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Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitskupplung, die bei einem
vorbestimmten Grenzdrehmoment auslöst, bestehend aus zwei Kupplungselementen und
mindestens einer Kupplungskugel, die von einem unter Federspannung stehenden, mindestens
im Berührungspunkt mit der Kupplungskugel kugelförmigen Widerlager aus einem ersten
Hohlraum des einen Kupplungselements durch eine Öffnung teilweise in einen zweiten
Hohlraum des anderen Kupplungselements gedrückt wird, der so ausgebildet ist, daß
etwas weniger als die- Hälfte der Kupplungskugel in den zweiten Hohlraum hineinragt,
so daß bei übertragung eines Drehmoments eine Kraft wirksam wird, die die Kupplungskugel
in diesen ersten Hohlraum zu drücken sucht.
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Sicherheitskupplungen werden beispielsweise beim Rotationsantrieb
eines Brechers benötigt, mit dessen Hilfe Stein, Fels oder Erz zerkleinert wird,
um den Brecher dadurch gegen Beschädigung zu schützen, wenn sich beispielsweise
durch Fremdkörper, wie Stahlteile od. dgl., ein zu großes Drehmoment aufbaut, daß
der Antrieb des Brechers schlagartig abgeschaltet wird.
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Eine derartige Sicherheitskupplung ist bereits in der USA.-Patentschrift
2 238 583 beschrieben. Dort ist die Kupplungskugel in einer Bohrung in einem der
beiden Kupplungselemente gegen die Wirkung des unter Federspannung stehenden Widerlagers
so weit verschiebbar gelagert, daß sie beim Auftreten von Drehmomenten, welche eine
die Federspannung des Widerlagers überschreitende Kraft erzeugen, außer Eingriff
mit dem zweiten Kupplungselement gerät und beim Nachlassen des Drehmoments unter
dieses Grenzdrehmoment durch das Widerlager wieder in Eingriff mit dem zweiten Kupplungselement
gebracht wird. Diese Sicherheitskupplung ist in solchen Fällen sehr nützlich, in
denen die Ursache für die Drehmomenterhöhung nur vorübergehend ist oder durch Erniedrigen
der Drehzahl wieder beseitigt werden kann. Für Anwendungsfälle wie dem vorgenannten,
bei denen ein vollständiges Blockieren des Abtriebs zu befürchten ist, ist sie jedoch
vollständig ungeeignet, da sie immer wieder versuchen würde, den blockierten Abtrieb
mitzunehmen. Dadurch würde die Kupplung sehr schnell zerstört oder doch zumindest
beschädigt und die Lebensdauer erheblich herabgesetzt werden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine einfache, robuste
und betriebssichere Sicherheitskupplung zu schaffen, bei welcher beim überschreiten
des Grenzdrehmoments die beiden Kupplungselemente vollständig und bleibend voneinander
getrennt werden und erst durch einen äußeren Eingriff wieder miteinander gekuppelt
werden können. Dabei soll die Kupplungskugel im ausgekuppelten Zustand in einer
stabilen Lage gehalten werden, aus der sie auch bei starken Erschütterungen, wie
sie beim Betrieb eines Brechers auftreten können, nicht von selbst wieder herausgelangen
kann.
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Dies wird bei einer Sicherheitskupplung der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der erste Hohlraum auf der dem Widerlager
gegenüberliegenden Seite, von seiner Öffnung ausgehend und dort eine Schrägfläche
(25) bildend, sich radial nach außen so erweitert, daß die Kupplungskugel vollständig
ins Innere des ersten Hohlraumes zu schnappen vermag, wenn sie um einen vorbestimmten
Betrag in diesen ersten Hohlraum gedrückt wird, und daß das federbelastete Widerlager
radial verschiebbar angeordnet ist, um die Kupplungskugel bleibend im Innern des
ersten Hohlraumes zu halten, wenn die beiden Kupplungselemente ausgekuppelt sind.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Kupplungskugel infolge der
Erweiterung des ersten Hohlraumes ganz zwangläufig in diesen hineingedrückt wird,
sobald sie nur eine bestimmte Grenzlage überschritten hat. Sie hat den weiteren
Vorteil, daß das unter Federspannung stehende Widerlager, welches die Kupplungskugel,
im eingekuppelten Zustand nur mit einem Teil seiner Federkraft im Eingriff mit den
beiden Kupplungselementen hält, die Kupplungskugel im ausgekuppelten Zustand mit
seiner vollen Federkraft im Innern des ersten Hohlraumes festhält. Schließlich hat
diese Anordnung den Vorteil, daß die beim Betrieb auftretende Fliehkraft das Hineingleiten
der Kupplungskugel in den ersten Hohlraum und damit den Auskuppelvorgang erheblich
beschleunigt und auch das Halten der Kupplungskugel im ausgekuppelten Zustand wirksam
unterstützt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist auch das Widerlager
als Kugel ausgebildet, die vorteilhafterweise von einem unter Federspannung stehenden
Stößel mit einem Sitz getragen wird, der der Kugelform angepaßt ist. Dies hat den
Vorteil, daß sich beim Entkuppeln sowohl die Kupplungskugel als auch ihr Widerlager
zu drehen vermögen, so daß die beim Entkuppeln frei werdende kinetische Energie
der Kupplungskugel gleichmäßig übertragen wird. Dabei wird diese Energie zum größten
Teil durch Reibung zwischen der als Widerlager dienenden Kugel und ihrem Sitz in
dem Stößel aufgezehrt.
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Der zweite Hohlraum kann mit einer Kegelstumpffläche versehen sein,
die nach innen von der äußeren Öffnung zu abnimmt, wobei der Kegelwinkel so gewählt
wird, daß die Relativdrehung zwischen den beiden Kupplungselementen die Kupplungskugel
aus dem zweiten Hohlraum ganz in den ersten Hohlraum zu bewegen trachtet. Der erste
Hohlraum kann an seiner der als Widerlager dienenden Kugel gegenüberliegenden Erweiterung
eine Nut aufweisen, deren Boden schräg von der Drehachse und der Maulöffnung dieses
ersten Hohlraumes aus weg geneigt ist. Entlang dieser Nut kann sich nun die Kupplungskugel
unter der Wirkung der Zentrifugalkraft und der Federspannung des Widerlagers so
bewegen, daß die Kupplungskugel vollständig ins Innere des ersten Hohlraumes gelangt.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung sind Mittel zum Ermöglichen
eines Zurückdrückens der Kupplungskugel in die eingekuppelte Stellung vorgesehen,
um die Kupplung in ihre Antriebslage zurückzudrängen, wenn die beiden Hohlräume
zum Fluchten gebracht sind. Um dies zu erleichtern, tragen die beiden Kupplungselemente
vorteilhafterweise eine Marke, die die Deckung der Öffnung in dem einen Kupplungselement
und der Ausnehmung in dem anderen Kupplungselement anzeigen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das eine Kupplungselement
Teil eines Schwungrades und das andere Kupplungselement ein radial zu dem Schwungrad
verlaufender Arm, dessen Länge etwas geringer als der Radius des Schwungrades ist.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 einen Schnitt
durch eine übertragungseinrichtung zwischen einem Antriebsrad und der Antriebswelle
eines Brechers gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine Ansicht von links gemäß F i g.
1 zur Darstellung eines Teils des Antriebsrades, F i g. 3 einen Schnitt nach Linie
3-3 der F i g. 1, F i g. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 der F i g. 2. In der Zeichnung
ist mit 10 die Hauptantriebswelle eines Brechers bezeichnet, die in Lagern gelagert
ist, von denen ein Teil bei 11 zu sehen ist. Die Welle 10 wird mit Hilfe einer mechanischen
überlastungsauslösung über ein Antriebsrad in Form eines Schwungrades angetrieben,
das einen Radkranz 12 hat, auf dem V-Nuten 13 zur Aufnahme von Antriebsriemen
8 angeordnet sind (F i g. 2). Der Radkranz des Schwungrades ist mit einem
scheibenartigen Steg 14 verbunden, der seinerseits an der Nabe 15 befestigt
ist, die auf dem Endteil eines Ansatzes 16 drehbar angeordnet ist, der wiederum
auf der Welle 10 durch einen Keil 9 gehalten ist. Der Ansatz 16 ist
auf dem Endteil der Welle durch eine Platte 18 gehalten, die gegen eine Endstirnfläche
des Ansatzes 16 anliegt und auf der Welle durch Schrauben 19 befestigt ist.
Ein kräftiger, aus mehreren Teilen zusammengesetzter Antriebsarm 17, der an der
Außenseite des Ansatzes 16 befestigt ist, erstreckt sich entlang dem Steg 14 radial
nach außen vom Ansatz weg. Der Antriebsarm 17 und der Steg 14 (oder das Schwungrad)
bilden die vorerwähnten, relativ zueinander drehbaren Glieder.
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Der Radkranz 12 des Schwungrades liegt außerhalb des Endes des Antriebsarmes
17, der einen Block 20 aufweist, in dem sich eine Ausnehmung 21 befindet, deren
eine Seite mit einer Öffnung versehen ist, die- durch einen lösbaren Schraubstopfen
22 verschlossen ist. Auf der anderen Seite der Ausnehmung ist ein aus Hartmetall
bestehender Ring 23 befestigt, dessen Maulöffnung dem Steg 14 zu gerichtet ist.
Der Innenumfang des Ringes 23 ist bis zur Maulöffnung im wesentlichen zylindrisch.
Lediglich ein Teil in der Nähe des äußeren Endes des Armes 17 ist mit einer Nut
24 versehen, die einen geneigten Boden hat, der in eine Schrägwand 25 an
der einen Seite der Ausnehmung übergeht. An der anderen Seite der Ausnehmung ist
eine komplementär geneigte Wand 26 angebracht.
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Der scheibenartige Steg 14 hat ein mit einer Stufe versehenes Loch
27, in dem ein aus Hartmetall bestehendes Napfglied 28 angeordnet ist, das eine
geschlossene Stirnwand 29 aufweist und eine Ausnehmung 50 hat. Die Innenfläche der
Umfangswand 30 des Napfgliedes 28 ist als Kegelstumpffläche 31 ausgebildet, die
sich von der offenen Maulöffnung des Napfgliedes nach innen zu verjüngt.
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Die Ausnehmungen 21 und 50 halten bei übertragung eines Antriebs zwischen
sich eine aus Hartmetall bestehende Antriebskugel 32, die die Stirnwand 29
des Napfgliedes 28 und ferner die Kegelstumpffläche 31 berührt. In dieser Lage ist
die Mitte 33 der Antriebskugel 32 außerhalb der Ebene der offenen Maulöffnung
des Napfgliedes 28 und etwas innerhalb der Maulöffnung des Ringes 23 angeordnet,
wobei die beiden Maulöffnungen miteinander in Beziehung stehen und, wie in F i g.
1 und 4 dargestellt, miteinander fluchten.
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Der Block 20 ist mit einer radial sich erstreckenden, eine Stufe aufweisenden
Bohrung 34 versehen, wobei das näher an der Drehachse liegende Ende zur Aufnahme
eines Gewindestopfens 35 mit Gewinde versehen ist. Durch Löcher 48, 49 in dem scheibenartigen
Steg 14 und dem Antriebsarm 17 ergibt sich ein Zugang zu dem hohlen Stopfen 35.
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In der Bohrung 34 ist ein hohler Stößel 36 hin und her bewegbar angeordnet.
Zwischen einer inneren Stirnfläche des Stößels 36 und einem an dem hohlen Gewindestopfen
35 befestigten Querglied 38 ist eine Anzahl von Federscheiben 39 angeordnet. Das
obere Ende des hohlen Stößels 36 ist mit einem teilsphärischen Sitz 43 versehen,
in dem eine Anschlagkugel 44 angeordnet ist, die jedoch kleiner als die Antriebskugel
32 ist.
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In der in F i g. 1 dargestellten Antriebslage der Teile ist das untere
Ende des hohlen Stößels 36 im Abstand vom oberen Ende des hohlen Stopfens 35. -Mit
dem unteren Ende des Stößels 36 ist ein Schaft 40 fest verbunden, der ein
Loch im Querglied 38
durchdringt und dessen mit Gewinde versehenes Ende mit
einer Einstellmutter 41 und einer Gegenmutter 42 versehen ist. Durch Einstellen
der Muttern kann nun der Druck zwischen den beiden Kugeln 32, 44 in Antriebslage
im Hinblick auf die Anordnung der Federscheiben 39 eingestellt werden.
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Zwischen den am Stößel 36 und in der Bohrung 34 des Blockes
20 gebildeten Schultern sind Unterlegscheiben 45 angeordnet, während weitere
Unterlegscheiben 46 zwischen dem -unteren Ende des Blockes 20 und einem Ringflansch
47 vorgesehen sind, der an dem hohlen Stopfen 35 angebracht ist.
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Wie deutlich aus F i g. 2 hervorgeht, sind am Radkranz des Schwungrades
und am äußeren Ende des Antriebsarmes 17 Anzeigemarken 52 angeordnet,
die bei übereinstimmung darauf hinweisen, daß die beiden Ausnehmungen
21 und 50 miteinander fluchten.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nun wie folgt:
Es sei angenommen, daß die Kugeln 32 und 44 in der Lage gemäß F i g. 1 angeordnet
sind und die Vorrichtung angelassen wird. Sollte nun ein übermäßig großes Drehmoment
auf die Welle 10 übertragen werden oder ein übermäßiger Widerstand auftreten,
so wird die Kugel 32 durch die kegelstumpfartige Fläche 31 der Ausnehmung 50 gedrückt
und bewegt nun bei dieser Bewegung die Kugel 44 gegen die Wirkung der Federscheiben
39 nach unten. Diese Bewegung der Kugel 32 wird durch die auf sie ausgeübte Zentrifugalkraft
unterstützt. Dabei wird die Masse der Kugel 32 und der Widerstand der Federscheiben
39 gegen eine Bewegung der Kugel 44 so gewählt, daß bei einem durch die Kugel
32 übertragenen vorbestimmten Drehmoment diese vollständig in die Ausnehmung
21 eintreten kann, so daß nun eine relative Drehung zwischen dem Antriebsschwungrad
und der Welle 10
möglich ist.
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Die Form der Wände 25 und 26 der Ausnehmung 21 ist derart, daß die
Kugel 32 in der Ausnehmung unter der Wirkung der unter Federkraft stehenden
Anschlagkugel 44 gehalten wird.
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Um nun die Vorrichtung nach einem Entkuppeln wieder in Antriebslage
zu bringen, wird der Stopfen 22 entfernt, werden die Markierungen 52 in übereinstimmung
gebracht und die Kugel 32 durch ein geeignetes Werkzeug in die Lage gemäß
F i g. 1 zurückgeschoben, worauf dann der Stopfen 22 wieder eingesetzt wird.
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Wie bereits oben erwähnt, wird die in der Kugel
32
aufgespeicherte Energie beim raschen Eindrücken in die Ausnehmung 21 infolge
des Friktionswiderstandes zwischen den beiden Kugeln 32 und 44 aufgezehrt.
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Die obige Anordnung ist im besonderen zum Antrieb verschiedener Arten
von Brechern geeignet, wie beispielsweise Drehbrechern, Backenbrechern und Kreiselbrechern.