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Drehmomentbegrenzer Die Erfindung betrifft einen Drehmomentbegrenzer
zur Ubertragung eines Drehmoments von einer Antriebswelle auf ein diese umgebendes
hülsenförmiges Abtriebselement. Eine derartige Vorrichtung verhindert die Übertragung
eines zu starken Drehmoments, das für angekoppelte Einrichtungen schädlich sein
könnte. Ferner überträgt sie ein nur unwesentliches Drehmoment ohne Bewegung, wenn
der angetriebene Mechanismus durch mechanische Fehler oder aus einem anderen Grunde
zum Stillstand kommt bzw. gehemmt wird.
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Ein Drehmomentbegrenzer kann insbesondere als Kupplung zum Antrieb
einer Förderrolle von einer Antriebswelle her eingesetzt werden. In einem Fördersystem
sind eine oder mehrere Rollen im allgemeinen angetrieben, während eine Vielzahl
tragender und führender Rollen für das Förderband nur einfach frei drehbar gelagert
sind. Bei
einer Transporthemmung der geförderten Gegenstände kann
eine Beschädigung dieser Gegenstände auf dem Förderband, des Förderbandes selbst
oder des Antriebsmechanismus auftreten, wenn das Förderband laufend weiter angetrieben
wird. Deshalb ist eine sofortige Stillsetzung des Förderers zu fordern, und zwar
entweder durch manuelle Betätigung von Bedienungselementen, wobei eine Bedienungsperson
dauernd zugegen sein muß, oder durch eine automatische Vorrichtung, um die Beschädigung
der Gegenstände auf den Förderband oder des Förderers selbst oder auch Verletzungen
von Personen zu vermeiden. Dies ist nur einer von vielen Anwendungsfällen, bei denen
ein Drehmomentbegrenzer eingesetzt werden muß. Die bisherigen Vorrichtungen in Form
von Rutschkupplungen, automatischen Drehmomentbegrenzern und anderen automatischen
Abschaltevorrichtungen sind aber ziemlich kompliziert aufgebaut und daher kostspielig.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen einfachen Drehmomentbegrenzer
zu schaffen, der die vorstehend aufgezeigten Forderungen voll erfüllt, jedoch billig
herzustellen ist.
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Ein Drehmomentbegrenzer der eingangs genannten Art ist zur Lösung
dieser Aufgabe erfindungsgemäß gekennzeichnet durch zwei das Abtriebselement auf
der Antriebswelle drehbar an seinen Enden haltende Lager, zwischen denen die Antriebswelle
oder die Innenwandung des Abtriebselements einenvieleckigen Querschnitt aufweist,
und durch mindestens ein in Längsrichtung im Abtriebselement frei drehbar angeordnetes
kreiszylindrisches und in Richtung seines Durchmessers elastisches längliches Kopplungselement,
dessen unbelasteter Durchmesser größer als der größte Abstand zwischen der Umfangsfläche
des Teils der Antriebswelle zwischen den Lagern und der Innenwandung
des
Abtriebselements ist, dessen Elastizität jedoch ausreicht, um sein Abrollen zwischen
den Punkten geringsten Abstandes zu ermöglichen.
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Ein Drehmomentbegrenzer nach der Erfindung stellt eine einfach aufgebaute
Kupplung dar, die besonders vorteilhaft zwischen einer Förderrolle und einer Antriebswelle
anzuordnen ist. Er verhindert automatisch einen Schaden, wenn durch eine Transporthemmung
oder durch ein Hindernis die Bewegung eines Förderbandes verzögert oder stillgesetzt
wird. Ferner wird es durch die Erfindung möglich, eine Vielzahl von Antriebsrollen
für ein Fördersystem vorzusehen, deren jeweiliges Drehmoment individuell den Belastungsbedingungen
und Antriebsleistungsschwankungen angepaßt werden kann. Dabei ist es auch möglich,
Änderungen der Antriebsgeschwindigkeit von einer Antriebswelle zur nächsten auszugleichen.
Die Erfindung erlaubt auch eine spezielle Anpassung des Drehmomentübertragungsfaktors
der Kupplung abhängig von den physikalischen Abmessungen eines Kupplungszwischenelements
und von dessen Elastizität. Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung werden Abrollkräfte
zur Drehmomentbegrenzung ausgenutzt, und im ausgekuppelten Zustand treten keine
Gleit- oder Reibungsflächen oder eine Verkopplung bzw. Entkopplung von Kupplungselementen
in Funktion, wie dies allgemein bei den bisher bekannten Vorrichtungen der Fall
ist. Ein Drehmomentbegrenzer nach der Erfindung ist einfach aufgebaut und enthält
nur ein einziges einfaches Zwischenelement. Zur Drehmomentübertragung arbeitet er
unter Ausnutzung praktisch derselben Einzelteile wie z.B. einer Förder-Antriebsrolle
oder freilaufender Lagerelemente bzw.
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Förderrollen.
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Der Drehmomentbegrenzer besteht im wesentlichen aus dem hohlen, hülsenförmigen
Abtriebselement, das frei drehbar und koaxial die Antriebswelle umgibt. Diese hat
einen Teil mit vieleckigem Querschnitt, der innerhalb des Abtriebselements angeordnet
ist. Ferner ist ein längliches, elastisches, zylindrisches Zwischenelement vorgesehen,
dessen Durchmesser etwas größer als der maximale Abstand zwischen den flachen Teilen
der vieleckigen Antriebswelle und der Innenwandung des Abtriebselements ist. Dadurch
wirkt das Zwischenelement als ein elastisches Keilelement, welches die Drehung der
Antriebswelle auf das Abtriebselement überträgt, solange das auf das Abtriebselement
einwirkende Widerstandsmoment nicht einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
Wenn das der Drehung des Abtriebselements entgegenwirkende Moment einen solchen
Grenzwert überschreitet, so wird das Abtriebselement nicht weitergedreht, die Antriebswelle
bleibt jedoch in Drehung. Dadurch rollt das längliche, zylindrische Zwischenelement
in dem Raum zwischen der Antriebswelle und der Innenwandung des stillgesetzten Abtriebselements
ab. Das Zwischenelement durchläuft dabei aufeinander folgende Phasen relativer Verkleinerungen
und Vergrößerungen seines Durchmessers, während es über die Kanten und die Flächen
der vieleckigen Antriebswelle bewegt wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile sowie Anwendungsfälle der Erfindung
ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der
Figuren. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Drehmomentbegrenzers
nach der Erfindung in Verbindung mit einer Förder-Antriebsrolle, wobei auch der
Innenraum dargestellt ist,
Fig. 2 Eine Seitenansicht der Vorrichtung
nach Fig. 1, Fig. 3 und 4 jeweils einen vergrößerten Querschnitt der Vorrichtung
nach Fig. 1und 2 für den Fall der Drehmomentübertragung und Fig. 5 und 6 vergrößerte
Querschnitte der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 für den Fall der Drehmomentbegrenzung.
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In Fig. 1 und 2 ist ein Drehmomentbegrenzer nach der Erfindung dargestellt,
der als Kupplung für eine Rolle, beispielsweise für eine Förder-Antriebsrolle arbeitet.
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Die Rolle besteht aus einem hülsenförmigen Element 10, welches an
jedem Ende an einem scheibenförmigen Abschlußelement 12 gehalten ist. Dieses besteht
beispielsweise aus dem Außenring eines Lagers 13, z.B. eines Rollenlagers, Kugellagers,
Nadellagers oder Gleitlagers, dessen Innenring 14 auf einer Antriebswelle 16 angeordnet
ist} welche axial innerhalb des hülsenförmigen Elements 10 angeordnet ist. Auf diese
Weise kann sich das hülsenförmige Element 10 frei in beiden Richtungen unabhängig
von der Antriebswelle 16 drehen. Wird diese Anordnung als Teil eines Förderers eingesetzt,
so kann die Rolle das nicht dargestellte Förderband tragen und führen.
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Mehrere derartige Rollen sind dabei normalerweise in einem Förderrahmen
(nicht dargestellt) angeordnet.
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Das hülsenförmige Element 10, also das Abtriebselement, ist an seinen
Lagern 13 in geeigneter Weise befestigt, beispielsweise kann der Außenring 13 eines
jeden Lagers am jeweiligen Ende des Abtriebselements 10 eingepreßt, verschweißt
oder verklebt sein, und die Antriebswelle 16, die im dargestellten Ausführungsbeispiel
einen vieleckigen bzw. sechseckigen Querschnitt hat, ist durch die zentrale Bohrung
18 des Innenrings 14 des jeweiligen Lagers 13 geführt. Zur Haltung der Antriebswelle
16 gegen
eine Längsverschiebung relativ zum jeweiligen Innenring
14 kann beispielsweise ein Querstift oder ein anderes Befestigungselement vorgesehen
sein.
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Wie aus Fig. 1 und 3 bis 6 hervorgeht, ist ein längliches und zylindrisches
Element 20 in dem Raum 22 angeordnet, der zwischen der Innenwandung 24 des Abtriebselements
10 und der Umfangsfläche der Antriebswelle 16 gebildet ist.
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Das längliche und zylindrische Kopplungselement 20 hat einen Außendurchmesser,
der größer als der größte Abstand zwischen der Umfangsfläche der Antriebswelle 16
und der Innenwandung 24 des Abtriebselements 10 ist. Dieser größte Abstand entspricht
dem Abstand, der zwischen der Mitte einer flachen Fläche 26 der Antriebswelle 16
und der Innenwandung 24 des Abtriebselements 10 längs eines Radius der Antriebswelle
16 bzw. des Abtriebselements 10 vorliegt. Das längliche Kopplungselement 20 besteht
aus einem elastischen und nachgiebigen Material, vorzugsweise aus einem elastomeren
Material, wie z.B. Gummi oder einem elastischen Kunststoff wie z.B. Polyester, Polyäthylen,
Polypropylen, Polystyrol u.ä. Es kann ferner auch aus einem Stab aus solchem Material
hergestellt sein, vorzugsweise hat es jedoch die dargestellte Röhrenform.
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Die Antriebswelle 16 wird normalerweise in Richtung des Pfeils 28
gedreht, beispielsweise durch einen elektrischen Getriebemotor o.ä. (nicht dargestellt).
Dabei wird das Abtriebselement 10 in derselben Richtung (Fig. 3) angetrieben, solange
das zum Antrieb des Abtriebselements 10 erforderliche Drehmoment nicht einen vorbestimmten
Wert überschreitet. Der Antrieb zwischen der Antriebswelle 16 und dem Abtriebselement
10 erfolgt über das längliche, elastische Kopplungselement 20, welches dabei zwischen
einer flachen Fläche 26 der Antriebswelle 16 und der Innenwandung24 des Abtriebselements
10 zusammengedrückt
wird. Es wirkt wie ein elastischer Keil zwischen
der Fläche 26 und der Innenwandung 24 des Abtriebselements 10. Je größer die auf
das Abtriebselement 10 einwirkende und der Drehung entgegenwirkende Belastung ist,
um so mehr wird das Kopplungselement 20 zusammengedrückt und im Gegenuhrzeigersinn
durch Abrollen verlagert. Dabei kommt es einer Ecke 30 zwischen zwei benachbarten
flachen Flächen 26 der Antriebswelle 16 näher, wie es in Fig. 4 dargestellt ist.
Bei sehr geringer Belastung oder auch bei erhöhter Belastung, die den Grenzwert
des Drehmoments der Kupplung nicht überschreitet, drehen sich die Antriebswelle
16 und das Abtriebselement 10 gemeinsam. Sobald jedoch die Belastung des Abtriebselements
10 den Grenzwert überschreitet, was beispielsweise durch eine Transporthemmung eines
Fördersystems oder durch eine anderweitige Hemmung des Abtriebselements 10 verursacht
werden kann, rollt das längliche, elastische, zylindrische Kopplungselement 20 über
die Ecke 30 zwischen zwei benachbarten Flächen 26 der Antriebswelle 16 hinaus, wodurch
die Antriebswelle 16 sich ohne Antrieb des Abtriebselements 10 weiterdrehen kann,
wenn die Belastung des Abtriebselements 10 den erhöhten Wert beibehält. Bei völliger
Stillsetzung. d.h. bei Sperrung des Abtriebselements 10 gegen eine Drehung, dreht
sich die Antriebswelle 16 durch den ihr zugeordneten und nicht dargestellten Antriebsmechanismus
weiter, und das Kopplungselement 20 rollt in dem Raum 22 zwischen der Umfangsfläche
der Antriebswelle 16 und der Innenwandung 24 des Abtriebselements 10 ab. Es dreht
sich dabei um seine Achse in Richtung des in Fig. 5 und 6 gezeigten Pfeils 32. Während
seines Abrollens zwischen der Umfangsfläche der Antriebswelle 16 und der Innenwandung
24 des Abtriebselements 10 durchläuft das Kopplungselement 20 aufeinander folgende
Phasen maximaler und minimaler radialer Kompression, wenn
es die
Ecken 30 und die mittleren Bereiche der flachen Flächen 26 der Antriebswelle 16
rollt. Diese Zustände sind in Fig. 5 und 6 gezeigt. Sobald das Abtriebselement 10
wieder mit der Antriebswelle 16 gekoppelt wird, stellt sich automatisch wieder der
Antriebszustand für das Abtriebselement 10 ein.
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Das Abtriebselement 10 ist in den Figuren zwar mit einer zylindrischen
Innenbohrung 24 dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, die Antriebswelle 16 mit
einer kreisrunden zylindrischen Umfangsfläche zu versehen und an der Innenseite
des Abtriebselements 10 eine vieleckige Fläche vorzusehen.
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Das durch den Drehmomentbegrenzer nach der Erfindung übertragene Drehmoment
kann durch die physikalischen Abmessungen und durch die Elastizitätseigenschaften
des Kopplungselements 20 auf einen vorgegebenen Grenzwert eingestellt werden. Für
einen gegebenen Durchmesser und ein gegebenes Material des Kopplungselements 20
wird der Grenzwert des durch die Kupplung zu übertragenden Drehmoments als Funktion
der Länge des Kopplungselements erhöht. Das übertragene Drehmoment kann somit vorteilhaft
in einfacher Weise durch Kopplungselemente unterschiedlicher Länge variiert werden.
Durch Verwendung eines Kopplungselements 20 der dargestellten Form ist der Grenzwert
des übertragenen Drehmoments bei konstantem Durchmesser und konstanter Länge ferner
eine Funktion der Wanddicke dieses Kopplungselements für ein gegebenes Material.
Abweichend von einem einzigen Kopplungselement 20, welches in den meisten Fällen
ausreicht, kann auch eine Anordnung zweier oder mehrerer Kopplungselemente vorgesehen
sein.
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Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß ein Drehmomentbegrenzer
nach der Erfindung nicht nur bei Antriebsrollen für Fördereinrichtungen, sondern
auch für die verschiedensten anderen Kupplungszwecke eingesetzt werden kann.