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Überlastungskupplung mit Schrägklauen od. dgl. Die Erfindung betrifft
eine Überlastungskupplung mit Schrägklauen od. dgl., die durch eine nachgiebige
Halteeinrichtung im Eingriff gehalten werden.
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Bisher bekannte Kupplungen dieser Art rücken sich aber im Überlastungsfall
nicht mit gleichbleibender Genauigkeit aus. Dies ist besonders dann nicht der Fall,
wenn als Halteeinrichtungen Federn dienen. In der Regel vergrößert sich beim Ansteigen
des übertragenen Drehmoments die Spannung der Federn bis zu einem nicht genau vorher
bestimmbaren Wert, bevor ein Entkuppeln stattfindet. Die vielen veränderlichen Faktoren,
die im Augenblick des Entkuppelns die Federkräfte und auch die zwischen den Kupplungsteilen
auftretenden Reibungskräfte beeinflussen, machen es schwierig, die Kupplung so einzustellen,
daß sie bei einem bestimmten Drehmoment ausgerückt wird. Außerdem sind, da die Kupplung
sich bei dem höchsten Drehmoment entkuppelt, die an den Kupplungsklauen auftretenden
Reibungskräfte sehr hoch, was einen großen Verschleiß und eine kurze Lebensdauer
der Kupplungsteile zur Folge hat.
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Abgesehen von den im Augenblick des Entkuppelns an den Kupplungsteilen
auftretenden honen Reibungskräften wird die Kupplung nur für eine kurze Zeitspanne
entkuppelt und kuppelt sich dann abwechselnd wieder ein und aus, solange die Überlastung
und der Antrieb anhalten. Bei dem hierbei auftretenden Hämmern werden die Kupplungsglieder
derart hohen Beanspruchungen ausgesetzt, daß der Antrieb stillgesetzt werden muß,,
um die
Teile zu schützen. Überlastungskupplungen werden z. B. bei
Elektrowerkzeugen zum Einschrauben von Befestigungsschrauben benutzt. Die Kupplung
soll sich dabei selbsttätig lösen, wenn ein bestimmtes Höchstdrehmoment auf die
Schrauben einwirkt, damit diese nicht zu wenig und nicht zu fest angezogen werden.
Aus den obenerwähuten Gründen fand aber ein Entkuppeln bei dem benötigten Drehmoment
nur selten statt, so daß die zu befestigenden Schrauben entweder unerwünscht lose
saßen oder so stark angezogen worden waren, daß sie unzulässig hoch beansprucht
wurden. Das beim intermittierenden Kuppeln und Entkuppeln auftretende Hämmern wirkte
sich auf die zu befestigenden Teile ungünstig aus und konnte mitunter nur durch
Stillsetzen des Antriebsmotors behoben werden.
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Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, diese Schwierigkeiten zu beseitigen
und eine Überlastungskupplung zu schaffen, die sich mit gleichbleibender Genauigkeit
bei dem vorgesehenen Ansprechmoment selbsttätig entkuppelt. Dies wird erfindungsgemäß
dadurch erreicht, daß eine Halteeinrichtung verwendet wird, die einen erheblichen
Teil ihrer Haltekraft sofort verliert, nach dem eine anfängliche kleine Trennbewegung
der Kupplungsglieder stattgefunden hat, worauf der folgende Hauptteil der Trennbewegung
bei praktisch vollständiger Entlastung stattfindet. Abgesehen davon, daß die Kupplung
genau bei einem festgelegten Wert des Drehmoments ausrückt, bringt die Erfindung
also noch den weiteren Vorteil, daß der Verschleiß der Kupplungsglieder herabgesetzt
und ihre Lebensdauer erhöht wird, da die die Kupplungsglieder zusammenhaltenden
Kräfte gleich bei Beginn des Ausrückvorganges fast auf Null absinken.
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Bei der neuen Kupplung werden Federn oder ähnliche Elemente zum Aufbringen
der Haltekraft vermieden, und diese bleibt im wesentlichen konstant, während das
Drehmoment bis zu dem vorgesehenen Höchstwert anwächst. Die Einstellung der Haltekraft
kann aber in einem großen Bereich in einfacher Weise mit großer Genauigkeit geändert
werden.
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Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
einiger Ausführungsbeispiele. In den Zeichnungen zeigt Fig. I einen Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel; Fig. 2 ist ein Querschnitt gemäß Linie 2-2 in Fig.
I ; Fig. 3 ist ein Teilaufriß des Hauptteils der Kupplung; Fig. 4 ist ein Querschnitt
gemäß Linie 4-4 in Fig. I; Fig. 5 ist eine schematische Teilansicht des Hauptteils
der Kupplung in eingerücktem Zustand; Fig. 6 zeigt denselben Teil zu dem Zeitpunkt,
in dem eine Trennung der Kupplung stattgefunden hat; Fig. 7 zeigt diesen Teil der
Kupplung, wenn die Kupplungsglieder vollständig auseinandergerückt sind; Fig. 8
ist ein Längsschnitt eines abgewandelten Ausführungsbeispiels.
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Von einem Antriebsmotor aus, dessen Gehäuse I4 in der Zeichnung dargestellt
ist, wird über die im Gehäuse I2 untergebrachte Überlastungskupplung die Welle Io
mit dem Anschlußstück II angetrieben. Im oberen Ende des Gehäuses I2 ist ein Paßring
I3 eingeschraubt, der das Gehäuse I2 der Kupplung fest am Gehäuse I4 des Antriebsmotors
hält. Die Motorwelle ist in eine an ihrer Außen-Seite mit Längsnuten I7 versehenen
Büchse I6 eingeschraubt. Die Längsnuten I7 der Büchse I6 fassen in eine entsprechende
Innenverzahnung I8 eines büchsenförmigen Ansatzes I9 des topfförmigen Magnetkörpers
2o ein. Der Magnetkörper 2o ist starr mit dem treibenden Glied 2I der Hauptkupplung
verbunden, z. B. durch Aufschrumpfen oder mittels eines Stiftes 22.
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Der Magnetkörper 2o ist im Gehäuse I2 durch ein Wälzlager 23 gelagert.
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Das treibende Kupplungsglied 2I besitzt an seinem unteren Ende eine
Reihe von mit Abstand voneinander angeordneten Kupplungszähnen, 28 (Fig. 2 und 3)
mit gegeneinander geneigten Zahnflächen 32, die mit Rollen 29 in Berührung sind.
Die Rollen 29 wirken ihrerseits auf die Kupplungszähne 3o (Fig. 3) des angetriebenen
Kupplungsglieds 3I ein, die ebenfalls geneigte Zahnflächen 33 haben. Eine Drehung
des treibenden Glieds 2I in Richtung des Pfeils 34 hat eine entsprechende Bewegung
des angetriebenen Glieds 3I zur Folge; dabei tritt aber eine Kraftkomponente auf,
die das Glied 3I in axialer Richtung vom Glied 2I weg zu verschieben und die Kupplungsteile
28, 29, 30 außer Eingriff zu bringen sucht. Diesem Bestreben, die Kupplungsteile
voneinander zu lösen, wird durch eine Haltevorrichtung entgegengewirkt, die das
angetriebene Glied 31 und die Rollen 29 gegen das treibende Glied 21 drückt und
diese Teile im Eingriff miteinander hält. Diese Haltevorrichtung übt eine bestimmte,
von Drehmomentschwankungen nicht beeinflußte, gleichbleibende Haltekraft aus. Wenn
das Drehmoment die von der Haltevorrichtung ausgeübte Kraft übersteigt, fällt diese
fast augenblicklich auf nahezu Null ab, so daß die Kupplung praktisch in unbelastetem
Zustand ausgerückt werden kann.
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In Fig. 1 wird die Haltekraft von einem Magneten 35 ausgeübt, der
ein permanenter Magnet sein kann und der in der Mitte des Gehäuses 20 durch Lötmaterial
36 od. dgl. befestigt ist. Die untere Fläche des permanenten Magneten 35 und des
Gehäuses 2o kann in, ,einer Ebene Liegen,. An diesen Flächen liegt der Anker 37
an, der einen einstellbaren mittleren. Teil 38 besitzt, der innerhalb des
äußeren Ankerkörpers 39 mittels einer Einstellschraube 40 axial bewegt werden kann.
Die Schraube 40 ist in ein Gewindeloch 41 des mittleren Teils 38 eingeschraubt.
Der mittlere Teil 38 ist gegen Drehung durch einen Stift 42 gesichert.
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Eine dem :durch die Hauptkupplung übertragenen Drehmoment entsprechende,
nach unten wirkende Kraftkomponente versucht den Anker 37
vom Magneten
wegzuziehen. Das angetriebene Kupplungsglied 31 ist mit dem Ankerrückholglied 45
durch Aufschrumpfen verbunden. Die auf das Rückholglied einwirkende, nach unten
gerichtete Kraft wird auf den Anker 37 durch den Kopf 46 übertragen und zieht den
mittleren Ankerteil 38 und unter Zwischenschaltung eines federnden Glieds 47 auch
den äußeren Ankerteil 39 nach unten.
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Der äußere Ankerkörper 39 ruht auf der Schulter 48 eines Ansatzes
49 der Einstellschraube 40. Die Länge dieses Ansatzes ist etwas größer als die Dicke
des Rückholglieds 45, damit ein geringer Zwischenraum 50 zwischen dem äußeren Ankerkörper
39 und dem Rückholglied 45 vorhanden ist, so daß der äußere Ankerkörper ohne Behinderung
durch das Rückholglied an dem Magnetkörper anliegen kann.
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Die Rollen 29 sind in einem Käfig 51 gehalten. Auf diesen Käfig übt
eine Schraubenfeder 52, die sich am äußeren Ankerkörper abstützt, einen Druck nach
unten aus. Der Käfig selbst dreht sich zusammen mit dem angetriebenen Kupplungsglied
und dem Rückbolglied, kann aber auch in beschränktem Maße gegenüber diesen Teilen
verdreht werden, damit überhaupt entkuppelt werden kann und die Rollen 29 nach dem
Entkuppeln mit den Zähnen des treibenden Kupplungsglieds nicht im Eingriff bleiben.
Das Rückholglied 45 besitzt daher Stifte 53, die sich nach oben in die im Käfig
51 vorgesehenen, bogenförmigen Schlitze 54 erstrecken. An den beiden Enden jedes
dieser Schlitze sind im Käfig Gummipuffer 55 vorgesehen, mit denen die Stifte 53
zusammenwirken, damit das Rückholglied gegenüber dem Käfig in beiden Drehrichtungen
für einen noch zu beschreibenden Zweck etwas gedreht werden kann.
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Wenn der Anker 37 am Magnetkörper 35 anliegt, hält er das angetriebene
Kupplungsglied 31 in seiner oberen Lage, in der die Rollen 29 eine Antriebsverbindung
zwischen den treibenden Zähnen 28 und den angetriebenen Zähnen 30 aufrechterhalten
(Fig. 1, 3). Da die Zahnflächen 32 und 33 geneigt sind, versucht das übertragene
Drehmoment die Rollen 29 und das Glied 31 von dem Glied 21 wegzuschieben. Dies wird
aber durch die auf den Anker 37 wirkende Kraft des Magneten 35 verhindert, die der
nach unten gerichteten, auf Glied 31 wirkenden Schubkraft, die über das Rückholglied
und die Schraube 40 auf den Anker 37 übertragen wird, entgegenwirkt.
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Wenn das übertragene Drehmoment die auf den Anker 37 ausgeübte Zugkraft
des Magneten übersteigt, wird der Anker vom Magneten weggezogen, worauf die auf
den Anker wirkende Magnetkraft fast zu Null wird und damit auch die Kraft, die die
beiden Kupplungsglieder zusammenzuhalten sucht. Nunmehr werden die Rollen 29 von
den Zähnen 28 nach unten geschoben und ebenfalls das angetriebene Kupplungsglied
31, wobei die Rollen sich an den Zahnflächen 33 nach oben in Richtung auf die obere
Fläche 31a des Glieds 31 bewegen und die Zähne 28 in der in Fig. 6 gezeigten Weise
auf die Rollen 29 bzw. über diese hinweg gelangen. Die relative Drehbewegung zwischen
den Rollen 29 und dem Glied 31 wird durch die Gummipuffer 55 im Zusammenwirken mit
den Stiften 53 ermöglicht, die am Käfig 51 und am Rückholglied 45 angeordnet sind.
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Sobald sich die Zähne 28 auf den Rollen 29 befinden, fällt die Kraft
fort, die den Käfig in bezug auf das Rückholglied 45 verdreht hatte, so daß die
Gummipuffer 55 die Stifte 53 und den Käfig in ihre normale Lage in bezug auf das
Rückholglied zurückbringen können, in der die Rollen 29 mit den Zahnflächen 33 ausgerichtet
sind, worauf die Rückholfeder 52 den Käfig 51 nach unten schiebt, so daß die Rollen
29 in die Taschen 57 des Glieds 31 zu liegen kommen, wie dies schematisch in Fig.
7 angedeutet ist. Der gerade beschriebene Vorgang geht sehr schnell vor sich, bevor
noch der nächste Zahn 28 die Rolle 29 erreichen kann, so daß jede Berührung zwischen
den Rollen und weiteren Zähnen 28 vermieden wird.
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Die Zähne 28 und das angetriebene Kupplungsglied 31 haben gegeneinander
geneigte Zahnflächen 32, 32a und 33, 33a, damit die Kupplung in beiden Drehrichtungen
arbeiten kann.
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Die dem angetriebenen Kupplungsglied 31 erteilte Drehbewegung wird
auf ein mit Längsnuten versehenes Glied 58 übertragen, das auf das treibende Glied
59 einer zweiten Kupplung aufgeschrumpft ist und in einer Büchse 60 drehbar, aber
nicht längs verschiebbar, gelagert ist.
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Um die Gleitreibung zwischen den Gliedern 31 und 58 zu verringern,
hat das Glied 31 Ansätze 68, die zwischen zwei in einem Käfig 70 gehaltenen Rollen
69 liegen (Fig. 3). Der Käfig 70 wird durch einen Federring 71 abgestützt.
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Wegen der Abrollbewegung der Rollen 69 ist der bei der Abwärtsbewegung
des Glieds 31 zurückgelegte Weg des Käfigs 70 kleiner als der des Glieds 31. Normalerweise
wird aber der Käfig 70 mit dem Federring 71 durch die Federn 74 in Berührung gehalten,
die in Taschen 75 des Käfigs sitzen.
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Eine. Drehbewegung des treibenden Glieds 59 der zweiten Kupplung wird
durch Klauen 76 auf die Klauen 77 des angetriebenen Glieds 78 der zweiten Kupplung
übertragen. Das Glied 78 ist in Längsnuten verschiebbar auf der Spindel 10, die
aus dem unteren Ende des Gehäuses 12 herausragt.
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Wenn die Teile 28, 29, 30 der ersten Kupplung entkuppelt sind, nachdem
der Anker 37 vom Magneten weggedrückt worden ist, sollen diese Teile so lange außer
Eingriff bleiben, bis sie gewollt wieder in Eingriff gebracht werden. Daher werden
das Kupplungsglied 31 und der Anker 37 in ihrer unteren Stellung verriegelt. Der
herunterhängende Teil 72 des Rückholglieds hat an seiner Innenseite eine Sperrschulter
86, die nach innen zu schräg abfällt. Die innere Begrenzungslinie dieser Schulter
wird von der zylindrischen Wand 87 des Teils 72 gebildet. Die Wand 87 gleitet auf
dem zylindrischen Ansatz 88 des Kupplungsglieds 59. Der Ansatz 88 besitzt Bohrungen
89 (Fig. 4), die Sperrkugeln 9o
aufnehmen, die aus dem Ansatz 88
entweder nach innen herausragen können, wobei sie das Rückholglied nicht verriegeln,
oder nach außen herausragen und mit der Sperrschulter 86 in Berührung sind und dadurch
das Kupplungsglied 31 in seiner entkuppelten Stellung sperren.
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Innerhalb des Ansatzes 88 ist eine Verriegelungsbüchse 91 verschiebbar
gelagert. Diese Büchse besitzt an ihrer Außenseite eine nach außen abfallende Schulter
92, die die Lage der Kugeln go beeinflußt. Eine Schraubenfeder 93 stützt sich auf
der Spindel ab und drückt gegen den Flansch 94 der Büchse 91, so daß die Schulter
92 die Kugeln 90 nach außen zu drücken sucht.
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Wenn bei Überlastung das Kupplungsglied 31 nach unten geschoben wird
und die Sperrschulter 86 am Rückholglied mit den Kugeln 90 fluchtet, werden diese
durch die Schulter 92 der Büchse 91 nach außen gedrückt. Die Büchse 91 gleitet dann
an den Kugeln vorbei und deckt die Bohrungen 89 von innen ab, so daß die Kugeln
sich nicht zurückbewogen können.
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Solange sich die Büchse 91 oben befindet, bleibt das Kupplungsglied
31 ausgerückt. Erst bei einer Abwärtsbewegung der Spindel 10 wird die Büchse 91
wieder in ihre Ausgangslage zurückgebracht.
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Eine solche Entsperrbewegung der Büchse 91 wird durch ein Entsperrglied
96 bewirkt, das sich durch den hohlen Spindelkopf 84 erstreckt und unten in der
Spindel festgeschraubt ist. In einer Bohrung des Entsperrglieds ist der herunterhängende
Ansatz 99 der Einstellschraube 40 gleitend geführt. Eine Schraubenfeder 100 drückt
den Ansatz 99 und damit auch den Anker 37 nach oben. Das Entsperrglied 96 besitzt
einen Kopf 101, der gegen den Flansch 94 der Büchse 91 stößt, wenn diese in ihre
entriegelte Stellung gebracht werden soll. Die Spindel 10 wird durch eine Schraubenfeder
102 nach unten gedrückt, um das angetriebene Glied 78 der zweiten Kupplung von dem
treibenden Glied 59 zu lösen und das Entsperrglied 96 abwärts zu bewegen. Die Feder
102 liegt innerhalb des Spindelkopfs 84 zwischen der Spindel und einem Federteller
103, der an einer Schulter 104 des Kupplungsglieds 59 anliegt. Wenn sich die Büchse
91 in ihrer oberen Stellung befindet und wenn eine nach oben gerichtete Kraft auf
die Spindel 10 wirkt, dann wird sich der Kopf 101 des Entsperrglieds 101 oberhalb
des Flansches 94 befinden. Wird aber die nach innen bzw. nach oben gerichtete Spindelkraft
wegfallen, dann wird die Feder 102 die Spindel abwärts schieben und die Klauen 77
und 76 außer Eingriff bringen. Die Spindel kann in ihrer ausgerückten Lage durch
eine Haltevorrichtung gehalten werden, z. B. einen geschlitzten, zusammendrückbaren
Ring 130, der in einer Ringnut 131 des Gehäuses 12 angeordnet ist und bei der Abwärtsbewegung
der Spindel in eine Nut 132 der Spindel einrastet. Bei einer Abwärtsbewegung führt
die Spindel die Büchse 91 in ihre untere Lage zurück; der Magnet zieht daraufhin
das Rückholglied und den Anker nach oben, wobei die Kugeln 90 wieder in ihre innere,
entsperrte Lage gedrückt werden, in der sie von der Zylinderwand 87 des Teils 72
gehalten werden.
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Auch wenn die erste Kupplung wieder eingerückt ist, wird ihre Drehbewegung
der Spindel 10 noch nicht wieder mitgeteilt, da die Spindel in ihrer ausgerückten
Stellung durch den Ring 130 gehalten wird. Erst wenn die Spindel wieder nach oben
geschoben wird, nachdem der Ring 130 aus der Spindelnut 132 herausgedrückt worden
ist, wird der Antrieb der Spindel wieder aufgenommen.
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In dem in Fig.8 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Haltekraft,
die die Glieder der ersten Kupplung im Eingriff miteinander hält, von einem durch
ein Strömungsmittel (im folgenden Fluid genannt) betätigten Mechanismus erzeugt.
Im übrigen ist der Aufbau der Kupplung der gleiche wie in dem vorher beschriebenen
Beispiel.
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Der Antriebsmotor erteilt dem Ventilkörper 110 eine Drehbewegung.
Leckverluste an dem zylindrischen Ansatz 111 des Ventilkörpers werden durch eine
Dichtung 112 verhindert. Der Paßring 13a ist sowohl mit dem Gehäuse 12 der Kupplung
als auch mit dem Gehäuse 14 des Motors verschraubt. Leckverluste zwischen Gehäuse
und Paßring werden durch eine Dichtung 115 verhindert.
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Die durch das Rückholglied 45 hindurchgehende Schraube 40 ist in einem
Ventilteller 116 eingeschraubt, der beim Anliegen am Ventilkörper, unterstützt durch
eine Dichtung 120, verhindert, daß unter Druck stehendes Fluid aus dem Gehäuse 12
durch einen durch den Ventilkörper hindurchgehenden Auslaßkanal 117 entweichen kann.
Dieser Kanal hat eine Drosselstelle 118, die das Entweichen des Fluids verzögert,
wenn der Kolben 116 vom Ventilkörper 110 wegbewegt wird. Das entweichende Fluid
fließt durch den Spalt zwischen der Gewindebüchse 16 und dem Ansatz 111 und durch
den Kanal 119 ins Freie.
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Leckverluste am unteren Ende des Gehäuses werden durch eine an der
Spindel 10 anliegende Dichtung 122 (Fig. 1) verhindert.
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Der Rollenkäfig 51 umgibt den Kolben 116 und wird durch eine Rückholfeder
52 in derselben Weise wie bei dem bereits beschriebenen Beispiel nach unten gedrückt.
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Unter Druck stehendes Fluid kann aus einer Leitung 123 über einen
Druckregler 124 in das Anschlußstück 125 geleitet werden und durch einen Kanal 126
und eine Drosselbohrung 127 in das Gehäuse 12 fließen. Dann fließt es durch Nuten
128a und durch den Spalt zwischen Gehäuse und Kupplungsglied 21 und drückt gegen
die Unterseite des Ventiltellers 116 und schließt dadurch den Ausflußkanal 117.
Der Druck im Gehäuse bestimmt die Größe der Kraft, die die Glieder der ersten Kupplung
im Eingriff hält. Diese Kraft ist unabhängig von der Drehbewegung und der Belastung
der Kupplung.
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Wenn das Dre'hmome@nt eine bestimmte Größe übersteigt, wird der Ventilteller
116 nach unten gezogen, und der Kanal 117 ist geöffnet. Sofort nach dem Öffnen wird
Fluid ausfließen und damit die Haltekraft praktisch auf Null verringern. Das
Fluid
entweicht dann ins Freie. Dieser Druckausgleich geht sehr schnell vor sich, so daß
die erste Kupplung beinahe augenblicklich völlig entkuppelt wird.
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Die Haltekraft ist dadurch leicht einstellbar, daß man den im Gehäuse
I2 herrschenden Druck durch das Einstellen des Druckreglers I24 ändert.