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Sicherheitskupplung Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung,
die in der jeweils einen Drehrichtung bei überschreiten eines bestimmten Höchst-Drehmoments
eine Entkupplung zwischen dem treibenden und dem getriebenen Kupplungsteil bewirkt
und in der anderen Drehrichtung als Freilaufkupplung wirkt.
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Als Sicherheitskupplungen verwendet man Reibungskupplungen, die bei
überschreiten eines bestimmten, durch die Anpreßkraft der beiden Reibflächen bestimmten
Höchst-Drehmoments zu rutschen beginnen. Diese Kupplungen können aber nicht sehr
genau auf ein bestimmtes Höchst-Drehmoment eingestellt werden, weil dieses auch
noch von anderen, sich im Betrieb ändernden Faktoren abhängig ist, wie z. B. vom
Schmierzustand und von der Temperatur. Auch bewirken solche Rutschkupplungen keine
wirkliche Trennung zwischen dem treibenden und dem getriebenen Kupplungsteil, sondern
es wird vielmehr bei Durchrutschen immer noch das Höchst-Drehmoment übertragen.
Ein längeres Durchrutschen bei solchen Kupplungen bewirkt eine unzulässige Temperaturerhöhung
und unter Umständen eine Zerstörung der Kupplung.
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Ferner sind Sicherheitskupplungen bekannt, die wirklich eine völlige
Entkupplung zwischen dem treibenden und dem getriebenen Kupplungsteil bewirken;
man kann diese Gruppe von Kupplungen etwa als Schnappkupplungen bezeichnen. Die
bekannten Schnappkupplungen sind aber ebenfalls ziemlich unsicher in ihrer Wirkungsweise
und außerdem konstruktiv sehr aufwendig, vielteilig und entsprechend störungsanfällig.
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Dies gilt auch für solche Sicherheitskupplungen, die als Formschlußgesperre
ausgebildet sind. Die Teile solcher Formschlußgesperre unterliegen einem starken
Verschleiß, und infolge -des Formschlußprinzips ist eine solche Kupplung
nicht dazu in der Lage, in jeder beliebigen relativen Winkelstellung der beiden
Kupplungsteile zueinander wieder einzukuppeln. Die bekannten Kupplungen dieser Art
arbeiten auch nicht als Freilaufkupplung in derjenigen Richtung, die der Richtung
mit begrenztem Drehmoment entgegengesetzt ist.
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Ferner ist eine Sicherheitskupplung bekannt, bei der Rollen zum übertragen
des zulässigen Drehmoments vorgesehen sind. Hier sind am Kupplungsinnenteil angefederte
Klemmflächen in Form einer Wippe vorgesehen; infolgedessen können von den als Kupplungselemente
vorgesehenen zylindrischen Rollen nur recht wenige untergebracht werden. Bei überschreiten
des höchstzulässigen Drehmoments findet hier kein Abwälzen der zylindrischen Rollen
aufeinander statt, sondern es wird die jeweils mittlere Rolle von drei Rollen unter
erheblicher Reibung zwischen den beiden anderen Rollen hindurchgequetscht. Dies
bedeutet einen erheblichen Verschleiß sämtlicher A=llen und ihrer Lagerungen, und
dieser Verschleiß verändert das übertragbare Drehmoment, bei dem die Kupplung umschnappt,
und zwar wird dieses Grenzdrehmoment im Betrieb zunehmend kleiner. Diese Kupplung
muß vor dem Anlauf in Eingriffsstellung gebracht werden, da sonst durch die Beschleunigung
des freien Antriebsteiles ein schlagartiger Eingriff erfolgen würde, wodurch sofortige
Entkupplung eintritt und ein Anlauf überhaupt nicht möglich ist, anderenfalls die
Kupplung jedoch Schaden leidet. Infolgedessen ist die Anwendung dieser bekannten
Kupplung als überholkupplung ausgeschlossen.
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Aufgabe der Erfindung ist nun die Schaffung einer Sicherheitskupplung
nach Art einer Schnappkupplung, die in der jeweils einen Drehrichtung bei überschreiten
eines bestimmten Höchst-Drehmoments eine vollständige Entkupplung zwischen dem treibenden
und dem getriebenen Kupplungsteil bewirkt, und zwar in konstruktiv und herstellungstechnisch
sehr einfacher und wenig aufwendiger Weise, und die gleichzeitig in der anderen
Drehrichtung als Freilaufkupplung wirken kann.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Anordnung
mindestens einer in einer Aussparung im einen Kupplungsteil vorgesehenen Gruppe
von drei achsparallel zueinander, etwa radial zur Kupplungs-Drehachse und in Richtung
der Kraftübertragung hintereinander angeordneten zylindrisehen Rollen, von denen
die erste mit einer zu ihrer Achse parallelen stirnseitigen Anlagefläche des anderen
Kupplungsteils zusammenwirkt und durch die
beiden anderen Rollen
in ihrer jeweiligen Stellung gehalten wird, die sich ihrerseits an Schrägflächen
abstützen, wobei die von der Anlagefläche entfernteste Rolle sich zusätzlich an
einer parallel zur Anlagefläche und etwa senkrecht zur.zugehörigen Schrägfläche
federnd angeordneten Gegenfläche abstützt.
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Der Anlagekörper mit.-der Schrägfläche für- die von der Anlagefläche,
.entfernteste Rolle kann axial. und gegen Federdruck verschiebbar gelagert sein,
uni die Kupplung zu entkuppeln und gleichzeitig mit Hilfe eines einseitig schwenkbar
gelagerten Bügels die der Anlagefläche am nächsten liegende Rolle in Kupplungsstellung
zu drücken: Es können ferner Blattfedern vorgesehen sein,, die die beiden der Anlagefläche
am nächsten liegenden Rollen der Gruppe.in Eingriffsstellung halten. .
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Bei der Konstruktion einer kompletten Sicherheitskupplung nach der
Erfindung werden' zweckmäßig mehrere Gruppen von je drei Rollen in Umfangsrichtung
gleichxüäßig verteilt im einen Kupplungsteil vorgesehen, die mit einer gemeinsamen,
zur Drehachse senkrechten ebenen Anlagefläche des anderen Kupplungsteils zusammenwirken.
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Die Kupplung' kann im Betrieb ein- und ausgekuppelt werden, und -zwar
beispielsweise nach der Erfindung dadurch, daß die zweitgenannten Schrägflächen
sämtlicher Gruppen von Rollen entgegen der Wirkung von Federn gemeinsam auf die
Anlagefläche des zweiten Kupplungsteils zu verschiebbar sind. Wenn eine solche Verschiebung
erfolgt, dann wird die Kupplung getrennt. Sowohl dieses Auskuppeln wie aber auch
das Einkuppeln kann ohne weiteres im Betrieb erfolgen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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F i g. 1 zeigt schematisch die Anordnung einer einzelnen Rollengruppe
bei einer Sicherheitskupplung gemäß der Erfindung; F i g. 2 zeigt im radialen Schnitt
entlang der Linie II-II in F i g. 3 eine aus drei Rollengruppen aufgebaute Sicherheitskupplung;
F i g. 3 zeigt einen gebrochenen Axialschnitt entlang der Linie HI=III in F i g.
2; F i g. 4 zeigt im Schnitt der Lage einer Rollengruppe in der _ Sicherheitskupplung
gemäß den F i g. 2 und 3.
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Gemäß der schematischen Darstellung der F i g. 1 ist in dem einen,
insgesamt mit 1 bezeichneten Kupplungsteil eine Gruppe von drei aneinander anliegenden
Rollen 2, 3 und 4 vorgesehen. Die erste Rolle 2 liegt in dem dargestellten, eingekuppelten
Zustand einerseits an einer Anlagefläche 5 des anderen Kupplungsteils an, - welche
- achsparallel zu den> ebenfalls achsparallel zueinander liegenden Rollen 2 bis
4 ver= läuft und sich beim Wechsel zwischen Kupplungs-und Freilaufstellung der Kupplung
senkrecht zu ihrer eigenen Achse in - Richtung des Pfeils 6 bewegt. In der Entkupplungsstellung
nimmt die Rolle 2 die in gestrichelten Linien dargestellte Lage ein. - Außer auf
der Anlagefläche 5 stützt sich die erste Rolle 2 auf der zweiten Rollei ab, und
zwar so, daß ihre gemeinsame Tangente durch ihre Berührungslinie mit der Anlagefläche
5 einen spitzen Winkel S, etwa in der Größenordnung von 10°, einschließt. Außerdem
stützt sich diese zweite Rolle 3 gegen eine feststehende Schrägfläche 9 des ersten
Kupplungsteils 1 und gegen die dritte Rolle 4 dieser Gruppe ab. Die Kraftverteilung
bei dieser Abstützung der Rolle 3 ist durch das eingezeichnete Kräfteparallelogramm
angegeben; ebenso wie in der Rolle 4, die sich einerseits auf einer zweiten Schrägfläche
10 des einen Kupplungsteils 1 und andererseits auf einer zu der Ablagefläche 5 parallele
Gegenfläche 11 abstützt, die, was weiter unten noch näher erläutert werden soll,
gegen die Kraft von Federn in Richtung von der Anlagefläche 5 weg verschiebbar gelagert
ist.
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Diese Gruppe von drei Rollen 2, 3 und 4 könnte auch durch eine Gruppe
von nur zwei Rollen ersetzt werden, wobei dann die Auflagefläche 9 federnd gelagert
sein müßte. Die geschilderte Anordnung mit drei Rollen ist aber konstruktiv besser.
Ebenso kann auch eine der Rollen durch einen besonders profilierten kraftübertragenden
Körper ersetzt werden.
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Die zweite Schrägfläche 10 ist an einem Körper 12 angebracht, der
auf -einem Bolzen 13 geführt ist. Die Gründe für diese Anordnung ergeben sich aus
der weiter unten folgenden Schilderung. der Gesamtkonstruktion der Sicherheitskupplung.
Die Rolle 2 wird durch eine Blattfeder 14, die Rolle 3 durch eine Blattfeder 15
in Eingriffsrichtung gedrückt. Ferner ist ein Bügel 16 vorgesehen, der dazu. dient,
die Rolle 2 nach Enkuppeln wieder in die Eikuppelstellung zu bewegen. -Er bewirkt
auch die Anpreßkraft für die Funktion -als überlastkupplüng in der anderen Richtung.
Zu diesem Zweck ist der Bügel 16 mit seinem freien Ende 17 in einer Kerbe des Kupplungsteils
1 gelagert und wird außerdem durch eine Feder 19 auf der Verlängerung
20 des Bolzens 13 nach oben gedrückt; als Anschlag für diese Aufwärtsbewegung
ist in der _ Verlängerung 20 ein Querbolzen 21 vorgesehen.
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Nachstehend wird die Gesamtanordnung der Sicherheitskupplung an Hand
der F i g. 2 bis 4 beschrieben. Die eine der beiden zu- kuppelnden Wellen, z. B.
die -treibende Welle; ist durch eine nicht dargestellte Paßfeder mit dem einen Teil
22 der Kupp-Jung verbunden, welches die. Anlagefläche 5 aufweist. Von dem anderen,
z. B. dem getriebenen Kupplungsteil l erfolgt die Kraftübertragung zur angetriebenen
Welle über den Außenmantel 23 und die Stirnscheibe 24. Bei dem dargestellten Beispiel
sind drei Gruppen von Walzen 2, 3, 4, gleichmäßig über den Umfang verteilt, vorgesehen.
Die die Schrägflächen 10 tragenden Teile 12 stehen über ihre Bolzen 13 unter der
Wirkung von Federn 24; sämtliche Teile 12 können aber auch gemeinsam, entgegen der
Wirkung dieser Federre, in Richtung auf die Anlagefläche 5 zu verschoben werden,
und zwar über einen Ring 29. Mittels einer Gabel od. dgl. kann diese Verstellung
auch im Betrieb erfolgen. Die Anlageflächen 11 sind an Bolzen 25 vorgesehen, die
unter der Wirkung von Tellerfedern 26 stehen. Die Vorspannung dieser Tellerfedern
und damit das Höchst-Drehmoment, bei dem die Kupplung trennt, kann verändert werden
mittels eines Auflageringes 27, der in axialer Richtung mittels eines Gewinderinges
28 von außen her in axialer Richtung verstellt werden kann.
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Wie schon erwähnt, werden die Rollen 2 und 3 durch die Blattfedern
14 bzw. 15 in Eingriffsrichtung gedrückt. übersteigt die auf die Rolle 2 in Richtung
1 des Pfeils 6 wirkende Tangentialkraft den entsprechenden, von den Tellerfedern
26 über den Bolzen 25 aufnehmbaren Widerstand, dann springt die Rolle 2 über die
Rolle 3 in Freilaufstellung für die Bewegungsrichtung l und wird durch die angefederte
Klinke
16 in Eingriffsstellung für die Richtung r des Pfeils 6 gehalten. Somit ist also
die Funktion der gesamten Sicherheits- und Freilaufkupplung umkehrbar. Soll aber
die Funktion nur in einer Richtung erfolgen, so kann die Rolle 2 wieder in ihre
Ausgangsstellung gebracht werden. Hierzu wird das Teil 12 in Richtung auf die Anlagefläche
5 zu verschoben, wodurch nun die Rollen 3 und 4 die Rolle 2 freigeben. Durch die
Klinke 16 und die sich gegen das Teil 12 abstützende Feder 19 wird nun die Rolle
2 wieder in Ausgangsstellung gehalten, solange das Teil 12 sowie die Rollen 3 und
4 noch nicht die normale Lage eingenommen haben.
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Wenn man die Kupplung im Betrieb abschalten will, so wird eine axial
einwärts gerichtete Kraft auf den Ring 29 ausgeübt, der seinerseits sämtliche Teile
12 in Richtung auf die Anlagefläche 5 zu verschiebt. Dadurch bleiben sämtliche Rollen
2 frei, und es besteht dann Freilaufzustand in beiden Drehrichtungen. Diese Schaltung
ist, wie schon erwähnt, auch unter Belastung im Betrieb möglich.
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Die Kupplung wirkt also in der in F i g. 1 an dem Pfeil 6 mit 1 bezeichneten
Drehrichtung als Sicherheitskupplung und in der anderen Richtung als Freilauf. Bei
Überlastung schaltet die Kupplung sich um auf Freilauf in der ersten Richtung und
Mitnahme bis zu annähernd demselben Maximal-Drehmoment in der entgegengesetzten
Richtung. Nach Eintritt einer Überlastung kann die Kupplung durch Betätigung eines
auf den Ring 29 einwirkenden Schalthebels, im Stillstand oder Lauf, in die Ausgangsstellung
zurückgeführt werden. Wird aber der Schalthebel so betätigt, daß die Teile 12 in
ihrer der Anlagefläche 5 am nächsten kommenden Endstellung festgehalten werden,
so ist die Kupplung entkuppelt, und es kann eine freie gegenseitige Verdrehung der
beiden Kupplungsteile in beiden Richtungen erfolgen.
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An Stelle des Freilaufes in Richtung r kann auch eine feste Mitnahme,
d. h. mit unbegrenztem Höchst-Drehmoment, erfolgen, indem an Stelle der Blattfedern
14 ein in Richtung auf die Anlagefläche 5 angefederter Keil vorgesehen wird, der
als Anlage- und Sperrfläche für die Rolle 2 in bisheriger Freilaufrichtung schräg
ansteigend verläuft unter einem Winkel zur Anlagefläche 5, der wiederum kleiner
als der Reibungswinkel ist.
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Das Höchst-Drehmoment kann, selbst bei drehender Antriebswelle, jedoch
entkuppelter Kupplung, von außen her bequem eingestellt werden. Durch entsprechende
Abstimmung der Länge des Bügels 16
und Aufwärtsverschwenkung derselben in
die in F i g. 1 strichpunktierte- Stellung, bevor der Körper 12 die Rollen freigibt,
kann die Rolle 2 am überspringen gehindert werden. Da sie aber unter dem Druck der
Feder 26 steht, entsteht ein Reibungs-Mitnahmemoment gegenüber der Anlagefläche
5, welches die Beschleunigung größerer Massen beim Anlauf unter konstantem Drehmoment,
das annähernd gleich dem eingestellten Höchst-Drehmoment ist, ermöglicht.
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Die beschriebene Kupplung läßt sich auch für geradlinige Bewegungen,
z. B. zur Steuerung der Vor-und Rückwärtsbewegung eines Schlittens, z. B. einer
Werkzeugmaschine, verwenden.
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Die geschilderten Schaltvorgänge verlaufen selbstverständlich von
der Drehzahl unabhängig, wie dies von einer Sicherheitskupplung gefordert wird.
Durch Hinzufügung einfacher Zusatzelemente können sie natürlich auch automatisch
drehzahlabhängig durchgeführt werden.