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Sicherheitskupplungsvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplungsvorrichtung
mit zwei mechanisch in Reihe hintereinandergeschalteten Kupplungen und einer Steuervorrichtung,
die auf den Antrieb einer ersten elektromagnetischen Kupplung anspricht und das
Arbeiten einer zweiten Klauenkupplung steuert.
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Bei einer bekannten Sicherheitskupplungsvorrichtung mit zwei mechanisch
in Reihe hintereinandergeschalteten Kupplungen ist das Ausrücken bzw. Auskuppeln
von dem Eingangsdrehmoment abhängig, wobei das Auskuppeln durch die Reaktion zwischen
Abweisflächen erfolgt, wenn in Abhängigkeit vom Eingangsdrehmoment ein Schlupf in
der Kupplung auftritt. Die zweite Kupplung, welche ineinandergreifende Klauen umfaßt,
gestattet eine axiale Verschiebung der Kupplungselemente der ersten Kupplung, wobei
diese Klauenkupplung selbst jedoch nicht vollständig ausrückbar bzw. auskuppelbar
ist. Bei der bekannten Kupplungsvorrichtung findet somit kein Ausrücken bzw. Auskuppeln
der zweiten Kupplung im Falle des Versagens bzw. Nichtausrückens der ersten Kupplung
statt, was außerordentlich nachteilig ist, da im Falle eines Versagens der ersten
Kupplung, d. h., wenn diese Kupplung nicht ausrückt, keine Grenze für die
Größe des durch die Kupplung übertragenden Drehmomentes mehr gegeben ist,
d. h., das durch die Kupplungsvorrichtung übertragene Drehmoment kann auf
einen beträchtlichen Wert anwachsen, wodurch entweder die Kupplungsvorrichtung selbst
oder andere Organe der Kraftübertragungseinrichtung zerstört werden können.
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Bei einer anderen bekannten Sicherheitsvorrichtung mit einer Klauenkupplung
und einer elektromagnetischen Anordnung dient die elektromagnetische Anordnung ausschließlich
dazu, eine Welle zu verschieben, d. h., durch diese elektromagnetische Anordnung
kann kein Drehmoment übertragen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung
zu schaffen, welche nicht mit den Nachteilen der bekannten Vorrichtungen behaftet
ist, wobei es insbesondere darum geht, die Vorrichtung so zu gestalten, daß zum
Schutze der gesamten Kraftübertragungsanordnung ein Auskuppeln auch für den Fall
gewährleistet ist, daß die elektromagnetische Kupplung versagt und nicht bei einem
bestimmten vorgegebenen Drehmoment ausrückt.
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Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird eine
Sicherheitskupplungsvorrichtung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß
die zweite Kupplung ausrückbar und so bemessen ist, daß sie bei Versagen der ersten
Kupplung auskuppelt, wenn eine zweite vorgegebene Grenzgröße erreicht ist, die größer
ist als die erste kritische Größe.
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Bei der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung ist es beachtlich,
daß die Steuerung zum Ausrücken der ersten Kupplung abhängig von dem Drehmomentenab.trieb
dieser ersten Kupplung ist, wobei die zweite Kupplung, die auf die erste Kupplung
folgt, eine voll auskuppelbare bzw. ausrückbare Kupplung ist. Bei der erfindungsgemäßen
Anordnung, bei der die erste Kupplung in übereinstimmung mit dem tatsächlich von
ihr übertragenen Drehmoment ausgekuppelt wird, wird die zweite Kupplung ausgekuppelt,
wenn infolge eines Versagens in der ersten Kupplung das von dieser übertragene Drehmoment
einen größeren Wert als festgesetzt erreicht, so daß eine doppelte Sicherheit vorhanden
ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist überall dort von Bedeutung, wo
eine Sicherheitskupplung mit
unbedingter Sicherheit bei Erreichen
eines vorge-,-ebenen maximalen Drehmomentes wirksam werden muß; so läßt sich die
erfindungsgemäße Sicherheitskupplungsvorrichtung z. B. zur Kraftübertragung zwischen
Servomotoren eines automatischen Piloten eines Flugzeuges und den zu steuernden
Organen des Flugzeuges verwenden.
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Zum besseren Verständnis ist die Erfindung im folgenden an Hand der
Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigt F i g. 1 einen
Teillängenschnitt und eine Seitenansicht der Vorrichtung, F i g. 2 eine Seitenansicht
der Vorrichtung, die die Teile in den Stellungen zeigt, die sie bei sicheren Drehmomentenbedingungen
annehmen, F i g. 3 eine ähnliche Ansicht wie F i g. 1, die jedoch
die Teile in den Stellungen zeigt, die sie bei Drehmomentenbedingungen einnehmen,
die es erforderlich machen, die elektromagnetische Kupplung stromlos zu machen,
F i o, 4 eine ähnliche Ansicht wie F i g. 2, die die Stellung der Teile zeigt,
wenn der Drehmomentenwert über den zuletzt genannten Drehmomentenwert hinaus zunimmt
und wenn die mechanische Kupplung ausgeschaltet ist, F i g. 5 einen elektrischen,
mit der Kupplungsspule verbundenen Stromkreis und F i g. 6 eine abgeänderte
Ausführungsforin des Stromkreises nach F i g. 5.
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Gemäß F i g. 1 ist ein nicht dargestellter Servomotor so angebracht,
daß er ein am Eingang befindliches Zahnrad 10 antreibt, das durch die Schrauben
11 mit einem Teil 12 einer elektromagnetischen Kupplung verbunden ist. Der
Kupplungsteil 12 hat eine Erregerspule 13, die mit Schleifringen 14 verbunden
ist, die auf einem isolierenden Glied 9 sitzen, das seinerseits mit dem Zahnrad
10 verbunden ist. An den Schleifringen greifen Bürsten 8 an (s. F
i g. 5),
die an eine Batterie 7 und Schalterkontakte
6, 5 angeschlossen sind.
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Das Ausgangsglied 15 der elektromagnetischen Kupplung, das
als Anker ausgebildet ist, ist an dem inneren Umfangsteil einer gewellten, federnden,
ringförmigen Membran 16 mittels eines Klemmringes 17
befestigt, der
an dem Anker befestigt ist. Der äußere Umfangsteil der Membran 16 ist an
einem Tragglied 18 mittels eines Ringes 19 und Schrauben befestigt.
Die Membran 16 ist so ausgebildet, daß sie bei Erregung der Spule
13 eine axiale Bewegung des Ankers 15 ermöglicht, und sie ist ferner
zufolge der relativen Lage des Ringes 19 zum Anker 15 derart vorgespannt,
daß sie eine Kraft ausübt, die Kupplung auszukuppeln strebt und somit eine positive
Auskupplungsbewegung beim Abschalten der Spule 13 erzeugt.
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Das Tragglied 18 besitzt eine rohrförinige Verlängerung
18 a, die auf einer Abtriebswelle 20 und von einem Kugellager 21 in
einem Gehäuse 22 drehbar gelagert ist, das mittels eines Verkeilungsstifts
23
mit dem verjüngten Ende 24 der Abtriebswelle 20 verbunden ist.
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In dem Tragglied 18 sind diametral zueinander zwei sich radial
erstreckende Stifte 25 befestigt, die quer durch Ausnehmungen 26 des
Trägers hindurchgehen und von Kugellagern 27 umgeben sind.
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Die Stifte 25 werden in ihrer Lage durch ein Gehäuse
28 gehalten, das seinerseits in das Tragglied 18
hineingedrückt und
mittels eines Kugellagers 29 auf der Abtriebswelle 20 gelagert ist. Die Kugellager
27
bilden Steuerkurvenfolgeglieder, die mit Steuerkurven 30 eines eine
Nockenscheibe bildenden Steuergliedes 31 in Eingriff gebracht werden können.
Die Steuerkurve ist mit zwei sich diametral gegenüberliegenden W-förmigen Oberflächen
versehen, wie dies aus F i g. 2 bis 4 ersichtlich ist. Jede dieser Steuerflächen
besitzt eine mittlere Ausnehmung 32, die für gewöhnlich den äußeren Laufring
33 je eines der Kugellager 27 aufnimmt. Die äußeren Laufringe
33 können je-
doch auf jede der beiden Seitenflächen der Ausnehmungen
32 auflaufen, wobei sich das Steuerglied 31 in der Zeichnung nach
rechts entgegen der Kraft einer Feder 41 bewegt. Die Laufringe 33 können
schließlich über den einen der Scheitel 34 der Steuerflächen hinweg und dann entlang
dem einen der äußeren Schenkel der geneigten Oberflächen 35 (F i
g. 4) der W-förmigen Steuerfläche in eine Endstellung gleiten, in der das
Steuerglied 31 axial in der Zeichnung nach links aus der anderen Endstellung
heraus verschoben ist, in der die Laufringe 33 in den Ausnehmungen
32 ruhen. Somit wird dem Steuerglied beim übergang der Laufringe aus der
einen Endstellung in die andere eine axiale Bewegung erteilt.
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An dem Steuerglied 31 ist eine Scheibe 36 befestigt,
und die axiale Bewegung der Scheibe 36 ist derart bemessen, daß der Schalter
betätigt wird, der nach der schematischen Darstellung in F i g. 5 und
6 einen Kontaktarm 5 aufweist, der normalerweise an einem ortsfesten
Kontakt 6 angreift. Wie bereits angedeutet, sind die Kontakte an die Erregerspule
13 und die Stromquelle angeschlossen, wobei die Anordnung so getroffen ist,
daß eine Relativbewegung des Steuergliedes 31 aus der Endlage, in der die
Laufringe 33
in Ausnehmungen 32 ruhen, um einen bestimmten Betrag (gewöhnlich
etwa zwei Drittel der gesamten Beweizung in dieser Richtung, wenn die Laufringe
33
auf die Seitenflächen der Ausnehmungen 32 auflaufen) den Schalter
derart betätigt, daß die Spule 13
stromlos wird.
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An der Scheibe 36 liegt ein DrÜcklig-ellager 37 an,
das sich an einem Flansch 39 einer äußeren Manschette 38 abstützt,
der seinerseits an einem Ring 40 anliegt.
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Das eine Ende einer Schraubenfeder 41 liegt an diesem Ring an, während
das andere Ende an einem weiteren Ring 42 anliegt, der gegen die Innenseite eines
an einer Mutter 44 angeordneten FJansches 43 abgestützt ist.
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Das Gewinde der Mutter greift in einen mit Gewinde versehenen Bereich
45 der Abtriebswelle 20 ein. Die Mutter hat eine zylindrische Außenfläche, und eine
Gleitmanschette 46 ist zwischen der zylindrischen Oberfläche und der Manschette
38 angeordnet. Die Gleitmanschette kann aus Polytetrafluoräthylen bestehen.
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Die Mutter 44 ist mit einer Anzahl radialer Bohrungen 49 versehen;
von denen einige ausgewählt werden können, um darin Verschlußbolzen 47 einzusetzen,
die in Nuten 48 der Welle 20 eingreifen, um die Mutter 44 in einer ausgewählten
Lage festzuhalten.
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An der Abtriebswelle 20 sind zwei radiale Bolzen 50 auf einem
gemeinsamen Durchmesser angeordnet, von denen nur einer in F i g. 1 dargestellt
ist. Jeder Bolzen ist bei 51 zur Aufnahme eines Kugellagers 52
verjüngt
ausgebildet.
Der äußere Laufring jeder dieser Kugellager kann mit
einem sich axial erstreckenden Schlitz 53, der in einer zylindrischen Verlängerung
54 des Steuergliedes 31 ausgebildet ist, in Eingriff gebracht werden.
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Die Abtriebswelle 20 ist mit einem Zahnrad 55
einstückig verbunden,
das eine mechanische Übertragungsvorrichtung zur Betätigung der Steuerflächen des
Flugzeuges, z. B. der Ruderfläche, antreibt.
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Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist wie folgt: Bis zu einem maximalen
Drehmoment ist die Stärke der Feder 41 ausreichend, um die Laufringe 33 in
Eingriff mit den beiden Seitenflächen der mittleren Ausnehmungen 32 des Steuergliedes
31 zu halten.
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Unter diesen Betriebsbedingungen befindet sich jedes der Kugellager
52 in dem zugehörigen, sich axial erstreckenden Schlitz 53 des Steuergliedes
nahe der Mündung des Schlitzes (s. F i g. 2). Sobald das Drehmoment die Sicherheits-Lastgrenze
überschreitet, erteilt der zwischen den Laufringen 33 und den Seitenflächen
der Ausnehmungen 32 wirkende Schub dem Steuerglied 31 eine Relativbewegung,
wobei jeder der Laufringe 33 entlang einer geneigten Seitenfläche der zugeordneten
Ausnehmung abrollt. Die axiale Bewegung wird auf die Scheibe 36 übertragen,
die, wenn das Drehmoment den ersten vorgegebenen Wert erreicht, die Schalterkontakte
6, 5 öffnet, die in dem Stromkreis der elektromagnetischen Kupplung
13 liegen. Wenn der Schalter und die Kupplung richtig arbeiten, wird die
Kupplung stromlos und der Antrieb unterbrochen. Kuppelt die Kupplung in normaler
Weise aus, so beginnen die Laufringe 33 in das Innere der Ausnehmungen
32 zurückzulaufen und ermöglichen somit eine Rückkehr des Steuergliedes
31 und der Scheibe 36 in eine Lage, in der die Kupplung wieder erregt
wird. Wenn jedoch die elektromagnetische Kupplung »klebt« oder »klemmt«, oder wenn
die Schaltkontakte nicht arbeiten, so bleibt der Antrieb aufrechterhalten, und eine
weitere Zunahme des Drehmomentes bewegt das Steuerglied 31 weiter nach rechts,
bis schließlich die Laufringe 33 über die Scheitel 34 hinweg und an den äußeren
geneigten Flächen 35 abrollen. Sobald sich die Laufringe 33
über die,
Scheitel 34 hinwegbewegen, kehrt sich die Richtung der axialen Bewegung des Gliedes
31 um, und es erreicht schließlich eine in der Zeichnung weiter links gelegene
Stellung als diejenige, in der sich die Laufringe 33 in den Ausnehmungen
32 befinden.
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Diese Umkehr der axialen Bewegung des Steuergliedes 31 reicht
aus, die axialen Schlitze 53 von dem Eingriff der Kugellager 52 freizumachen
und somit die von den Schlitzen 53 und den Kugellagern 52
gebildete
Klauenkupplung auszukuppeln und den Antrieb der Abtriebswelle 20 zu unterbrechen.
Um die Antriebsverbindungen wiederherzustellen, ist es zunächst einmal notwendig,
die Abtriebswelle 20 zu drehen, bis die Kugellager 52 in eine Lage gegenüber
den axialen Schlitzen 53 gebracht sind. Das Steuerglied 31 wird dann
nach rechts gegen die Kraft der Feder 41 bewegt, und dann wird der Träger
18 gedreht, bis die Laufringe 33 mit den zentralen Ausnehmungen
32 des Steuergliedes 31 fluchten. In dieser Lage wird das Steuerglied
31 frei und der Antrieb wiederhergestellt.
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F i g. 6 zeigt schematisch einen Stromkreis, -rer dazu benutzt
werden kann, den Stromkreis der magnetischen Kupplung, wenn die Schaltkontakte
5, 6
nach Öffnen durch die Scheibe 36 wieder geschlossen wurden, durch
dieses Schließen in einen Zustand zu bringen, in dem er durch eine Fernbetätigungseinrichtung
wieder erregt werden kann, statt, wie dies be,i dem Stromkreis nach F i
g. 1 bzw. F i g. 5 der Fall ist, die Magnetspule
13 sofort wieder zu erregen.
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Aus F i g. 6 ist ersichtlich, daß abweichend von dem Stromkreis
nach F i g. 5 ein Widerstand 58, eine Wicklung 59 eines
elektromagnetischen Relais und ein normalerweise offener Schaltkontakt
60 dieses Relais hintereinander in der angegebenen Reihenfolge zwischen eine
Batterie 56 und die Kontakte 5, 6 geschaltet sind. Weiterhin ist ein
Tastschalter 61 parallel zu den in Reihe liegenden Schaltungsgliedern, aus
Batterie 56, Widerstand 58 und Relaiswicklung 59,
geschaltet.
Der Schalter 61 ist normalerweise geöffnet und kann von Hand durch einen
Schaltknopf, der bei 61a schematisch angedeutet ist, geschlossen werden.
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Wenn sich der Stromkreis in dem in F i g. 6 gezeigten Zustand
befindet, ist die Spule 13 stromlos. Wenn der Kontakt 61 durch Betätigung
des Schaltknopfe,s 61 a geschlossen wird, so wird ein Stromkreis zur Erregung
der Relaiswirkung 59 geschlossen, wobei der Widerstand 58 nur dazu
dient, die Stärke des fließenden Stromes zu begrenzen. Wenn die Relaiswicklung
59 erregt ist, so schließt sich der Kontakt 60, und wenn die Kontakte
6, 5 auch geschlossen sind (d. h. wenn das Drehmoment unter dem erstgenannten
vorbestimmten Wert liegt), ist ebenfalls ein Stromkreis zur Erregung der Kupplungsspule
13 geschlossen. Derselbe Stromkreis bewirkt, daß die Relaiswicklung
59 erregt bleibt, auch wenn der Schalter 61
geöffnet ist, so daß eine
kurze Betätigung des Schaltknopfes zur Folge hat, daß die Spule 13 erregt
wird und auch erregt bleibt, unter der Voraussetzung, daß das Drehmoment kleiner
als der erstgenannte vorbestimmte Wert ist. Wenn anschließend die Kontakte
5, 6 durch Betätigung des Gliedes 36 a, das an der Scheibe
36 befestigt ist, geöffnet werden, als Folge einer Erhöhung des Drehmomentes
über den erstgenannten vorbestimmten Wert hinaus, wird der Stromkreis, der sowohl
die Kupplungsspule 13 als auch die Relaiswicklung 59 erregt hält,
unterbrochen und die Kupplung wird ausgekuppelt. Gleichzeitig öffnet sich jedoch
der Schaltkontakt 60, da die Relaiswicklung 59 stromlos wird. Wenn
die Kontakte 5, 6
wieder -eschlossen werden (wobei das Drehmoment unter
den erstgenannten vorbestimmten Wert gesunken ist), wird infolgedessen die Spule
13 nicht wieder erregt. Dies kann nur dann eintreten, wenn der Schalter
61 wieder durch Betätigung des Schaltknopfes 61 a
geschlossen
wird, wenn die Folge der oben beschriebenen Vorgänge wiederholt wird. Dabei kann
der Tastschalter 61 von der Kupplungsspule 13 und den Kontakten
6, 5 entfernt angeordnet werden.
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Die vorbestimmten Drehmomentenwerte können durch Ände-rung der Vorspannung
der Feder 41 durch Verstellen der Mutter 44 eingestellt werden.