DE9406199U1 - Pressure relief device - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Druckentlastungsvorrichtung zur Schnell-Entlastung des Schließdrucks einer mit Druckfluid in Kupplungs-Schließstellung gehaltenen Sicherheitskupplung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a pressure relief device for quickly relieving the closing pressure of a safety coupling held in the coupling closing position with pressure fluid according to the preamble of claim 1.
Aus der DE-PS 29 23 902 ist eineFrom DE-PS 29 23 902 a
Druckentlastungsvorrichtung zur Schnellentlastung einer Druckmittelkupplung bekannt, die eine Welle mit einer Nabe verbindet. Solche Kupplungen bestehen im wesentlichen aus einer dünnwandigen Hülse innerhalb der Nabe, die eine sich axial erstreckende Wand einer ringförmigen Kammer bildet, die mit einem Druckmittel beaufschlagt wird, um die Hülse elastisch in radialer Richtung zu deformieren und mit einer Fläche der Welle zu verklemmen. Bei Überlast, d.h. bei Überschreiten des durch die Kupplung übertragbaren Reibmoments kommt es zu Relativverdrehungen zwischen Welle und Nabe, die bei hohen Drehzahlen zu Beschädigungen der Kupplungselemente durch Freßverschleiß oder Abrasionen führen können. Deshalb ist es im Sicherheitsabschaltfall notwendig, die Kupplungsreibverbindung schnell zu lösen, indem die Ringkammer durch Auslaß des Druckfluids entspannt wird.Pressure relief device for quickly relieving a pressure medium coupling that connects a shaft to a hub is known. Such couplings essentially consist of a thin-walled sleeve inside the hub, which forms an axially extending wall of an annular chamber that is pressurized with a pressure medium in order to elastically deform the sleeve in the radial direction and clamp it to a surface of the shaft. In the event of an overload, i.e. when the friction torque that can be transmitted by the coupling is exceeded, relative rotations occur between the shaft and hub, which at high speeds can lead to damage to the coupling elements due to scuffing or abrasion. Therefore, in the event of a safety shutdown, it is necessary to quickly release the clutch friction connection by relaxing the annular chamber by releasing the pressure fluid.
Gemäß der Erfindung der oben zitierten Schrift kann eine Druckentspannung erreicht werden, indem eine einem Druckmittelauslassungskanal der Ringkammer zugeordnete, als Abscherrohr oder Ventil ausgeführteAccording to the invention of the above-cited document, pressure relief can be achieved by arranging a shear pipe or valve associated with a pressure medium outlet channel of the annular chamber.
Druckentlastungsanordnung vorgesehen ist, die mit der Nabe drehfest verbunden ist, und die durch eine mit der Welle drehende Auslösevorrichtung bei Relativbewegung zwischen Welle und Nabe geöffnet wird. Da die Druckentlastungsanordnung über einen Druckmittelkanal mit der Ringkammer in Verbindung steht, strömt bei Öffnung des Ventils oder der Abscherelemente Druckmittel aus und die Reibverbindung wird gelöst. Zur Wiederherstellung der Betriebsfähigkeit der Druckentlastungsanordnung müssen Welle und Nabe in eine bestimmte Winkellage zueinander ausgerichtet und neue Abscherrohre eingesetzt bzw. die Ventile geschlossen werden.A pressure relief arrangement is provided which is connected to the hub in a rotationally fixed manner and which is opened by a release device rotating with the shaft when there is relative movement between the shaft and the hub. Since the pressure relief arrangement is connected to the annular chamber via a pressure medium channel, pressure medium flows out when the valve or the shearing elements are opened and the friction connection is released. To restore the operability of the pressure relief arrangement, the shaft and hub must be aligned at a specific angle to one another and new shearing pipes must be inserted or the valves closed.
Dabei ergibt sich als Nachteil, daß das Ausrichten von Welle und Nabe sowie das Einsetzen von neuen Scherelementen einen erheblichen Instandsetzungsaufwand verursachen kann, vor allem wenn die Kupplung von Verkleidungselementen umgeben oder schwer zugänglich ist. Zudem erfordert dieses System eine Bevorratung von relativ kleinen Abscherelementen, die leicht verlegt oder verloren gehen können.The disadvantage is that aligning the shaft and hub and inserting new shear elements can cause considerable repair work, especially if the coupling is surrounded by cladding elements or is difficult to access. In addition, this system requires a stock of relatively small shear elements, which can easily be misplaced or lost.
Demgemäß ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Druckentlastungsvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß nach einer im Sicherheitsabschaltfall ausgelösten Druckentlastung eine vollkommen selbsttätige Rücksetzung der Vorrichtung in den betriebsfähigen Zustand erfolgt, ohne daß manuelle Eingriffe erforderlich sind.Accordingly, it is the object of the invention to further develop a pressure relief device of the type mentioned at the outset in such a way that after a pressure relief triggered in the event of a safety shutdown, the device is reset to the operational state completely automatically without manual intervention being necessary.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Der Kern der Erfindung kann wie folgt beschrieben werden:This object is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1. The essence of the invention can be described as follows:
Eine Relativbewegung zwischen zwei gekuppelten Elementen, wie sie bei Überlast einer Druckmittelkupplung des StandesA relative movement between two coupled elements, such as occurs when a pressure medium coupling of the stand is overloaded
der Technik auftritt, versetzt einen gegen eines der gekuppelten Elemente gedrückten Rotationskörper, welcher an einem unteren Teil eines Kolbens drehbar geführt wird, in Drehung. Durch eine kinematische Wirkbeziehung wird diese Drehung in eine Translationsbewegung gewandelt, durch welche ein an einem oberen Ende des Kolbens gebildetes Ventil geöffnet wird, indem durch die Translationsbewegung ein Ventilkörper von einem Ventilsitz abgehoben wird. Dadurch kann Druckfluid aus der unter Druck stehenden Fluidkammer der Druckmittelkupplung ausströmen, wodurch die Reibverbindung zwischen den gekuppelten Elementen größtenteils aufgehoben wird. Da nun am oberen Ende des Kolbens kein Fluiddruck mehr vorhanden ist, drängen Kolben-Federmittel, mit denen sich der Kolben gegen ein mit dem anderen gekuppelten Element verbundenen Gehäuse abstützt, den Kolben mit dem Rotationskörper nach oben von dem dem einen der gekuppelten Elemente weg. Durch Federmittel, die zwischen Kolben und Rotationskörper angebracht sind, wird dieser in seine Ausgangslage zurückgedreht. Nach erneuter Beaufschlagung der Kupplungsfluidkammer mit Druckfluid wird der Ventilkörper gegen den Ventilsitz gepreßt, wodurch das Ventil geschlossen wird. Gleichzeitig wird der Kolben durch den auf seine Oberseite wirkenden Fluiddruck gegen die Wirkung der Kolben-Federmittel in Richtung auf das eine der gekuppelten Elemente gedrängt, wobei der am unteren Ende des Kolbens geführte Rotationskörper wiederum gegen dessen Oberfläche gedrückt wird. Damit befindet sich die Druckentlastungsvorrichtung wieder in der ursprünglichen Auslöseposition.in technology, causes a rotating body pressed against one of the coupled elements, which is guided in a rotatable manner on a lower part of a piston, to rotate. Through a kinematic interaction, this rotation is converted into a translational movement, through which a valve formed at an upper end of the piston is opened, in that the translational movement lifts a valve body from a valve seat. As a result, pressurized fluid can flow out of the pressurized fluid chamber of the pressure medium coupling, whereby the frictional connection between the coupled elements is largely eliminated. Since there is no longer any fluid pressure at the upper end of the piston, piston spring means, with which the piston supports itself against a housing connected to the other coupled element, push the piston with the rotating body upwards away from one of the coupled elements. The latter is rotated back to its original position by spring means that are fitted between the piston and the rotating body. After the clutch fluid chamber is again pressurized with pressure fluid, the valve body is pressed against the valve seat, which closes the valve. At the same time, the piston is pushed against the action of the piston spring means in the direction of one of the coupled elements by the fluid pressure acting on its upper side, whereby the rotating body guided at the lower end of the piston is in turn pressed against its surface. The pressure relief device is then back in the original release position.
Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt :The invention achieves the following advantages:
a) Die Funktionsweise der Druckentlastungsvorrichtung ist wegen der Rotationssymmetrie des Rotationskörpers drehrichtungs- bzw. bewegungsrichtungsunabhängig.a) The functioning of the pressure relief device is independent of the direction of rotation or movement due to the rotational symmetry of the rotating body.
b) Die Funktion der Druckentlastungsvorrichtung ist unabhängig davon, in welcher Stellung die beiden Elemente zueinander gekuppelt werden.b) The function of the pressure relief device is independent of the position in which the two elements are coupled to each other.
c) Nach einer erfolgten Druckentlastung kehrt die Druckentlastungsvorrichtung gleichzeitig mit einer erneuten Inbetriebnahme der Kupplung durch Druckbelastung selbsttätig in den betriebsfähigen Ausgangszustand zurück und steht für weitere Entlastungen bereit.c) After pressure relief has taken place, the pressure relief device automatically returns to its operational initial state when the coupling is put into operation again by applying pressure and is ready for further relief.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen darThe invention is described in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawings. They show
Fig.l eine schematische Seitenansicht einer Druckmittelkupplung, die in eine Nabe integriert ist und diese mit einer Welle verbindet, und eine Druckentlastungsvorrichtung gemäß der Erfindung;Fig.l is a schematic side view of a pressure medium coupling integrated into a hub and connecting it to a shaft, and a pressure relief device according to the invention;
Fig.2 : eine Vorderansicht entlang der Linie H-II von Figur 1 einer Druckentlastungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Kontaktstellung;Fig.2: a front view along the line H-II of Figure 1 of a pressure relief device according to the invention in a contact position;
In einer speziellen Anwendung der Druckentlastungsvorrichtung wird sie zur Schnell-Entlastung der Druckmittelkupplung einer Welle 2 und einer Nabe verwendet. Die Kupplung und die Druckentlastungsvorrichtung 1 sind in die Nabe 4 integriert, wie Figur 1 zeigt. Eine Drehmomentübertragung zwischen beiden Elementen kommt durch den Reibschluß zwischen einer Nabeninnenfläche 6 der Nabe und einer Wellenumfangsflache 8 der Welle 2 zustande, wennIn a special application of the pressure relief device, it is used for the quick relief of the pressure medium coupling of a shaft 2 and a hub. The coupling and the pressure relief device 1 are integrated into the hub 4, as shown in Figure 1. A torque transmission between the two elements is achieved by the frictional engagement between an inner hub surface 6 of the hub and a shaft circumferential surface 8 of the shaft 2 when
eine ringförmige Fluidkammer 10 mit einem Druckfluid befüllt und expandiert wird, wobei sich eine radial innere Fluidkammerwand 12 in radialer Richtung zur Welle 2 hin elastisch verformt und dadurch eine Klemmung zwischen der Welle 2 und der Nabe 4 entsteht. Ein Gehäuse 14 der Druckentlastungsvorrichtung 1 ist mit der Nabe 4 starr verbunden, wobei eine Mittelachse 16 der Druckentlastungsvorrichtung 1 radial auf der Wellenumfangsflache 8 der Welle 2 steht. Die Druckentlastungsvorrichtung 1 steht durch einen Schlauch oder eine ähnliche Fluidleitung 18 mit der ringförmigen Fluidkammer 10 der Kupplung in Verbindung, wie Fig.l zeigt.an annular fluid chamber 10 is filled with a pressure fluid and expanded, whereby a radially inner fluid chamber wall 12 is elastically deformed in the radial direction towards the shaft 2, thereby creating a clamping between the shaft 2 and the hub 4. A housing 14 of the pressure relief device 1 is rigidly connected to the hub 4, whereby a central axis 16 of the pressure relief device 1 is located radially on the circumferential surface 8 of the shaft 2. The pressure relief device 1 is connected to the annular fluid chamber 10 of the coupling by a hose or a similar fluid line 18, as shown in Fig. 1.
Innerhalb des Gehäuses 14 der Druckentlastungsvorichtung 1 ist entsprechend Fig.2 ein Kolben 20 in Richtung der Mittelachse 16 der Vorrichtung 1 beweglich. An einem unteren Kolbenende ist ein Rotationskörper 22 gegenüber dem Kolben 20 drehbar gelagert. In der gezeigten Ausführungsform von Fig.2 ist der Rotationskörper 22 eine Rolle, in einer anderen Ausführungsform könnte der Rotationskörper 22 auch eine Kugel sein. Die Rolle 22 weist an ihrer Umfangsflache eine Führungsfläche 24 auf und kann gegenüber dem Kolben 20 beliebig verdreht werden. Die Führungsfläche 24 hat einen Verlauf, welcher von einem Kreisbogen um die Rotationsachse 26 der Rolle 22 abweicht. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Führungsfläche eine axial verlaufende konkave Rinne.Within the housing 14 of the pressure relief device 1, a piston 20 is movable in the direction of the central axis 16 of the device 1, as shown in Fig. 2. At a lower piston end, a rotating body 22 is mounted so as to be rotatable relative to the piston 20. In the embodiment shown in Fig. 2, the rotating body 22 is a roller; in another embodiment, the rotating body 22 could also be a ball. The roller 22 has a guide surface 24 on its peripheral surface and can be rotated as desired relative to the piston 20. The guide surface 24 has a course which deviates from a circular arc around the rotation axis 26 of the roller 22. In the embodiment shown, the guide surface is an axially extending concave groove.
Am oberen Teil des Kolbens ist ein Ventil mit einem Ventilsitz 28 gebildet, welcher an der Stirnseite des Kolbens liegt. Ein über die Fluidleitung 18 zwischen der Druckentlastungsvorrichtung 1 und der ringförmigen Fluidkammer 10 kommunizierendes Druckfluid 30 drückt auf die Stirnseite des Kolbens und drängt einen Ventilkörper gegen den Ventilsitz 28, der so ausgebildet ist, daß er dieA valve with a valve seat 28 is formed on the upper part of the piston, which is located on the front side of the piston. A pressure fluid 30 communicating via the fluid line 18 between the pressure relief device 1 and the annular fluid chamber 10 presses on the front side of the piston and pushes a valve body against the valve seat 28, which is designed in such a way that it
Lage des Ventilkörpers 32 stabilisiert. Der Ventilkörper 32 ist in der hier gezeigten Ausführungsform eine Schließkugel.Position of the valve body 32 is stabilized. In the embodiment shown here, the valve body 32 is a closing ball.
Ein Stößel 34 wird in einer Stößelbohrung 36 des Kolbens 20 geführt, die sich längs der Mittelachse 16 der Vorrichtung 1 erstreckt, wie Figur 2 zeigt. Der Stößel 34 ist in dieser Bohrung 36 relativ zum Kolben 20 in Stößel-Längsrichtung beweglich. Ein erstes Stößelende 38 liegt, wenn die Welle 2 und die Nabe 4 zueinander unverdreht sind, an der Rinnentalflache an. Ein zweites Stößelende 40 liegt an der Schließkugel 32 an. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung könnten die Schließkugel 32 und der Stößel 34 auch zu einer schlegelartigen Einheit verbunden sein.A tappet 34 is guided in a tappet bore 36 of the piston 20, which extends along the central axis 16 of the device 1, as shown in Figure 2. The tappet 34 is movable in this bore 36 relative to the piston 20 in the tappet's longitudinal direction. A first tappet end 38 rests on the groove valley surface when the shaft 2 and the hub 4 are not rotated relative to one another. A second tappet end 40 rests on the locking ball 32. In another embodiment of the invention, the locking ball 32 and the tappet 34 could also be connected to form a flail-like unit.
Ein oberes Bohrungsende 42 der Stößelbohrung 36 mündet in einem unteren Ende eines Druckmittelkanals 44, der sich längs der Mittelachse 16 der Vorrichtung 1 erstreckt und dessen oberes Ende eine im Ventilsitz 28 gebildete Ventilsitz-Öffnung 46 ist, die durch die Schließkugel 32 verschlossen wird. Der Druckmittelkanal 44 besitzt eine seitliche Auslaßöffnung 48, deren Mittelachse, wenn die Rolle 22 an der WeIlenumfangsflache 8 anliegt, mit der Mittelachse einer kreisrunden Gehäuseöffnung 50 fluchtet. Der Stößel 34 erstreckt sich durch den Druckmittelkanal 44 und ragt in die Ventilsitz-Öffnung 46, um an der Schließkugel 32 anzuliegen. Der Radius des Druckmittelkanals 44 ist größer als der des Stößels 34, so daß zwischen der Stößelumfangsflache und der Druckmittelkanalinnenfläche ein Ringkanal 45 gebildet wird.An upper bore end 42 of the tappet bore 36 opens into a lower end of a pressure medium channel 44, which extends along the central axis 16 of the device 1 and whose upper end is a valve seat opening 46 formed in the valve seat 28, which is closed by the closing ball 32. The pressure medium channel 44 has a lateral outlet opening 48, the central axis of which, when the roller 22 rests on the shaft circumferential surface 8, is aligned with the central axis of a circular housing opening 50. The tappet 34 extends through the pressure medium channel 44 and projects into the valve seat opening 46 in order to rest on the closing ball 32. The radius of the pressure medium channel 44 is larger than that of the tappet 34, so that an annular channel 45 is formed between the tappet peripheral surface and the pressure medium channel inner surface.
Zwischen dem Kolben 20 und dem Gehäuse 14 sind Kolben-Federmittel 52, in der gezeigten Ausführungsform eine Tellerfeder, derart angebracht, daß sie den Kolben 20 nach oben, weg von der Welle 2, drängen. Die Steifigkeit derBetween the piston 20 and the housing 14, piston spring means 52, in the embodiment shown a disc spring, are mounted in such a way that they push the piston 20 upwards, away from the shaft 2. The rigidity of the
Tellerfeder 52 ist so bemessen, daß der auf die Stirnseite des Kolbens wirkende Fluiddruck eine Kraft erzeugt, die größer ist als die Kraft der Tellerfeder 52, so daß der Kolben 20 nach unten in Richtung der Welle 2 gedrückt wird, bis die mit dem Kolben 20 geführte Rolle 22 auf die Umfangsflache 8 der Welle 2 unter Druck angepresst wird. Die Druckentlastungsvorrichtung 1 befindet sich dann in der in Figur 2 dargestellten Kontaktstellung.Disc spring 52 is dimensioned such that the fluid pressure acting on the face of the piston generates a force that is greater than the force of the disc spring 52, so that the piston 20 is pressed downwards in the direction of the shaft 2 until the roller 22 guided by the piston 20 is pressed under pressure onto the circumferential surface 8 of the shaft 2. The pressure relief device 1 is then in the contact position shown in Figure 2.
Verdreht sich im Sicherheitsabschaltfall die Welle 2 gegenüber der Nabe 4 nach rechts oder nach links, wird die Rolle 22 durch den Reibschluß zur Wellenumfangsfläche 8 aus einer Startwinkelposition in eine beliebige Drehlage verdreht. Dadurch wandert das erste Stößelende 38 entlang einer der Seitenwände der Rinne 24 und bewegt sich in der Stößelbohrung 36 translatorisch nach oben, wobei dessen zweites Ende 40 die Schließkugel 32 vom Ventilsitz 28 abhebt. Durch diese kinematische Wirkbeziehung wird die Rotationsbewegung der Rolle 22 in eine Translationsbewegung des Stößels 34 gewandelt.If the shaft 2 rotates to the right or to the left relative to the hub 4 in the event of a safety shutdown, the roller 22 is rotated from a starting angle position to any rotational position by the frictional engagement with the shaft circumferential surface 8. As a result, the first tappet end 38 moves along one of the side walls of the groove 24 and moves upwards in the tappet bore 36, with its second end 40 lifting the closing ball 32 from the valve seat 28. This kinematic interaction converts the rotational movement of the roller 22 into a translational movement of the tappet 34.
Nach dem Abheben der Schließkugel 32 vom Ventilsitz 28 strömt Druckfluid durch die Ventilsitz-Öffnung 46 und durch den zwischen Stößelumfangsflache und Druckmittelkanalinnenfläche gebildeten Ringkanal 45 zur Auslaßöffnung 48 im Kolben und von dort durch die Gehäuseöffnung 50 nach außen, so daß die ringförmige Fluidkammer 10 der Sicherheitskupplung entleert und die Reibverbindung zwischen Welle 2 und Nabe 4 größtenteils aufgehoben wird. Da nun kein Gegendruck mehr auf die obere Kolbenstirnseite wirkt, drückt die Tellerfeder 52 den Kolben 20 nach oben und die Rolle 22 hebt von der Wellenumfangsfläche 8 ab. Rückstellfedermittel 54, die zwischen der Rolle 22 und dem Kolben 20 angebracht sind, stellen daraufhin die Rolle 22 wieder in dieAfter the closing ball 32 has been lifted off the valve seat 28, pressure fluid flows through the valve seat opening 46 and through the annular channel 45 formed between the tappet circumferential surface and the pressure medium channel inner surface to the outlet opening 48 in the piston and from there through the housing opening 50 to the outside, so that the annular fluid chamber 10 of the safety clutch is emptied and the friction connection between shaft 2 and hub 4 is largely eliminated. Since there is no longer any counterpressure acting on the upper piston face, the plate spring 52 presses the piston 20 upwards and the roller 22 lifts off the shaft circumferential surface 8. Return spring means 54, which are mounted between the roller 22 and the piston 20, then return the roller 22 to the
Startwinkelposition zurück.Start angle position back.
Wird die ringförmige Fluidkammer 10 erneut mit Druckfluid 30 beaufschlagt, um die Reibverbindung zwischen der Welle und der Nabe 4 wiederherzustellen, wird der Kolben 20 gegen die Wirkung der Tellerfeder 52 wieder nach unten gedrückt, so daß die vom Kolben 20 mitgeführte Rolle 22 gegen die Wellenumfangsfläche 8 gepreßt wird. Die Druckentlastungsvorrichtung 1 befindet sich dann wieder in der in Fig.2 dargestellten Kontaktstellung und steht für weitere Schnell-Entlastungen bereit.If the annular fluid chamber 10 is again pressurized with pressure fluid 30 in order to restore the frictional connection between the shaft and the hub 4, the piston 20 is pressed downwards again against the action of the plate spring 52, so that the roller 22 carried by the piston 20 is pressed against the shaft circumferential surface 8. The pressure relief device 1 is then again in the contact position shown in Fig. 2 and is ready for further rapid relief.
Anstelle einer Welle 2 und einer Nabe 4 können aber auch zwei translatorische Bewegungen relativ zueinander ausführende Elemente auf die beschriebene Weise miteinander gekuppelt und die Druckentlastungsanordnung in eines der beiden Elemente integriert werden. Außerdem ist es für die Funktion der Druckentlastungsanordnung unerheblich, mit welchem der beiden Elemente die Druckentlastungsanordnung verbunden ist.Instead of a shaft 2 and a hub 4, two elements that perform translational movements relative to one another can also be coupled together in the manner described and the pressure relief arrangement can be integrated into one of the two elements. In addition, it is irrelevant for the function of the pressure relief arrangement which of the two elements the pressure relief arrangement is connected to.
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