DE8127870U1 - Spielfreie Freischalt-Sicherheitskupplung - Google Patents

Description

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Spielfreie Freischalt-Sicherheitskupplung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine spielfreie Frei-

j 5 schalt-Sicherheitskupplung nach der Patentanmeldung

P 30 42 521.9 vom 11. 11. 1980. Diese Sicherheitskupplung ist prinzipiell wie folgt ausgebaut: Auf einer mit einer Keilnut versehenen Nabe sind zwei Kupplungshälften, d.h. ein Druckflansch und das Schaltteil konzentrisch und nebeneinander angeordnet. Das Schaltteil ist axial verschieblich aber drehstarr mit der Nabe verbunden, und zwar über eine neuartige Anordnung aus einem ringförmigen Lamellenpäk^vet, und wird durch Tellerfedern, die von einer Einstellmutter auf der Nabe vorgespannt werden, in Richtung auf

den Druckflansch beaufschlagt. Zwischen dem Schaltteil
und dem Druckflansch sind Kugeln vorgesehen, die von einem Kugelkäfig geführt werden und im eingerasteten Zustand in kleinen KugelSenkungen im Druckflansch bzw. im Schaltteil liegen. Axial zwischen diesen beiden Kupplungshälften (Druckflansch bzw. Schaltteil) sitzt außerdem ein Axiallager, dessen axiale Bauhöhe im wesentlichen dem Abstand der genannten Kupplungshälften im eingerasteten Zustand
entspricht.

Zwischen dem Druckflansch und einem Radialflansch an dem einen Ende der Nabe ist ein weiteres Axiallager vorgesehen. Außerdem ist ein Gleitlager zur radialen Festlegung

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-4-des Druckflansches vorgesehen.

Ein Endschalterstift eines separat angeordneten Endschalters kann in eine Umfangsnut am Schaltteil eingreifen, so daß die kurzzeitige Axialverschiebung des Schaltteils beim Ausrasten der Sicherheitskupplung einen elektrischen Endschalter betätigt. Dieses Ausrasten mit anschließendem freien Durchdrehen geschieht dadurch, daß die Kugeln infolge des zu hohen Drehmomentes zwischen den beiden Kupplungshalften aus den genannten kleinen Kugelsenkungen austreten und ein kleines Stück auf einer zur Kupplungsachse konzentrischen Bahn zwischen den beiden Kupplungshälften umlaufen, bis sie in größere KugelSenkungen einfallen, so daß die Kupplungshälften relativ zueinander, durch das eingangs zuerst erwähnte Axiallager abgestützt, frei durchdrehen können.

Bei dieser Sicherheitskupplung wird durch die Verwendung mindestens einer ringförmigen Lamelle bzw. eines ringförmigen Lamellenpaketes zur Drehmomentübertragung zwischen der Nabe und dem Schaltteil erreicht, daß im eingerasteten Zu-stand der Kupplung kein Spiel in Umfangsrichtung zwischen der Nabe und dem Druckflansch möglich ist. Dieser Vorteil wird aber durch einen in manchen Anwendungsfällen nicht ° ohne weiteres vernachlässigbaren Nachteil erkauft: Das Lamellenpaket hat (ohne besondere Maßnahmen) in Axialrichtung der Kupplung eine Pedersteifigkeit, die mit dem Hub bzw. der Auslenkung aus der Ruhelage kontinuierlich zunimmt und im Verhältnis zu der Federsteifigkeit in Um-

fangsrichtung zwar sehr gering ist, die sich aber bisweilen spürbar auswirkt, wie dies nachfolgend dargestellt wird.

Der Schaltpunkt der Sicherheitskupplung soll bestimmungsgemäß durch die Tellerfedern bzw. die zugehörige Einstellmutter auf einen bestimmten Drehmomentwert eingestellt sein, bei dem die Kupplung auslöst, d.h. freischaltet. Die

Vorspannung der Tellerfedern soll also das Drehmoment bestimmen, bei dem die Kugeln zwischen dem Druckflansch und dem Schaltteil aus ihren KugelSenkungen austreten und in die größeren KugelSenkungen übertreten. 5

Da aber die axiale Federsteifigkeit des Lamellenpaketes sich während des Ausrastens der Kugeln, d.h. während der Axialverschiebung des Schaltteiles relativ zur Nabe zur Federsteifigkeit der Tellerfedern addiert, entspricht der an den Tallerfedern eingestellte Schaltpunkt nicht exakt dem tatsächlichen (gewollten) Schaltpunkt.

Es ist hiernach die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, unter Beibehaltung der Vorteile des Lamellenpaketes (spielfreie, drehstarre Drehmomentenübertragung) deren in besonderen Fällen merkbaren Nachteile (geringfügige Verlagerung des eingestellten Schaltpunktes) zu beseitigen „

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Hierdurch wird erreicht, daß di-e der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in überraschend einfacher Weise gelöst wird. Aufgrund der radialen Vorspannung der Lamellen "kippen" diese nach einer nur geringfügigen Axialbelastung in die zur Ausgangslage entgegengesetzte Axiallage, und zwar ohne daß eine weitere Axialkraft notvjendig wäre.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme

30

auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen die

Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt

durch eine erfindungsgemäße Frei-

schalt-Sicherheitskupplung zeigt, 35

Fig. 2 eine Draufsicht auf das die spielfreie Drehmomentübertragung bewirkende Lamellenpaket ist, das rechts 1

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davon nochmals in einer Seitenan

sicht dargestellt ist;

Fig. 3 eine Ansicht der Nabe mit dem

Durchmesser des Teilkreises für 5

die Bohrungen der Paßschrauben

zeigt; und

Fig. 4 zwei Diagramme a) und b) zeigt, die beim Lamellenpaket den prinzipiellen Verlauf der Axialkraft

über dem Hub mit und ohne radiale Vorspannung darstellen.

Auf einer in der Zeichnung nicht dargestellten Welle ist eine Nabe 1 angeordnet, wobei die Verbindung zwischen der Nabe 1 und der Welle durch ringförmige Spannelemente 20 bewirkt wird, die durch eine Spannbuchse 21 beaufschlagt werden, die ihrerseits durch einen über Spannschrauben mit der Nabe 1 verbundenen Flansch 25 beaufschlagt wird. Durch die ringförmigen Spannelemente 20 erfolgt eine spielfreie Übertragung des Drehmomentes von der nicht dargestellten Welle auf die Nabe 1.

Auf der Nabe 1 sind zwei Kupplungshälften, d.h. der Druckflansch 2 und das Schaltteil 3 nebeneinander und konzentrisch zur Kupplungsachse angeordnet. Das Schaltteil 3 ist axial verschieblich aber drehstarr mit der Nabe 1 verbunden, und zwar über das Lamellenpaket 22, wie weiter unten noch näher ausgeführt wird. Das Schaltteil 3 wird durch Tellerfedern 15, die von einer Einstellmutter 4 auf der Nabe vorgespannt werden, in Richtung auf den Druckflansch 2 beaufschlagt. Zwischen dem Schaltteil und dem Druckflansch sind Kugeln 14 vorgesehen, die von einem Kugelkäfig 5 geführt werden und im eingerasteten Zustand in kleinen Kugelsenkungen im Druckflansch bzw. im Schaltteil sitzen, wie dies im Stand der Technik an sich bekannt ist (OS 28 28 809).

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Sobald das Grenzdrehmoment erreicht bzw. überschritten wird, treten die Kugeln 14 aus den kleinen KugelSenkungen aus und rollen zwischen dem Druckflansch 2 und dem Schaltteil auf einer zur Kupplungsachse konzentrischen Bahn um, bis sie in sehr viel größere KugelSenkungen einfallen, so daß die Kugeln dann kein Drehmoment mehr zwischen dem Druckflansch 2 und dem Schaltteil 3 übertragen können, d.h. daß die beiden Kupplungshälften relativ zueinander frei durchdrehen, wobei zwei Axiallager 12 und 18 die von den Tellerfedern 15 erzeugte axiale Belastung übertragen. Zwischen diesen beiden Kupplungshälften sitzt also das Axiallager 18, dessen axiale Bauhöhe im wesentlichen dem Abstand der genannten Kupplungshälften im eingerasteten Zustand entspricht. Zwischen dem Druckflansch 2 und einem mit der Nabe 1 durch Schrauben verbundenen Radialflansch 6 sitzt das andere Axiallager 12, während ein Gleitlager 7 zur radialen Festlegung des Druckflansches 2 dient. In die Umfangsnut 10 am Schaltteil 3 kann ein Schalthebel eines elektrischen Endschalters eingreifen, so daß die kurzzeitige Axialver-Schiebung des Schaltteils 3 beim Auslösen der Kupplung den Endschalter betätigt, durch den der Antrieb der durch die Freischalt-Sicherheitskupplung zu schützenden Maschine oder Anlage stillgesetzt wird.

Die spielfreie übertragung des Drehmomentes von der Nabe 1 zum Schaltteil 3 geschieht mittels der im nachfolgenden beschriebenen Konstruktionselemente. Die im wesentlichen zylindrisch ausgeführte Nabe 1 besitzt an ihrem äußeren Umfang einen teilweise ausgesparten ümfangsflansch 26, der im dargestellten Ausführungsbeispiel an drei gegeneinander um 120° versetzten Stellen mit Bohrungen 42 versehen ist (Vergl. Fig. 3), die zur Aufnahme von Paßschrauben 30 dienen. Die in den genannten Bohrungen spielfrei geführten Paßschrauben 3 0 sind durch Buchsen 23 hindurchgeführt, die ein Paket von ringförmigen Lamellen 22 zusammenhalten. Dieses Lamellenpaket besitzt eine sehr hohe Steifigkeit in

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Umfangsricfctung und eine an sich bereits relativ geringe Steifigkeit in Axialrichtung. Das Lamellenpaket weist wie in der Fig. 2 dargestellt insgesamt sechs Buchsen 23 auf, von denen drei wie erläutert zur Verbindung mit den Paßschrauben 30 bzw. dem Umfangsflansch 26 vorgesehen sind, während die demgegenüber um 60° versetzten weiteren drei Buchsen zur Verbindung mit Paßschrauben 28 vorgesehen sind, die durch Bohrungen 44 im radial nach innen vorspringenden Innenflansch 24 des Schaltteiles 3 hindurchtreten. Selbstverständlich sind die Paßschrauben 3 0 bzw. 28 durch Muttern und sonstige geeignete Mittel gesichert.

Nun ist der Durchmesser des Teilkreises der Bohrungen im Lamellenpaket etwas größer als der Teilkreis der Bohrungen in dem Innenflansch 24 bzw. im umfangsflansch 26, d.h. durch die Verschraubung des Lamellenpaketes mit den genannten Flanschen mit Hilfe der Paßschrauben 28 und 3 0 erfährt das Lamellenpaket 22 eine radial einwärts gerichtete Vorspannung, aufgrund deren das Lamellenpaket nach Aufbringung einer geringen Axialkraft von einer axialen Ausgangslage in eine entgegengesetzte axiale Endlage "kippt".

In einer konkreten Ausführungsform dieser Freischalt-Sicherheitskupplung beträgt der Teilkreisdurchmesser der Bohrungen des Lamellenpaketes 90 mm, wobei derjenige der Bohrungen der Flansche 0,2 mm kleiner ist.

Die Laufscheibe 19, auf der sich das Axiallager 18 abstützt, liegt auf der inneren, in Fig. 1 linksseitigen Stirnfläche des Schaltteils 3 auf, wobei allerdings im Schnitt der Fig. 1 diese Auflagefläche nicht zu sehen ist, weil die Ausdrehungen für die Paßschrauben 28 bzw. 30 in der Schnittebene liegen.

Die Kupplung arbeitet in der folgenden Weise. Das Drehmoment geht von der zeichnerisch nicht dargestellten Welle

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über die ringförmigen Spannelemente 20 auf die Nabe 1 bzw. dessen Umfangsflansch 26 über, um von dort über die Paßschrauben 30 und die Buchsen 23 auf das Lamellenpaket 22 weitergeleitet zu werden. Das Drehmoment wird von dort über die Paßschrauben 28 auf den Innenflansch 24 des Schaltteils 3 geleitet, das das Drehmoment in an sich bekannter Weise über die Kugeln 14 auf den Druckflansch 2 leitet, wobei die Kugeln 14 in bekannter Weise für die Freischaltung bzw. das Ausrasten der Kupplung sorgen. Beim Ausrastvorgang erfolgt eine kurzzeitige Axialbewegung des Schaltteils 3 gegen die Kraft der Tellerfedern 15 und des Lamellenpaketes 22, wobei letzteres nach Einwirken einer nur sehr geringen Axialkraft aufgrund seiner radialen Vorspannung von selbst in die entgegengesetzte Endlage kippt (Fig. 4, Diagramm b).

Es ergibt sich also aufgrund des Lamellenpaketes kein Spiel zwischen der Nabe 1 und dem Schaltteil 3 in Umfangsrichtung, weil das Lamellenpaket 22 wie erwähnt eine sehr hohe Eigensteif igkeit in Umfangsrichtung besitzt. Außerdem beeinflußt das radial einwärts vorgespannte Lamellenpaket den durch die Tellerfedern eingestellten Schaltpunkt der Kupplung nicht, weil durch eine geeignete Wahl des Durchmesserunt&rschiedes zwischen den Teilkreisen 4 0 und 46 bzw. 48 die axiale Auslösekraft für das "Umkippen" des Lamellenpaketes

sehr niedrig eingestellt werden kann. 25

Auf das Ausrasten bzw. Wiedereinrasten der Kupplung mit Hilfe der Kugeln 14 wird im vorliegenden Zusammenhang nicht näher eingegangen, weil die im Stand der Technik bzw. aus

der genannten OS 28 28 8 09 bekannt ist. 30

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Zusammenfassung
(Sasatz zu P 30 42 521.9)

Freischalt-Sicherheitskupplung mit einer auf einer Welle angeordneten Nabe, auf der zwei Kupplungshälften (2, 3) angeordnet sind, von denen eine (3) drehstarr mit der Nabe (1) verbunden in Richtung auf die andere, relativ zur Nabe drehbare Kupplungshälfte federbeaufschlagt ist. Die Drehmomentübertragung zwischen den Kupplungshälften erfolgt durch zwischen diesen angeordneten Kugeln (14), die in KugelSenkungen sitzen und bei Lastüberschreitung in andere größere Kugelsenkungen übertreten. Die eine Kupplungshälfte (3) ist zur Erzielung der Spielfreiheit in Umfangsrichtung über scheibenförmige, federnde Lamellen (22) mit der Nabe (1) verbunden, und zwar indem die Lamellen abwechselnd mit der Nabe und der Kupplungshälfte verschraubt sind. Durch eine radial einwärts wirkende Vorspannung der Lamellen "kippen" diese nach einer geringfügigen Axialbelastung in eine zur Ausgangslage entgegengesetzte Endlage (Fig. 1).

Bezugszeichen Liste

CC < c c O

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Ct (I

1	Nabe	34
2	Druckflansch '■	35
3	Schaltteil	36
4	Einstellmutter	37
5	Kugelkäfig	38
6	Radialflansch	39
7	Gleitlager	40
8		41
9		42
10	Umfangsnut	43
11		44
12	Axiallager	45
13		• 46
14	Kugeln	47
15	Tellerfedern	48
16		49
17		50
18	Axiallager	51
19	Laufscheibe	. 52
20	Ring - S panne I entente	53
21	Spannbuchse	54
22	Lame11enpaket	55
23	Buch sen	56
24	Innenflan sch	57
25	Flansch	58
26	Umfang sf lan. sch	59
27		60
28	Paßschrauben	61
29	-	62
30	Paßschrauben	63
31		64
32		65
33		66

Teilkreis von 22

Bohrungen in 26

Bohrungen in 24

Teilkreis von 26

Teilkreis von 24

67 68

69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92

93 94

95 96 97 98 99 100

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Claims (2)

1." Freischalt-Sicherheitskupplung, mit einer auf einer Welle angeordneten Nabe, auf der zwei Kupplungshälften vorgesehen sind, von denen eine drehstarr mit der Nabe verbunden in Richtung auf die andere, relativ zur Nabe drehbare Kupplungshälfte federbeaufschlagt ist, wobei die Trennebene zwischen den Kupplungshälften mehrere auf einem Kreis angeordnete, durch einen Kugelkäfig geführte Kugeln aufweist, die im eingerasteten Zustand zur Drehmomentenübertragung von der einen zu

der anderen Kupplungshälfte in KugelSenkungen in den einander zugewandten Stirnflächen der beiden Kupplungshälften sitzen, wobei in eine der Kupplungshälften auf dem Kreis neben den KugelSenkungen mit jeweils gleichem Winkelabstand zu den KugelSenkungen mehr als doppelt so tiefe große Kugelsenkungen vorgesehen sind und zwischen den Kupplungshälften ein
Axiallager angeordnet ist, das im ausgerasteten Zustand die

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Kupplungshälften im wesentlichen auf dem gleichen Axialabstand zueinander hält wie im eingerasteten Zustand, mit mindestens einer scheibenförmigen federnden Lamelle (22) als drehstarre Verbindung zwischen der Nabe (1) und der einen Kupplungshälfte (3), wobei die Lamelle auf ihrem Umfang gleichmäßig' verteilt an mehreren Stellen abwechselnd mit jeweils einem radial einwärts bzw, auswärts vorstehenden Flansch (24 bzw. 26) an dem Schaltteil (3) bzw. an der Nabe (1) verschraubt ist, und mit ringförmigen Spannelementen (20) zur spielfreien Lagerung zwischen der Welle und der auf ihr angeordneten Nabe, nach Patentanmeldung P 30 42 521 ,9.. dadurch gekennzeichnet, daß die Lamelle(n) im eingebauten Zustand mit einer radial einwärts wirkenden Vorspannung beaufschlagt ist (sind).

2. Freischalt-Sicherheitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkreisdurchmesser (46 bzw. 48) der Bohrungen (42 bzw. 44) für die Paßschrauben (28 bzw. 39) im Innenfiansch (24) des Schaltteils (3) bzw. im ümfangsflansch

(26) der Nabe (1) kleiner ist als der Teilkreisdurchmesser (40) der Bohrungen für diese Paßschrauben in der (den) Lamelle(n) (22).