DE19912687A1 - Schalt- und Sicherheitskupplung - Google Patents

Abstract

Kupplungen dieser Art haben die Aufgabe, das Ein- und Auskoppeln von anzutreibenden Maschinen, Apparaten und dgl. zu bewirken und diese vor Beschädigung durch Überlast oder Hindernisse zu schützen. DOLLAR A Die erfindungsgemäße, durch Variieren des Abstands (A) drehmomenteinstellbare Kupplung bewirkt dieses dadurch, daß zwischen radial genuteten Planflanken der Antriebsteile (2) und ebensolchen der Abtriebsteile (3) eine oder mehrere wellenförmige Ringfedern (1) angeordnet sind, deren Wellen wechselseitig in die Nuten greifen und beim Stoppen des Abtriebs, aus diesen herausgedrückt, über die Flächen zwischen den Nuten hinwegrutschen. Das ist nebenstehend, vereinfacht als Abwicklung gestreckt gezeichnet, dargestellt. DOLLAR A Diese Kupplung kann in vielen Bereichen der Technik - trocken, geschmiert oder in Getriebeöl rotierend - verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine form- und kraftschlüssige, drehmomenteinstellbare, dreh­ richtungsunabhängige Schalt- und Sicherheitskupplung.

Abgesehen von den Schalt- und Sicherheitskupplungen mit Reibbelag, beruht die Mehrzahl der Kupplungen dieses Verwendungsbereichs auf dem Funktionsprinzip, daß federbelastete Formschlußglieder schräg zur Richtung der Drehkraft in entsprechend passende Aussparungen, Kerben, Bohrungen und dergleichen eingreifen, aus welchen sie bei Überlast, bzw. nach Erreichen des mittels Federn vorgegebenen maximalen Drehmoments, herausgedrückt werden und über die angrenzenden Bauteile hinweg­ ratschen bzw. hinwegrutschen. Diese Kupplungen sind in vielen Fällen aus einer größeren Anzahl von Bauteilen zusammengesetzt, deren Anfertigung Präzision erfordert und deren Montage aufwendig ist.

Aufgabe der hier vorgeschlagenen Konstruktion ist es, eine robuste, drehmoment­ einstellbare Schalt- und Sicherheitskupplung mit wenigen Bauteilen und geringem Montageaufwand herzustellen; und die sich - gewissermaßen als Universalkupplung - für einen großen Einsatzbereich eignet. Darüber hinaus kann sie sowohl trocken als auch geschmiert oder in Getriebeöl umlaufen. Ihr Aufbau ist in den Zeichnungen dargestellt und entsprechend beschrieben.

Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 u. 2 das Funktionsschema, welches vereinfacht als Abwicklung gestreckt gezeich­ net ist.

Fig. 3 einen Kreisausschnitt mit Blick auf eine Kupplungsscheibe und zwei davor befindlichen wellenförmigen Ringfedern.

Fig. 4 ein einstufiges Ausführungsbeispiel für zwei axial fluchtende Wellenenden.

Fig. 5 ein zweistufiges Ausführungsbeispiel ebenfalls für zwei Wellenenden in einer Flucht.

Fig. 6 ein zweistufiges Ausführungsbeispiel für zwei nebeneinander angeordnete Wellen mit Zahnrad-Kraftübertragung.

Fig. 7 ein vierstufiges Ausführungsbeispiel für drei nebeneinander befindliche Wellen mit Zahnrad- und Kettenrad-Kraftübertragung.

Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, besteht der wirksame Bausatz dieser Kupplung lediglich aus drei Teilen: Jeweils aus dem Bauteil mit der radial genuteten Planflanke an der Antriebsseite, einem ebenso radial genuteten an der Abtriebsseite und - dem wichtigsten Teil dieser Kupplung - der wellenförmigen Ringfeder. Diese allein ist das verbindende, drehmomentübertragende Glied zwischen den beiden Kupplungsseiten. Sie wirkt formschlüssig durch den Eingriff ihrer Wellen in die Nuten und kraftschlüssig sowie drehmomenteinstellbar durch die variierbare Federkraft.

Infolge der symmetrischen Wellenform der Ringfeder, ist die Kupplung gleichermaßen für Links- und Rechtslauf geeignet.

Pulsierendes Durchrutschen beim Einkuppeln ermöglicht sanftes Anfahren bis zum Gleichlauf.

In Fig. 1 und 2 ist die Funktion der Kupplung vereinfacht - als Abwicklung gestreckt gezeichnet - dargestellt. Hierbei ist F = Drehkraft, M = Drehmoment und A = variierbarer Abstand zwischen den beiden Kupplungsseiten.

Zwischen dem antreibenden Bauteil 2 und dem angetriebenen Bauteil 3 ist die wellen­ förmige Ringfeder 1 so angeordnet, daß ihre Wellen wechselseitig im Grund der Nuten anliegen. Die Nuten sind so breit hergestellt, daß zwischen der Ringfeder und den schrägen Nutenflanken ein Zwischenraum vorhanden ist. Dieser ist erforderlich, weil beim axialen Vorspannen und Einstellen des vorgesehenen Drehmoments und in erhöhtem Maße, wenn durch Überlast oder ein Hindernis die Abtriebsseite gestoppt wird (M-Stopp) und die Federwellen etwas gestreckt an der einen Seite in den Nuten verbleiben, während sie an der anderen Seite aus den Nuten herausgedrückt, über die zwischen den Nuten verbliebenen Flächen hinwegrutschen. Dabei wird der Durchmesser der Ringfeder von D1 auf D2 vergrößert. Dadurch ist es notwendig, den Durchmesser der genuteten Kupplungsteile entsprechend größer zu wählen als es der Durchmesser der entspannten Ringfeder ist, Fig. 3.

Das Einstellen, bzw. Variieren, des einer Kupplung zugehörigen Drehmoments erfolgt durch Änderung des Abstandes A zwischen den An- und Abtriebsteilen der Kupplung, indem die Ringfeder 1 mehr oder minder vorgespannt wird.

Hierbei darf ein minimaler Abstand nicht unterschritten werden, damit die beim Durchrutschen etwas flacher gedrückte Ringfeder nicht irreversibel verformt wird. Eine Spannungsreserve sollte in jedem Fall erhalten bleiben.

Eine Änderung des Drehmoments kann auch erzielt werden, indem die Blechdicke sowie die Breite des Ringes der Ringfeder innerhalb optimaler Möglichkeiten gewählt wird.

Darüber hinaus kann das übertragbare Drehmoment, ohne Änderung der Baugröße, dadurch vervielfacht werden, daß anstelle von nur einer, zwei, drei oder mehrere Ringfedern konzentrisch ineinander eingesetzt werden, wie das beispielsweise mit zwei Ringfedern in Fig. 3 dargestellt ist.

Eine Verdoppelung oder Vervierfachung der übertragbaren Drehkraft wird erreicht, wenn die Kupplung bausatzweise zwei- oder vierstufig, also mit zwei oder vier Ringfeder- Radialreihen, hergestellt wird; das ist aus den Ausführungsbeispielen ersichtlich.

In Fig. 4 ist jedoch vorausgehend als erstes eine einstufige Kupplung mit nur einer Ringfeder gezeichnet. Diese Kupplung ist geeignet für eine Kraftübertragung zwischen zwei axial fluchtenden Wellenenden.

Die hier allein eingesetzte Ringfeder 1 - weitere könnten konzentrisch eingegliedert sein - greift mit ihren Wellen einerseits in die Radialnuten der Kupplungsscheibe 4 und andererseits in diese der Kupplungsscheibe 5. In dem Verbindungskäfig 6 ist, zum Vorspannen der Ringfeder und Einstellen des vorgesehenen Drehmoments, die Spannscheibe 7 eingeschraubt und mit einem oder mehreren Gewindestiften 8 gegen unerwünschtes Verdrehen gesichert. Das Axialnadellager 9 überträgt den Federdruck auf die Kupplungsscheibe 5 und ermöglicht widerstandsfreies Weiterdrehen des Antriebes, wenn die Kupplungsscheibe 5 stoppt und die Ringfeder darüber hinwegrutscht, bis die Überlast beseitigt oder der Antriebsmotor ausgeschaltet ist.

Fig. 5 veranschaulicht eine, ebenfalls für zwei axial fluchtende Wellen bestimmte Kupplung, deren Kupplungsscheibe 10 der Antriebsseite beidseitig für den Eingriff der Ringfeder 1 genutet ist. Für den Abtrieb sind demzufolge zwei Kupplungsscheiben 11 und 12 erforderlich. Eine für den Wellenzapfen und eine zweite, die durch den innen genuteten Synchronkäfig 13 mit Paßfeder 14, die in die Außennuten der beiden Kupplungsscheiben ragt und die an der anderen Seite zur Kupplungsscheibe 10 die Ringfeder aufnimmt. Für das Einstellen des Federdrucks und Drehmoments ist an jeder Seite ein Spannring 15 im Synchronkäfig 13 verstellbar eingeschraubt.

Die in dieser Kupplung den gleichen Zweck betreffenden Nuten müssen sich jeweils in gleicher Winkelposition zueinander befinden. Diese, Kupplung kann - gegenüber der Kupplung gemäß Fig. 4 - die doppelte Drehkraft übertragen.

Bei diesen beiden Ausführungsbeispielen, Fig. 4 und 5, spielt es keine Rolle, welche Seite für den An- und welche für den Abtrieb gewählt wird.

In Fig. 6 ist ein symmetrisch gestaltetes, zweistufiges Ausführungsbeispiel dargestellt für die Kraftübertragung mittels eines Zahnradpaares zwischen zwei nebeneinander liegenden Wellen. Zwischen zwei gleichen, auf dem Antriebszapfen drehstarr, jedoch axial verschiebbar, gelagerten Kupplungsscheiben 11 ist das an beiden Flanken radial genutete Zahnrad 16, welches das Zahnrad 17 antreibt, angeordnet. Im Zahnrad 16 ist eine Laufbuchse 18 eingepresst, die verschiebbar auf den Naben der beiden Kupplungsscheiben ruht und in der, bei Überlaststopp des Zahnrades, der Antrieb weiterdrehen kann. Zwischen den Kupplungsscheiben und dem Zahnrad ist an jeder Seite die Ringfeder 1 eingesetzt. Auch hier könnten weitere Ringfedern konzentrisch eingegliedert sein. Die Spannscheibe 19 und Sechskantschraube 20 dienen dem Einstellen des Drehmoments und Federdrucks.

Fig. 7 stellt gewissermaßen eine Verdoppelung der Kupplung von Fig. 6 dar. Sie eignet sich für die Kraftübertragung zwischen drei Wellen nebeneinander. In dem einen Bausatz mit Hilfe eines Zahnradpaares, wie in Fig. 6, und in dem anderen mittels eines Kettenradpaares 21 und 22 sowie dazugehöriger Rollenkette 23. Zahnrad und Kettenrad wirken somit als beidseitig genutete Kupplungsscheiben des Abtriebs. Beide Bausätze verbindet die beidseitig radial genutete Kupplungs Mittelscheibe 24. Das Vorspannen der Ringfeder und Einstellen des Drehmoments erfolgt durch die Spannmutter 25. Das Kugellager 26 stützt den hier verlängerten Antriebszapfen.

Ausführungsbeispiele mit Schaltelementen für das Ein- und Auskuppeln sind in diesen Unterlagen nicht dargestellt. Hierfür gibt es eine Vielzahl, dem jeweiligen Zweck entsprechend angepaßte mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigte Schalt­ vorrichtungen.

Wie aus den Ausführungsbeispielen ersichtlich ist, können Schalt- und Sicherheits­ kupplungen dieser Erfindung vielseitig für einen großen Bereich der Technik Verwendung finden.

Es ist z. B. denkbar, eine solche Kupplung in Kraftfahrzeug-Schaltgetrieben einzusetzen. Sanftes Anfahren ergäbe sich durch anfängliches Rutschen der Abtriebsteile über die Ringfedern hinweg, bis zum Synchronlaut. Dabei könnte von Vorteil sein, daß die Motorkraft pulsierend auf die Räder übertragen wird, diese nicht durchdrehen und auf glatter oder unebener Straße das Fahrzeug nicht aus der Spur geraten würde.

Claims (5)

1. Form- und kraftschlüssige, drehmomenteinstellbare, drehrichtungsunabhängige Schalt- und Sicherheitskupplung, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen einer radial genuteten Planflanke des treibenden und einer ebenso genuteten des angetriebenen Bauteils der Kupplung eine wellenförmige Ringfeder (1) angeordnet ist, deren Wellen wechselseitig in die Nuten greifen und die bei Überlast, von der Drehkraft herausgedrückt, über die zwischen den Nuten verbliebenen Flächen des treibenden oder angetriebenen Kupplungsteils rutschen.

2. Schalt und Sicherheitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleicher Baugröße das übertragbare Drehmoment gestuft vervielfacht wird, indem anstelle von nur einer, zwei, drei oder mehrere Ringfedern (1) innerhalb einer Kupplungsstufe konzentrisch ineinander angeordnet sind (Fig. 3).

3. Schalt und Sicherheitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das übertragbare Drehmoment bei ein und derselben Kupplung in gewissen Grenzen verkleinert oder vergrößert wird, indem die Blechdicke der Ringfeder dünner oder dicker gewählt wird.

4. Schalt und Sicherheitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zwei- oder Dreiwellen-Ausführung die gesamte Kupplung auf einer Welle oder Achse drehstarr, jedoch axial verschiebbar gelagert ist; wobei das beidseitig radial genutete Zahn-, Kettenrad oder dgl. des Abtriebes, mit eingesetzter Lautbuchse, auf den Naben der Antriebs-Kupplungsscheiben drehbar und zwischen den Ringfedern durch­ rutschbar angeordnet ist (Fig. 6 und 7).

5. Schalt und Sicherheitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck des Ein- und Auskuppelns sowie Einstellen des vorgesehenen Drehmoments die wirksamen, verschiebbar angeordneten Kupplungsteile mittels in der Technik bekannter Betätigungselemente - mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektromagnetisch - axial verschoben werden.