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Die Erfindung betrifft eine überlastkupplung, deren sowohl im ein-
als auch im ausgekappelten Zustand durch Federkraft zusammengedrückte Kupplungsscheiben
durch Kugeln verbunden sind, welche in das Drehmoment übertragende, fluchtende öffnungen
von zwei nebeneinanderliegenden Kupplungsscheiben einfassen, wobei die öffnungen
der ersten Scheibe einen kreisförmigen Querschnitt haben, der kleiner als der Kugeldurchmesser
ist, so daß die Kugeln nur entlang einer Kreislinie mit diesen öffnungen in Berührung
stehen, und die öffnungen der zweiten Scheibe nicht radiale, geneigte Führungsausnehmungen
sind, entlang derer sich die Kugeln bei überlast in nicht mehr mit den Öffnungen
der ersten Scheibe fluchtende Stellungen bewegen, in denen sie an einer ununterbrochenen
Ringfläche dieser Scheibe abrollen.
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Bei einer bekannten Kupplung der eingangs erwähnten Art ist die an
der Kupplungswelle befestigte treibende Kupplungsscheibe mit den nicht radialen,
geneigten Führungsausnehmungen versehen, deren eine Enden durch zylinderförmige
öffnungen. für die Kugeln vertieft sind. In der drehmomentiibertragenden Stellung
der Kupplung rasten die Kugeln an ihren einen Seiten in diese Öffnungen und an ihren
aus den Ausnehmungen vorstehenden anderen Seiten in entsprechende Öffnungen der
auf der Kupplungswelle drehbar angeordneten getriebenen Kupplungsscheibe ein. Wenn
sich die Kugeln bei überlastung in den geneigten Ausnehmungen nach außen bewegen,
führen sie auf den sich gegenüberliegenden Flächen der beiden Kupplungsscheiben
eine Drehbewegung aus, solange sich die treibende Kupplungsscheibe noch gegenüber
der bei überlast zum Stillstand gekommenen getriebenen Kupplungsscheibe dreht. Beim
Ausrücken der Kupplung tritt also zwischen den Kugeln und den Seiten und Enden der
Ausnehniungen eine relative Gleitbewegung auf, die im Laufe der Zeit zu einem Verschleiß
der Kugeln und der mit diesen in gleitender Berührung stehenden Flächen führt. Dies
wirkt sich dann besonders nachteilig aus, wenn, was häufig der Fall ist, der Antrieb
bei Beginn des Ausrückens nicht sogleich abgeschaltet wird. In diesem Falle werden
die an den Enden der Ausnehmungen angelangten Kugeln durch ihre Gleitberührung mit
diesen Enden daran gehindert, auf der Außenfläche der stillgesetzten getriebenen
Kupplungsscheibe und der Außenfläche der sich weiter drehenden treibenden Kupplungsscheibe
mit deren halben Umfangsgeschwindigkeit frei abzuroffen, so daß insbesondere an
den Kugeln ein die Genauigkeit des Ausrückvorganges beeinträchtigender Verschleiß
auftreten kann. Dieser Verschleiß ist bei mit hohen Drehzahlen, beispielsweise
3000 bis 4000 U/min, umlaufenden Kupplungen besonders hoch.
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Die durch die Erfindung zu lösende Aufgabe besteht nun darin, eine
Kupplung der vorerwähnten Art so zu verbessern, daß die Gleitberührung zwischen
Kugeln und Ausnehmungen so weit herabgesetzt wird, daß die Kugeln an sich gegenüberliegenden,
durch den Druck der Kupplungsfeder einandergedrückten Kupplungsflächen frei abrollen
können.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die geneigten, nicht
radialen Ausnehmungen die zweite Scheibe durchdringende Schlitze sind und daß eine
an der der ersten Scheibe abgekehrten Seite der zweiten Scheibe angeordnete, relativ
zu der ersten und zweiten Scheibe frei drehbar und axial verschiebbar gelagerte
dritte Scheibe vorgesehen ist, die in an sich bekannter Weise an ihrer der zweiten
Scheibe gegenüberliegenden Seite mit einer ebenen Stimfläche versehen ist, auf der
bei ausgerückter Kupplung in im Druckeingriff mit dieser und der ersten Scheibe
stehenden Kugeln frei abrollen, und an ihrer anderen Seite durch ein vom Druck der
Kupplungsfeder beaufschlagtes Wälzlager relativ zu den beiden Kupplungsscheiben
frei drehbar abgestützt ist.
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Hier sei erwähnt, daß es bei mit Kugeln arbeitenden überlastkupplungen
anderer Art bereits bekannt ist, zwischen der treibenden und der getriebenen Kupplungsscheibe
frei drehbare Käfigscheiben vorzusehen.
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Bei einer dieser bekannten Kupplungen durchdringen die in der drehmomentübertragenden
Kupplungsstellung in vertieften äußeren Enden von in den beiden Kupplungsscheiben
angeordneten, entgegengesetzt geneigten Ausnehmungen liegenden Kugeln die äußeren
Enden von radialen Schlitzen der Käfigscheibe. Im überlastfall werden die Kugeln
durch Zusammenwirken der Ausnehmungen der sich dann weiter drehenden treibenden
und der stillstehenden getriebenen Scheibe zwangläufig entlang der radialen Käfigschlitze
entgegen einer radial nach außen wirkenden Ringfeder nach innen in eine die inneren
Enden der Ausnehmungen verbindende, ringförmige Leerlaufrille gedrückt. Hierbei
tritt insbesondere durch die erforderliche überwindung des Federdrucks und durch
das scherenartige Zusammenwirken der Ausnehmungen und Schlitze an deren Wandungen
und ferner auch an den Wandungen der Rille eine erhebliche Gleitreibung auf, die
zum schnellen Verschleiß einer solchen Kupplung führen muß.
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Bei anderen mit einer Käfigscheibe versehenen Kupplungen werden die
in ihren drehmomentübertragenden Stellungen in konische oder halbkugelförinige öffnungen
der sich gegenüberliegenden Kupplungsscheiben einrastenden Kugeln in zylindrischen
Durchlässen der Käfigscheibe geführt. Die bei überlast aus den Öffnungen austretenden
Kugeln werden durch die Käfigscheibe auf einer kreisförmigen Bahn gehalten, so daß
sie bei jeder Umdrehung der Käfigscheibe unter dem Druck der Kupplungsfeder stoßartig
in die in ihrer Bewegungsbahn liegenden Öff-
nungen wieder einrasten und anschließend
aus diesen öffnungen unter Wiederzusammendrückung der Kupplungsfeder wieder austreten.
Um den hierdurch verursachten Verschleiß der Kugeln und der Kanten der Öffnungen
zu verringern, kann eine den Aufbau der Kupplung komplizierende zusätzliche Vorrichtung
verwendet werden, durch welche bei ausgerückter Kupplung die getriebene Kupplungsscheibe
vom Druck der Kupphingsfeder entlastet wird.
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Ferner ist eine Kupplungsanordnung bekannt, bei der eine der beiden
Kupplungsscheiben mit in Umfangsrichtung verlaufenden nutenartigen oder kalottenförmigen
Ausnehmungen versehen ist, in die im drehmomentübertragenden Zustand der Kupplung
die einen Seiten von Kugeln gelagert sind, welche zylindrische Löcher der zweiten
Kupplungsscheibe durchdringen. Gegen die anderen Seiten der Kugeln drückt eine von
der Kupplungsfeder direkt beaufschlagte, axial verschiebbare dritte Scheibe. Im
überlastfall treten die Kugeln aus den Nuten der dann stillstehenden ersten Kupplungsseheibe
heraus und bewegen sich, da sie in den Löchern der sich weiter drehenden zweiten
Scheibe geführt sind, auf
einer kreisförmigen Bahn entlang der ersten
und dritten Scheibe, wobei sie, unter dem Druck der Kupplungsfeder stehend, bei
jeder Umdrehung nacheinander in jede der Ausnehmungen der ersten Scheibe wieder
ein- und ausrasten. Durch das periodische Wiedereinrasten der Kugeln und deren Gleitberührung
mit der durch die Kupplungsfeder beaufschlagten und daher nicht frei drehbaren Scheibe
ergibt sich ein die Lebensdauer der Kupplung und insbesondere deren Ansprechgenauigkeit
schnell herabsetzender Verschleiß an den Kugeln, den Enden der Ausnehmungen, den
Wandungen der Löcher und den Stirnflächen der ersten und dritten Scheibe, auf denen
die Kugeln auf Grund der Gleitberührung nicht frei abrollen können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden Teil der Beschreibung
an Hand der Zeichnungen beschrieben, und zwar zeigt F i g. 1 einen Schnitt
durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Überlastkupplung, deren Teile im
eingerückten Zustand dargestellt sind, F i g. 2 einen der F i g. 1
ähnlichen Schnitt, der die Teile der Kupplung im ausgerückten Zustand zeigt, und
F i g. 3 bis 5 Seitenansichten von verschiedenen Anordnungen von Schlitzen
in der treibenden Kupplungsscheibe einer Kupplung der in F i g. 1 und 2 gezeigten
Bauart.
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In der in den Zeichnungen gezeigten überlastkupplung besteht der im
folgenden als Kupplungsscheibe bezeichnete getriebene Kupplungsteil 10 aus
einem Endflansch einer auf eine nicht dargestellte Welle aufschiebbaren Buchse
11. An der Buchse 10 ist eine ringförmige Platte 12 befestigt, die
mit einer Anzahl von gleichmäßig auf ihr verteilten zylindrischen Bohrungen
13, die zur Aufnahme der das Drehmoment übertragenden Kugeln dienen, deren
Anzahl der Anzahl der Bohrungen 13, im vorliegenden Fall sind es drei Bohrungen,
entspricht. Der Durchmesser der Bohrungen ist geringer als der der Kugeln.
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Falls erwünscht, können die durchgehenden Bohrungen 13 auch
durch Sackbohrungen oder Ausnehmungen ersetzt werden. Von Wichtigkeit ist nur, daß
die Bohrungen oder Ausnehmungen so ausgebildet sind, daß sie in der Drehmoment übertragenden
Stellung der Kugeln mit diesen linienförmige Eingriffsberührung, nämlich entlang
der Kanten 15 der Bohrungen 13, haben. Diese Anordnung ermöglicht
es, daß die Kugeln aus ihrer drehmomentübertragenden Eingriffsstellung mit der getriebenen
Kupplungsscheibe 10 ohne jede relative Gleitbewegung zwischen Kugel und Kupplungsscheibe
herausrollen können. Dieses Herausrollen wird dadurch erleichtert, daß man den Kanten
eine geringfügig abgeschrägte oder konvexe Form gibt.
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Auf der Buchse 11 ist die treibende Kupplungsscheibe
16 drehbar gelagert, die als eine Riemenscheibe ausgebildet ist. Der plattenförmige
Teil 17
dieser Kupplungsscheibe, der neben der getriebenen Kupplungsscheibe
10 liegt, ist mit drei Schlitzen 18
(s. F i g. 3, 4 und
5) versehen, die sich durch die Kupplungsseheibe 16 hindurch erstrecken.
Jeder Schlitz 18, der die in den F i g. 3 und 4 gezeigte, im wesentlichen
gerade oder langgestreckte Form oder die in F i g. 5 gezeigte V-Forin haben
kann, ist mit einer der drei Kugeln 14 versehen.
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Seitlich des plattenförnügen Teils 17 ist gegenüber der getriebenen
Kupplungsseheibe 16 eine Axialdruck aufnehmende dritte Kupplungsscheibe in
Form einer ringförmigen Druckplatte 19 angeordnet, die mittels eines als
Wälzlager ausgebildeten Axialdrucklagers 20 und einer Hülse 21 frei drehbar auf
der Buchse 11
gelagert ist. Die Druckplatte 19 kann sich unter dem
Druck einer zwischen dem Axialdrucklager 20 und einer auf der Buchse 11 befindlichen
Widerlagerplatte 23 in Richtung auf die treibende Kupplungsscheibe
16 bewegen. Die Widerlagerplatte 23 ist auf die Buchse 11 aufgeschraubt,
um den Druck der Feder 22 einstellen zu können, so daß die Kupplung bei verschiedenen
Verhältnissen von Federdruck/Drehmoment ausgerückt werden kann.
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Die Dicke des plattenförmigen Teils 17 ist kleiner als der
Durchmesser der Kugeln 14, so daß in der eingerückten Kupplungsstellung (s. F i
g. 1) eine der axial vorstehenden Seiten jeder Kugel in Berührung mit der
ebenen Druckfläche 24 der Druckplatte 19
und die andere der axial vorstehenden
Seiten der Kugel im drehmomentübertragenden Eingriff mit der Kante 15 einer
der Bohrungen 13 der getriebenen Kupplungsscheibe ist.
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In dieser Stellung der Kupplung befindet sich bei der in F i
g. 3 gezeigten Ausbildung der Schlitze 18
jede Kugel 14 an dem Ende
18 a des Schlitzes.
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Die Enden 18 a der Schlitze 18 liegen auf dem
gleichen Teilkreis wie die Bohrungen 13, aber jeder Schlitz ist, wie in F
i g. 3 gezeigt, bezüglich der Drehrichtung so geneigt, daß sein anderes Ende
18 b auf einem Teilkreis liegt, der um so viel größer als der Teilkreis der
Bohrungen 13 ist, daß die Kugeln 14, wenn sie an diesen Enden 18
b der Schlitze 18 angeordnet sind, nicht mehr mit den Bohrungen
13
fluchten und nurmehr mit der Stirnfläche 25 der getriebenen Kupplungsscheibe
im Eingriff sein können.
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Die Schlitze 18 haben an ihren Enden eine dem Kugeldurchmesser
entsprechende Breite, so daß hier zwischen ihren Seiten und den Kugeln nur ein geringes
Spiel vorhanden ist. Zwischen ihren Enden haben die Schlitze eine größere Breite,
wobei ihre radial innen liegende Seite (wie in F i g. 3 gezeigt) sinus- oder
wellenförmige Form haben kann.
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Dadurch bewegt sich, wenn ein das vorbestimmte Drehmoment übersteigendes
Drehmoment auf die treibende Kupplungsseheibe übertragen wird, die Druckplatte
19 auf Grund des von den Kugeln 14 auf die Kanten 15 und auf die Druckfläche
24 der Druckplatte ausgeübten Drucks entgegen dem Druck der Feder 22 in einem solchen
Abstand in axialer Richtung von der getriebenen Kupplungsscheibe weg, daß die Kugeln
14 in an sich bekannter Weise aus ihrer das Drehmoment übertragenden Stellung herausrollen
und sich aus ihrer in F i g. 3 mit 14 a bezeichneten Stellung in die
Stellung 14 b bewegen, an der die Schlitze breiter sind. Anschließend bewegen
sich die Kugeln in die Stellung 14 c am radial äußeren Ende 18b ihres Schlitzes,
in der sie nicht mehr mit den Bohrungen 13 fluchten.
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In dieser auch in F i g. 2 dargestellten Stellung werden, wenn
die treibende Kupplungsscheibe 16
sich, was üblicherweise der Fall sein wird,
weiterhin relativ zur getriebenen Kupplungsscheibe 10 dreht die Kugeln mit
der Stimfläche 25 der getriebenen Kupplungsplatte 12 und mit der Druckfläche
24 der frei drehbaren Druckplatte 19 lediglich Rolleingriff haben, wobei
die Druckplatte 19 auf Grund des über sie auf die Kugeln übertragenden Druckes
der Feder
22 dazu gezwungen wird, sich in Drehrichtung der treibenden
Kupplungsscheibe 16, aber mit einer anderen Winkelgeschwindigkeit zu drehen.
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Demgemäß werden die Kugeln dort, wo ihre sich axial gegenüberliegenden
Seiten mit der getriebenen Kupplungsscheibe 10 und der Druckplatte
19 im Eingriff befinden, nur eine Rollberührung mit diesen beiden Kupplungsteilen
und keinerlei Gleitberührung haben. Ferner wird, da sich die treibende Kupplungsscheibe
16 relativ zur Druckplatte und zur getriebenen Kupplungsseheibe frei drehen
kann, auch eine Rollberührung zwischen den Kugeln und den Seiten der Schlitze
18 an den den Schlitzenden 18 b benachbarten Stellen vorhanden sein.
Es wird zwar an diesen Stellen auch eine geringe relative Gleitberührung vorhanden
sein, jedoch wird, da der von der Druckplatte 19 ausgeübte Druck lediglich
in axialer Richtung parallel zu den Wänden der Schlitze 18 wirkt, auf jeden
Fall keine von der Feder 22 ausgeübte nachgiebige Kraft die Kugeln bei ausgerückter
Kupplung in Berührung mit den Seitenwänden zu drücken suchen, so daß eine zwischen
den Kugeln und den Enden der Schlitze bei ausgerückter Kupplung auftretende Gleitbewegung
keine beträchtliche Abnutzung der sich dabei relativ zueinander bewegenden Teile
zur Folge haben wird. Die örtliche Erweiterung der Schlitze 18 bei
18 c gewährleistet, daß die Kugeln 14 keine Gleitberührung mit den Seitenwänden
der Schlitze haben, wenn sie außer Eingriff mit den Bohrungen 13 kommen,
wodurch auch im Augenblick des Auskuppelns ein Verschleißen der Kugeln und der Schlitzseitenwände
verhindert wird.
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In der Alternativanordnung gemäß F i g. 4 haben die Schlitze
18 keine örtlich erweiterten Teile, sind aber, abgesehen davon, der in F
i g. 3 gezeigten Schlitzen ähnlich.
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Bei der in Fig.5 gezeigten Ausführungsform haben die Schlitze
18 wiederum keine örtlich vergrößerte Breite. Sie haben die Form eines breiten
symmetrischen V, dessen radial außen liegenden Endabschnitte 18 b nicht mit
den die Kugeln aufnehmenden Bohrungen 13 fluchten. Diese von den in F i
g. 3
und 4 gezeigten Ausführungsformen abweichende Bauart gestattet es, daß
die treibende, mit diesen Schlitzen versehene Kupplungsscheibe in beiden Richtungen
angetrieben werden kann. In den Bauarten gemäß C den F i g. 3 und 4 muß die
treibende Kupp-Iungsscheibe 16 stets in einer Richtung, in der die Kugeln
sich nach den äußeren Enden 18 b der Schlitze, d. h. in der in F i
g. 3 gezeigten Ansicht im Sinne des Uhrzeigers, angetrieben werden, wie dies
durch den Pfeil in dieser Figur angedeutet ist. Die Erfindung besteht ausschließlich
in der Kombination der im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale.