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Sicherheitsreibungskupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsreibungskupplung
in beiden Drehrichtungen mit einem Satz von zwischen Scheiben angeordneten, durch
einen Käfig bei der Drehmomentübertragung in ihrer Lage festgehaltenen Rollen.
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Bei einer bekannten Ausführung ist eine Scheibe mit der Antriebswelle
undrehbar verbunden, während die andere Scheibe mit dem Maschinenteil in Verbindung
steht, auf welchen die Kraft übertragen werden soll. Mindestens eine der beiden
Scheiben hat eine schräg zur Wellenachse stehende Oberfläche. Zwischen den Scheiben
befinden sich Rollen oder Kugeln, die durch Käfige geführt sind. Bei der Drehung
kommt eine der Kugeln oder Rollen in die engste Stelle des durch die Scheibenflächen
gebildeten Keiles zu liegen, klemmt sich dort fest und bewirkt eine Mitnahme der
angetriebenen Scheibe.
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Bei einer anderen bekannten Kupplungsvorrichtung ist zwischen zwei
hyperboloidischen Flächen zweier koaxialer Elemente ein ringförmiger Raum zur Aufnahme
von in Linienberührung mit diesen Flächen stehenden Rollen, deren Achsen windschief
zu den Achsen der koaxialen Elemente sind, gebildet. Infolge einer axialen Komponente
des Reibungswiderstandes zwischen den Rollen und den mit diesen in Berührung stehenden
Flächen werden die koaxialen Elemente in der einen Drehrichtung verriegelt, in der
anderen gelöst. Es handelt sich also hier um einen Freilauf.
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Bei einer dritten bekannten Ausführung sind Rollen zwischen zylindrischen
Ringen und achsparallel zu diesen oder konische Rollen zwischen zwei Scheiben, deren
Spalt dem Öffnungswinkel der Rollen angepaßt ist, angeordnet.
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Schließlich ist auch eine Einrichtung zur Erzeugung von Schrauben-
oder Längsbewegungen bzw. zum Verschieben mehrerer Maschinenteile bekannt, bei welcher
zwischen im wesentlichen parallelen Flächen Rollen im spitzen Winkel zur Bewegungsrichtung
kraftschlüssig angeordnet sind.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsreibungskupplung
zu schaffen, die bei gleicher Größe der Kupplungsorgane ein Vielfaches des Drehmomentes
der bekannten Einrichtungen übertragen kann bzw. umgekehrt die Kupplung bei gleich
großem Drehmoment um ein entsprechend großes Maß kleiner wird.
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Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Rollen in an sich bekannter
Weise' geschränkt angeordnet sind, um die beiden Kupplungsscheiben gleitend und
rollend zu verbinden.
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Ein gleichzeitiges Gleiten und Rollen der Wälzkörper zum Übertragen
eines Drehmomentes ist bei keiner der erwähnten bekannten Kupplungseinrichtungen
verwirklicht. Die geschränkte Anordnung der Rollen war bei einer'lösbaren Klemmverbindung
bekannt, d. h. bei einer Einrichtung, die dazu dient, zwei Maschinenteile durch
Kegel und dazwischenliegende Rollen fest miteinander zu verbinden. Die Kegel und
Rollen erzeugen dabei lediglich den Anpreßdruck.
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In den Figuren ist der Erfindungsgegenstand in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 eine Ausführung in Draufsicht für ebene Reibflächen
zur übertragung von Drehmomenten mit je einer Rolle je Käfigfenster, F i g. 2 einen
Achsschnitt der Anordnung nach Fig.1, F i g. 3 eine Anordnung wie F i g. 1, jedoch
mit zwei Rollen in jedem Käfigfenster, F i g. 4 einen Achsschnitt einer ähnlichen
Ausführung wie in F i g. 2 gezeigt, jedoch mit tellerförmigen Reibscheiben und Balligen
Rollen, F i g. 5 einen Achsschnitt mit ähnlicher Ausführung wie in F i g. 4 gezeigt,
jedoch mit Nadelrollen, F i g. 6 eine Ausführung im Achsschnitt, bei der zur Kraftübertragung
der die Rollen führende Käfig dient.
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Die in F i g. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung weist einen scheibenförmigen
Käfig 1 (F i g.1) mit sechs Fenstern auf, der zentrisch geführt wird. In jedem Fenster
ist eine Rolle 2 untergebracht. Die Fenster halten die Rollen in verschiedener Richtung
mit Neigungswinkel w zwischen Bewegungsrichtung und Rollenachse. Die Neigungswinkel
w zwischen Rollenachse
und Bewegungsrichtung. können ogleich oder
voneinander verschieden sein. Sie weichen grundsätzlich von 90° ab und bewegen sich
im allgemeinen in einer Größe zwischen 20 und 70° bzw. zwischen 110 und 160°. Der
Käfig J. mit den Rollen 2 liegt zwischen den Reibflächen der kraftübertragenden
Scheiben 3 und 4 (F i g. 2) der Kupplung. Er ist in jeder Drehrichtung frei beweglich.
Werde die Scheiben durch axiale Kräfte gegeneinandergedrückt, dann kommen die dazwischenliegenden
Rollen ebenfalls unter Druck. Wird eine der Reibflächen angetrieben, so dreht sich
der Käfig mit den Rollen - ebenfalls in der gleichen Richtung -, und zwar etwa mit
halber Drehzahl. Die Rollen wälzen sich dabei auf den beiden Reibscheiben ab. Infolge
der durch den Winkel w bedingten Schräglage zur Bewegungsrichtung führen die Rollen
2 nicht eine reine Rollbewegung, sondern zugleich eine Gleitbewegung aus, so daß
zwischen der Rollenumfangsfläche und den Reibflächen der Scheiben gleitende Reibung
entsteht. Dies hat zur Folge, daß auch auf die andere Reibfläche in der gleichen
Richtung ein Drehmoment übertragen wird. Der Anteil der Gleitbewegung hängt hierbei
auch von der Größe des Neigungswinkels w ab. Es ist etwa der Anteil der Drehung
gleich dem Sinus, der Anteil der Gleitbewegung gleich dem Cosinus des Neigungswinkels
w. _ Die Rollen 2 sind im allgemeinen zylindrisch. In besonderen Fällen können sie
auch ballig oder kegelig sein.
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In der Draufsicht nach F i g. 3 sind, ähnlich wie in F i g. 1, in
einem scheibenförmigen Käfig 5 Rollen 2 mit Neigungswinkeln zur Umfangsrichtung,
und zwar in jedem Fenster zwei Rollen 2 angeordnet. Die Wirkungswei5e ist die :gleiche
wie bei Ausführung nach F i g.1. An Stelle von zwei Rollen können auch drei oder
mehr Rollen in einem Fenster angeordnet werden, Die Rollen in der Anordnung nach
F i g,1 und 3 können - auch verschiedene Neigungswinkel w und verschiedene Länge
haben.
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In F i g. 4 wird in einem Achssehnitt eine andere Ausführungsform
gezeigt. Die Reibscheiben 6 und 7 haben eine Tellerform. Die Reibflächen dieser
Seheiben sind parallel zueinander geordnet. Der nicht dargestellte Käfig hat ebenfalls
eine entsprechende Tellerform. Der halbe Kegelwinkel der Tellerflächen ist größer
als 45°. Als Wälzkörper werden hier ballige Rollein 8 verwendet.
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F i g. 5 zeigt eine gleiche Anordnung wie F i g. 4. Als Wälzkörper-
sind zylindrische Rolle 2, und zwar sogenannte Nadelrollen eingesetzt, die sich
der durch den Neigungswinkel w bedingten Krümmung auf den Reibscheiben durch elastische
Verformung anpassen können.
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In F i g. :6 sind in einem scheibenförmigen Käfig 12 in jedem Fenster
zwei Rollen angeordnet. Die Rollen liegen jedoch in der Kupplung axial hintereinander,
wobei ihre Achsen zueinander parallel sind. Zur Umfangsrichtung sind sie ebenso
wie die Rollen in F i g.1 ,oder 3 geneigt, Der Käfig 12 und die Welle 11 bilden
eine Einheit. Der Käfig-ist von einem Gehäuse 14 umgeben und mit der Platte
16, die durch einen Sprengring 17 gehalten wird, - so abgeschlossen, daß die Rollen
13 zwischen den beiden Innenflächen der Teile 14 und 16., welche die Reibflächen
bilden, liegen.
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Werden die Teile 14 und 16 mit ihren Reibflächen gegen die Rollen
13 gedrückt, so überträgt der Käfig 12 ein Drehmoment vgn der Welle i1 über-
die -Rollen 13 auf die Reibflächen der Teile 14 und 16, welche mit der Welle 15
drehfest verbunden sind. Das von der Welle 11 auf die Welle 15 zu übertragende Mome4t
wird also hier über derl Käfig geleitet.
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Die nt elen Bauformen nach den FF i g. 1 bis 6 übertragbaren Kräfte
und Momente sind proportional 11 en axial wirkenden Anpreßkräften.
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Die hier beschriebenen Ausführungsformen lassen sich auch mehrfach
hintereinander nach Art von Lamellenkupplungen anordnen. Damit ergibt sich wie dort
eine Vergrößerung der Drehmomente.
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Die beschriebene Reibungskupplung läßt sich auch zur Übertragung von
Kräften in gerader Richtung verwenden.
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Sie stellt damit eine Drehkupplung mit unendlich großem Radius dar.
Die notwendige gegenseitige Führung der Reibelemente kann mit an sich bekannten
Mitteln erfolgen.
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Die Reibungskupplung hat folgende Merkmale: Die aus einem Roll- und
einem Gleitvorgang zusammengesetzte Bewegung der Rollen gegenüber den Reibflächen
erzeugt eine Läppwirkung, die eine zunehmende Verbesserung der Oberflächen bewirkt
und die Abnutzung wesentlich vermindert.
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Bei Wahl z. B. ,gehärteter Stähle erlaubt diese zusammengesetzte Bewegung
eine Belastung der Kupplung, die ein Vielfaches der bei Lamellenkupplungen möglichen
Werte beträgt.
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Infolge der Drehung der Rollen sind alle Reibflächenelemente jeweils
nur ganz kurzzeitig in Berührung mit einem Element der Gegenfläche. Dadurch ist
die Kühlzeit eines Flächenelementes mehr als hundertmal so groß als die Erwärmungszeit
beim Durchgang durch die Berührungszone. Die Reibflächen befinden sich also mehr
als 99 p/o der Gesamtzeit im Kühlbereich. Es ist daher möglich, mittels einer an
sich bekannten Kühleinrichtung, durch welche ein Kühlmittel zwischen den Rollen
und den anderen Reibflächen durchgeführt wird, eine dauernde unmittelbare Kühlung
der Reibflächen und damit eine sehr wirksame Abfuhr der Reibungswärme bei .geringem
Temperaturgefälle zu erreichen. Infolge der Läppwirkung einerseits und der Möglichkeit
der Wärmeabführung bei relativ geringer Erwärmung andererseits gestattet die Kupplung
eine große Belastbarkeit in bezug auf Kupplungszeit und Drehmoment.
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Infolge des Fehlens einer Flächenberührung ist eine ölfihnbildung
wie bei anderen geschmierten Reibungskupplungen nicht möglich. Der übergang von
relativer Drehung zum relativen Ruhestand geht daher stetig und stoßfrei vor sich.
Die Reibungszahl ist weitgehend unabhängig von der Schmierung und dem Schmiermittel.
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Die Reibungskupplung ist auf Grund der genannten Eigenschaften verwendbar
als schaltbare Kupplung in Triebwerken, Rutschkupplung für Überlast schntzvorrichtungen,
Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen, Stoßdämpfer und Bremse, ferner als Prüfeinrichtung
zur Bestimmung von Reibungszahlen.