DE9404184U1

DE9404184U1 - Überlastkupplung

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Publication number: DE9404184U1
Application number: DE9404184U
Authority: DE
Original assignee: KTR Kupplungstechnik GmbH
Current assignee: KTR Kupplungstechnik GmbH
Priority date: 1994-03-12
Filing date: 1994-03-12
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2004-03-13

Description

DIPL-ING. PTEtM UT'Ä REN

PATENTANWALT
Bergiusstr. 2c, 30655 Hannover

Anmelder: Firma KTR KuppLungstechnik GmbH Rodder Damm 170
48432 Rheine

ÜBERLASTKUPPLUNG

Die Erfindung betrifft eine Kupplung zum übertragen von Drehmomenten von einer Antriebsmaschine auf eine angetriebene Einrichtung unter Verwendung federbelasteter Teile zur Begrenzung des zu übertragenden Drehmomentes, bestehend aus antriebs- und abtriebseitigen Druckringen als Mitnahmeelemente und formschlüssig in diese greifenden, die Drehmomente übertragenden Rastelementen.

über I ast kupp Lungen haben die Aufgabe, das Auftreten unzulässig hoher Drehmomente beim übertragen einer Antriebskraft zu unterbinden. Hierbei werden form- oder kraftschlüssige Mitnahmeelemente verwendet, die sich nach überschreiten eines Grenzdrehmomentes gegeneinander verdrehen können.

Kraftschlüssige Mitnehmerelemente sind mit speziellen Reibbelägen versehen, die unter Verwendung axial gerichteter Federkräfte gegeneinander gepreßt werden. Nach dem überschreiten eines eingestellten Grenzmomentes reicht die Haftreibung nicht mehr aus, um das Drehmoment in voller Höhe übertragen zu können. Die Mitnehmerteile verdrehen sich gegeneinander, wobei die Haftreibung in eine Gleitreibung, die dem Restmoment entspricht, übergeht, deren Größe bekanntlich geringer ist als die der Haftreibung. Die Kupplung rutscht unter Beibehaltung eines Restmomentes kontinuierlich durch.

Die formschLüssig wirkende Verbindung von Mitnehmerteilen wird durch RasteLemente hergestellt. Bekannt sind Wälzkörper, die in Vertiefungen eines Mitnehmerteils liegen und mit einem Teil ihres hervorstehenden Umfangs in Vertiefungen des anliegenden zweiten Mitnehmerteils fassen. Die Mitnehmerteile, beispielsweise Druckringe, stehen unter Federvorspannung definierter Höhe. Die Druckringe sind gleichzeitig in der Lage, axiale Bewegungen gegen die Richtung der Federkräfte auszuführen. Beim Erreichen eines einstellbaren Grenzdrehmomentes wird mindestens eines der MitnehmerteiLe axial verschoben, so daß die Rastelemente aus den Vertiefungen treten und die Druckringe sich in Umfangsrichtung gegeneinander drehen können, bis die Rastelemente in eine benachbarte Vertiefung rutschen. Bei weiterer Aufrechterhaltung der überlast wiederholt sich dieser Vorgang, und es kommt zu einem ständigen Durchrasten für die Dauer der Grenzwertübe rschreitung .

Insgesamt zeigen die bekannten Ausführungen von über la st kupplungen einen erheblichen technischen Aufwand, der sich ungünstig auf die Herstellungskosten auswirkt. Der Einsatz ist daher aus gesamtwirtschaftlichen Gründen nicht immer von Vorteil. Reibbelagkupplungen können recht präzise auf ein Grenzdrehmoment eingestellt werden, der Rut sch Vorgang ist jedoch mit einer nicht unerheblichen Erwärmung, die abgeführt werden muß, verbunden. Formschlüssige Überlastkupplungen unter Verwendung von Wälzkörpern haben eine größere Baulänge, wobei hier insbesondere das Problem der Spie Ifreiheit eine große Rolle spielt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung nach dem Gattungsbegriff mit kleineren Einbauteilen, geringerer Masse und vereinfachter Ausbildung zu schaffen, so daß die Gesamtwirtschaftlichkeit verbessert wird. Die Erfindung zur Lösung der Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, daß mindestens eine der einander zugekehrten Seiten der Druckringe mit Vertiefungen versehen ist, in welche konvexe Wölbungen gewellter, aus Federstahl bestehender Rastelemente greifen.

Die für überLast kupp Lungen notwendigen FedereLemente zur Erzeugung des gewünschten einsteLLbaren Anpreßdrucks für ein Grenzmoment dienen beim Erfindungsgegenstand gLeichzeitig als formschLüssige RasteLemente. Die Federelemente üben somit zwei Funktionen aus, die der Erzeugung des Anpreßdrucks der MitnahmeteiLe und die der Herstellung des Formschlusses. Es ergibt sich ein wesentlich einfacherer Aufbau mit kleineren Einbauteilen geringerer Masse. Die Herste I Lungskosten können gesenkt werden. Die Montage ist einfacher, was die Gesamtwirtschaftlichkeit weiter verbessert.

Das Fertigungsverfahren kann dadurch optimiert werden, daß zwei Größen von Rastelementen in einer Fertigungsmatrize hergestellt werden können. Im montierten Zustand liegt grundsätzlich eine absolute Spielfreiheit vor, da sich eine gewellte Feder beim Drehmomentenanzug über die Einstellmutter einfach in die Vertiefungen der an- und abtriebsseitigen Druckringe einfügen Läßt. Durch die Integration von Mitnahme- und Federelement, beispielsweise durch Verschraubung, ergeben sich zwangsläufig wesentlich weniger und einfachere Bauteile. Die Baulänge ist bedeutend kurzer. Die Erwärmung ist vernachLässigbar gering, so daß die Gefahr eines Wärmestaus nicht vorliegt und die Möglichkeit einer guten Wärmeabfuhr dennoch gegeben ist. Ebenso wie die Herstellung spezieller Tellerfedern als Rastelemente in einer Matrize können die beidseitigen Druckringe als Rastflansche in einer Form hergestellt werden. Es ergeben sich zwei Druckringe unterschiedlichen Durchmessers mit einer genauen Fluchtung der Rastnuten. Die direkte Verwendung von Federn als Rastelemente erlaubt eine präzisere Drehmoment ene inst ellung.

Weitere, den Erfindungsgegenstand vorteilhaft gestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der Zeichnung sind einige AusführungsbeispieLe der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigen:

Figur 1 die Abwicklung eines Schnittes in Umfangrichtung einer ersten Ausführungsform,

Figur 2 die Abwicklung eines Umfangsschnittes einer zweiten Ausführungsform für Kugel-Rastelemente,

Figur 3 die Abwicklung eines Umfangsschnittes einer dritten Ausführungsform für Ro LLen-RasteLemente,

Figur 4 die Draufsicht eines ringförmigen, federnden Rast-

elements,

Figur 5 die Seitenansicht des RasteLements nach Figur 4 , Figur 6 die Rückansicht des RasteLements gemäß Figur 4,

Figur 7 den Schnitt E-E des RasteLements im eingebauten Zustand,

Figur 8 die Draufsicht eines federnden RasteLements in Form einer gewellten Tellerfeder,

Figur 9 den Schnitt A-A durch das RasteLement gemäß Figur 8, Figur 10 den Schnitt B-B durch das RasteLement gemäß Figur 8,

Figur 11 ein RasteLement in Form einer weiteren Tellerfederausführung,

Figur 12 den Schnitt C-C des RasteLements gemäß Figur 11, Figur 13 den Schnitt D-D des RasteLements gemäß Figur 11,

Figur 14 ein einzelnes federndes RasteLement einer Gesamtgruppe zur Befestigung an einem Druckring,

Figur 15 eine weitere Ausführungsform eines einzelnen Federelements zur Befestigung an einem Druckring,

Figur 16 einen Druckflansch mit daran befestigten Rastelementen der Ausführung gemäß Figur 14,

Figur 17 den Schnitt E-E nach Figur 16,

Figur 18 ein RasteLement gemäß Figur 14 mit einer weiteren Befest i gungsa rt,

Figur 19 die Befestigung eines RasteLements gemäß Figur 15,

Figur 20 die vergrößerte Darstellung des Eingriffs einer konvexen Ausbuchtung eines RasteLements in eine Vertiefung mit konischem Querschnitt,

Figur 21 den Eingriff einer konvexen Wölbung eines Rastelements in eine bogenförmige Vertiefung,

Figur 22 die Draufsicht auf zwei konzentrisch angeordnete Druckringe nach der Herstellung,

Figur 23 einen RadiaLschnitt durch die Druckringe nach Figur 22,

Figur 24 ein erstes AnwendungsbeispieL der Erfindung,

Fig. 24a, 24b, 24c ein Anwendungsbeispiel wie Figur 24, jedoch mit einem zusätzlichen Staubschutz,

Figur 25 ein weiteres AnwendungsbeispieL der Erfindung für den Antrieb eines Kettenrades,

Figur 26 die Verbindung eines Antriebes mit einer Zahnriemenscheibe,

Figur 27 den Einsatz der Erfindung für eine elastische Klauenkupplung und

Figur 28 eine weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung für eine elastische Klauenkupplung.

Zwischen an- und abtriebsseitigen Druckringen 1 und 2 (Figur 1) befindet sich ein RasteLement 3 in Form einer ringförmigen Feder mit Ausbuchtungen oder WöLbungen 3a. Diese fassen unter Vorspannung in nutenförmige Vertiefungen 4 und 5 der Druckringe. Die Vertiefungen zeigen einen konischen Querschnitt.

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Die während des Betriebes auftretenden und von den Druckringen zu übertragenden Drehmomente sind durch die Pfeile 6 und 7 angedeutet. Sobald ein Drehmoment ein zulässiges Grenzmoment
überschreitet, werden die Wölbungen des federnden RasteLements 3 infolge der Keilwirkung der Nutwände aus Vertiefungen herausgedrückt. Die elastische Formänderung des federnden Rastelements führt dabei zu einer entsprechenden Federabflachung.

Die gleiche Ausführung zeigen die Rastelemente 23 und 33 der
Figuren 2 und 3. In die konkaven Seiten der Wölbungen 23a bzw. 33a sind zusätzlich Wälzelemente in Form von Kugeln 28 und
Zylinderrollen 38 eingelegt. Die Wälzkörper reichen mit einem
Teil ihres Umfangs in die nutförmigen Vertiefungen der Druckringe 21 und 22 bzw. 31 und 32. Durch den Einsatz von Wälzkörpern kann das verbleibende Restmoment beim Durchrasten nach
dem überwinden eines Grenzmomentes herabgesetzt werden.

Ein Rastelement 43 mit nur nach einer Seite weisenden Ausbuchtungen 43a ist in Front- und Rückansicht in den Figuren 4 bis
6 dargestellt. Die Figur 7 zeigt den Schnitt E-E, der den Einbau zwischen Druckringen 41 und 42 erkennen läßt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rastelements in Form
einer Tellerfeder 83 zeigen die Figuren 8 bis 10. Die Tellerfeder ist durch größere, radial gerichtete Einbuchtungen 87 am Außenumfang und kleinere Einbuchtungen 88 am Innenumfang tailliert. Dadurch kann das Federverhalten entscheidend beeinflußt und den jeweiligen Bedingungen angepaßt werden. Mit 83a sind
die in Vertiefungen der Druckringe oder DruckfLansche greifenden Wölbungen gekennzeichnet.

Die Figuren 11 bis 13 zeigen ein Rastelement 93 in Form einer
untaillierten Tellerfeder mit mehreren auf dem Umfang verteilten Wölbungen 93a zum Eingriff in Vertiefungen von Druckringen oder Flanschen zur Herstellung eines Formschlusses.

Rastelemente 143 zur Einzelbefestigung an einem Druckflansch
161 zeigen die Figuren 14 und 16 bis 18. Die einzelnen Rast-

elemente sind gleichmäßig verteilt im Bereich des Außenumfangs des Druckflansches 161 angeordnet und mit diesem verbunden. Die Rastelemente sind bügeiförmig, deren mittlerer Bereich 143a die größte Auswölbung hat und eine Vertiefung 165 des gegenüberliegenden Druckflansches 162 greift, wie die Schnittdarstellung der Figur 17 erkennen läßt.

Eine Sitznut 169 zur Befestigung des Rastelements 143 zeigt die Figur 18. Hier ist das Rastelement nicht mit dem Druckflansch 161 fest verbunden, sondern es wird unter Federvorspannung in radiale Nuten eingesteckt.

Das Rastelement 153 besteht aus zwei Teilen, die jeweils einzeln mit Hilfe von Verbindungselementen 150 an einem Druckflansch 151 befestigbar sind, wie die Figur 19 erkennen läßt. Die aufwärts weisenden Enden 154a, 154b reichen in Vertiefungen 155 des g.egenüberl legenden Druckflansches oder Druckringes 152 und stellen dadurch eine f&ogr;rmschLüssige Verbindung zwischen den Mitnahmeteilen her. Durch die Neigung und Stärke der einzelnen lamellenförmigen Rastelemente 153 in Verbindung mit der Neigung der Seitenwände der Vertiefungen 155 können die Grenzdrehmomente beeinflußt werden.

Die Figuren 20 und 21 zeigen Abschnitte identischer Rastelemente 203, die mit ihren Auswölbungen 243a in nutförmige Vertiefungen 205 bzw. 215 unterschiedlicher Ausbildung greifen. Es ist zu erkennen, daß unabhängig von der Formgebung der Vertiefungen die Auswölbungen an zwei Punkten anliegen und somit zwei linienförmige Berührungen schaffen. Die Gestaltung der Vertiefungen, in einem Falle konisch bzw. keilförmig, im anderen Fall tei Ikreisförmig, kann jedoch zu unterschiedlichen Grenzwerten für das Auslösen des Durchrastens führen. Es ist erkennbar, daß sich die angestrebte Spielfreiheit zwischen den Raste I ementen und den aufnehmenden Vertiefungen der Druckringe bei unterschiedlichen Nutformen und Nutgrößen in jedem Fall einstellt.

Druckringe können paarweise aus einem Zuschnitt hergestellt werden, wie die Figuren 2 2 und 23 zeigen. Ein Trennschnitt 220 führt zu einer Teilung in einen Ring 222a größeren Durchmessers und in einen kleineren Ring 222b. Beide Ringe sind teilweise gemeinsam einsetzbar, wie beispielsweise die Figur 26 zeigt. Der Vorteil ist, daß nach der Fertigung genau fluchtende, sich gegenüberliegende Nuten 224, 225 für den Eingriff der Rastelemente vorliegen.

Bei einer Wellennabe mit den Elementen zur Drehmomentbegrenzung (Figur 24) sind zwischen einer Kiemmutter 241 und einem Sprengring 242 zwei Druckringe 243 und 244 angeordnet. Zwischen den beiden Druckringen befindet sich ein federndes Rastelement 245, dessen Ausbuchtungen 246 in Vertiefungen 247 und 248 greifen. Der antriebsseitige Druckring 243 sitzt formschlüssig auf der Wellennabe 240, während der abtriebsseitige Druckring 244 auf einer Gleitbuchse 249 angeordnet ist, die zum Durchrasten eine Relativdrehung des Druckringes 244 zur Nabe 240 ermöglicht. An dem abtriebsseitigen Druck ring 244 können die weiteren Abtriebsteile durch eine Schraubverbindung oder dergleichen befestigt werden.

Die Verbindung mit einem Kettenrad 251 ist in der Figur 25 erkennbar, während die Figur 26 den Anschluß einer Zahnriemenscheibe 252 für den Antrieb von Zahnriemen zeigt. Die übrigen erkennbaren Teile zur Drehmomentbegrenzung entsprechen denen der Figur 24.

Bei der Ausführung der Figur 26 ist eine Wellennabe vorgesehen, die im Bereich des abtriebsseitigen Druckringes 222a eine stufenförmige Durchmesservergrößerung zeigt. Die hierfür verwendeten beiden Druckringe 222a und 222b wurden aus einem Zuschnitt gefertigt, deren Vertiefungen miteinander fluchten und dadurch genau aufeinander abgestimmt sind.

Elastische Klauenkupplungen mit radialer und axialer Winkelbeweglichkeit nach den Figuren 27 und 28 können ebenfalls mit einem erfindungsgemäß gestalteten Drehmomentbegrenzer als überlastkupplung ausgebildet werden. Die Antriebsnabe 240 der

Ausführung der Figur 2 4 ist mit dem Kupplungsteil 271 der KLauenkuppLung über Schrauben 270, die unmittelbar die Klauen mit dem abtriebsseitigen Druckring 273 verbinden, drehmomentbegrenzend verbunden.

Bei der Ausführungsform der Klauenkupplung nach der Figur 28 gelangt eine Wellennabe 280 zur Anwendung, die ebenfalls mit einem Flansch 281 versehen ist. Dieser dient als antriebsseitiger DruckfLansch mit entsprechenden Vertiefungen 282 zur Aufnahme konvexer Wölbungen eine?¹ te I le rfede rförmigen Rastelementes 283. Der auf der Gleitbuchse 284 sitzende, abtriebssei· ti ge Druckflansch 285 ist mit dem antriebsseitigen Teil der Klauenkupplung 286 verschraubt.

Um unterschiedliche Drehmomentgrenzwerte zu erreichen, können unter dem Gesichtspunkt der Schaffung technisch einfacher Ausbildungen auch mehrere lame I lenförmig dünne Rastelemente paketförmig aneinanderIiegend verwendet werden. Ferner sind neben der Taillierung der Federbreite auch das Anbringen von radialen Einschnitten, das Ausstanzen durchgehender öffnungen mit unterschiedlichen Querschnittsformen und die Ausbildung von Federquerschnitten, die von der Rechteckform abweichen, möglich.

Die Erfindung ermöglicht eine Vielzahl weiterer Ausführungsformen. Die dargestellten Beispiele stellen somit nur einen Ausschnitt verschiedener konstruktiver Lösungen dar, ohne einen Anspruch auf Vollständigkeit zu erheben.

Claims

DIPL-ING. H1ELrMUT-AR-ENB" PATENTANWALT Bergiusstr. 2c, 30655 Hannover Anmelder: Firma KTR KuppLungstechnik GmbH Rodder Damm 170 48432 Rheine Schutzansprüche

1. Kupplung zum übertragen von Drehmomenten von einer Antriebsmaschine auf eine angetriebene Einrichtung unter Verwendung federbe lasteter Druckelemente zur Begrenzung des zu übertragenden Drehmoments, bestehend aus antriebs- und abtriebsseitigen Druckringen als Mitnahmeelemente und formschlüssig in diese greifenden, die Drehmomente übertragenden Raste lementen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der einander zugekehrten Seiten der Druckringe (1, 2; 21, 22; 31, 32; 41, 42; 151, 152; 161, 162; 222a, 222b; 243, 244; 272, 273; 281, 285) mit Vertiefungen (4, 5; 24, 25; 34, 35; 155, 165, 169, 205, 215, 224, 225; 247, 248) versehen ist, in welche konkave Wölbungen (3a, 23a, 33a, 83a, 93a, 143a, 145a, 243a, 246a) gewellter, aus Federstahl bestehender Rastfede re lemente (3, 23, 33, 43, 83, 93, 203, 245, 283) greifen.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Rastelemente (83, 93) te I Ierfederförmig und mit Mitnahmewölbungen und Sicken ausgeführt sind.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Rastelemente (43) ringförmig sind.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem federnden Rastelement und wenigstens einem der Druckringe Wälzkörper (28, 38) angeordnet sind.

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5. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Rastelemente als über den Umfang der Druckringe verteilt angeordnete Einzelelemente (143, 153) ausgebildet sind.

6. Kupplung nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die Rastelemente (143, 153) mit einer der Druckscheiben (151, 161) fest verbunden sind.

7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastelemente (153) radial geteilt und mit einer der Druckscheiben verbunden sind.

8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen der Druckringe und die gewellten Profile der Rastelemente radial gerichtet sind.

9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Rastelemente (83) mit radial gerichteten Aussparungen (87, 88) am Außen- und/oder Innenumfang zur Bildung von Federtai11ierungen versehen sind.

10. Kupplung nach Anspruch 3 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanlageflächen der Druckringe geringfügig konisch gestaltet sind (Kegelwinkel > 90°).

11. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Druckringe als NabenfLansch (281) ausgebildet ist.

12. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, aneinander I iegende Rastelemente eingesetzt sind.

13. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Rastelemente von der Rechteckform abweichende Querschnitte aufweisen.