die Scheibe 12 schnellt in Richtung Ur so weit
zurück, bis die Kugeln 4 voll in ihren Kegelrasten liegen. Die Kugeln 14 können
hierbei in ihren pfannenartigen Rasten frei zurückrollen, ohne auf der der Darstellung
entgegengesetzten Seite zum Anliegen zu kommen. Die Scheibe 9 bleibt somit frei
von einem rückwärts gerichteten Drehmoment.
-
Der torsteifend beschriebene und in Abb. 4 veranschaulichte Erfindungsgedanke
ist gemäß Abb. 5 bei einer Rastkupplung für einen Verstellantrie#b verwirklicht.
Ein Drehmoment soll von einem z. B. von einem Elektromotor angetriebenen Ritzel
7 auf eine Welle i übertragen werden, die den Verstellvorgang bewirkt, z.. B. ein
Ventil o. dgl. öffnet und schließt. Das Ritzel 7 kämmt mit einem lose auf der Lastwelle
i gelagerten Zahnrad 33: ! In dem Zahnrad 33 sind mehrere Bolzen 8 befestigt, die
zur Führung je einer Druckfeder 5 dienen. Diese Federn stützen sich einerseits gegen
eine Topfscheibe 23, andererseits gegen den Endbund des Bolzens B. Innerhalb des
von dem Zahnrad 33 und der Topfscheibe 23 eingeschlossenen Raumes sind fünf Rastscheiben
3, 22, 9, i2, 13 angeordnet, die durch die Federn 5 zusammengepreßt «-erden. Die
oberste Kupplungsscheibe 13 ist starr mit. der Topfscheibe 23 verbunden, die ihrerseits
durch die Federbolzen 8 mit dem Zahnrad 33 gekuppelt ist. Die unterste Scheibe 3
bildet einenBestandteil des Zahnrades,33 oder ist an diesem starr befestigt. Die
mittlere Rastscheibe 9 :ist auf der Lastwelle i aufgekeilt. Die beiden übrigen Scheiben
12, 2a sind lose gelagert und lediglich durch Kugeln 14 mit der mittleren Scheibe
9 sowie durch Kugeln 4 mit den beiden äußeren Scheiben 13 bzw.3 gekuppelt. Die Kugeln
4 wirken mit kegelförmigen, dagegen die Kugeln 14 mit pfannenartigen Rasten der
betreffenden Kupplungsscheiben zusammen.
-
Das vom Motor über das Ritzel 7 auf das Zahnrad 33 ausgeübte Drehmoment
wird über die Federbolzen 8 und die Topfscheibe 23 auf die oberste Rastscheibe 13
und unmittelbar auf die untere Rastscheibe 3 übertragen. Falls der durch die Federn
5 erzeugte Anpressun.gsdrück -zwischen der Scheibe 13 "und der Scheibe 12 bz-w.
der Scheibe 3 und 22 von dem Drehmoment nicht überwunden «-erden kann, nehmen die
Scheiben 13 und 3 mittels der in ihren beiderseitigen Rasten befindlichen Kugeln
4 die Scheiben 12 und 22 mit, die ihrerseits nach Überwindung des Spieles der Kugeln
14 in ihren Rasten die mittlere Festscheibe 9 mitnehmen. Infolgedessen wird die
Welle i bestimmungsgemäß angetrieben. Sobald das zu übertragende Drehmoment einen
durch die Feder 5 begrenzten Wert überschreitet, gleiten die Kugeln 4 aus den Rasten
der Scheiben 13, 12, 3 und 22 heraus, so daß die Welle i trotz der weiteren Drehung
der Scheiben 3, 13 stehenbleibt. Beim Wiedereinfallen der Kugeln 4 in die Rasten
der Scheiben 13, 12, 3 und 22 spielen sich die bezüglich Abb.4 ,beschriebenen Vorgänge
ab. Das hierbei auf die Scheiben 12, 22 übertragene Rückdrehmoment kann also infolge
des Spieles der Kugeln 14 in ihren pfannenartigen Rasten flicht auf die Festscheibe
9 und somit auch nicht auf die Lastwelle i übertragen werden.
-
Während bei der Ausführungsform nach Abb. 5 das Drehwinkelspiel in
die Kupplung selbst hineingelegt ist, ist bei der Ausführungsform nach Abb. 6 dieses
Spiel in einen solchen Teil des Verstellantriebs hineingelegt, der wesentlich langsamer
läuft als die Kupplungsscheiben.
Dies hat den Vorteil, daß ein dem
Übersetzungsverhältnis entsprechendes kleineres Spiel vorgesehen sein kann.
-
Gemäß Abb. 6 greift das Antriebsritzel 7 in ein lose auf der Lastwelle-ii
gelagertes und mit einem Ritzel 27 verbundenes Zahnrad 17 ein. Das Ritzel 27 treibt
das auf einer Zwischenwelle i lose gelagerte Zahnrad 33, das wie bei der Ausführungsform
nach Abb. 5 mit den Bolzen 8, den Federn 5 und der Topfscheibe 23 ausgerüstet ist.
Die Ausführungsform der Rastenkupplung weicht insofern von derjenigen nach Abb.5
ab, als die beiden Scheiben 12,a2 mit den Kugeln 14 fehlen und die der Festscheibe
9 entsprechende Scheibe 2 (Abb. 6) kegelförmige Rasten hat. Auf der Zwischenwelle
i ist ein Ritzel il aufgekeilt, das ein Zahnrad 21 antreibt, das lose auf der Lastwelle
41 bzw. lose auf einer auf dieser Welle aufgekeilten Scheibe 31 gelagert ist. Diese
Scheibe trägt auf ihrem Umfang mehrere Zapfen 15, die mit Spiel in Bohrungen des
Zahnrades 21 eingreifen.
-
Die Wirkungsweise des Verstellantriebs nach :''Lbb. 6 ist sinngemäß
die gleiche wie nach Abb. 5. Sobald die Federn 5 dein von der Triebwelle gelieferten
Drehmoment nicht mehr das Gleichgewicht zu halten vermögen lind ,daher beim Wiedereinfallen
der Kugeln 4 in die Rasten der Scheiben 3, 13, 2 auf deren Welle i eine rückdrehende
Kraft ausgeübt wird, kann sich zwar das Zahnrad 21, jedoch nicht die Welle 41 zurückdrehen,
da diese Welle durch das Spiel zwischen den Zapfen 15 und @denBohrungen desZalinrades21
gegen ein Mitnehmen seitens des Zahnrades 21 innerhalb des erforderlichen Drehwinkels
gesichert ist.
-
Bei Umlaufrädergetrieben kann an Stelle der umlaufenden Rastkupplung
eine ortsfeste Kupplung vorgesehen werden. Statt Kugeln können auch Rollen, Zähne.
Klinken o. dgl. für die Ausbildung der Rastkupplung verwendet werden.