DE2720679C2

DE2720679C2 - Wellenkupplung mit Überlastsicherung

Info

Publication number: DE2720679C2
Application number: DE2720679A
Authority: DE
Inventors: Manfred 4600 Dortmund Lunke; Jürgen 4358 Haltern Walter
Original assignee: Vulkan Kupplungs und Getriebebau Bernhard Hackforth GmbH and Co KG
Current assignee: Vulkan Kupplungs und Getriebebau Bernhard Hackforth GmbH and Co KG
Priority date: 1977-05-07
Filing date: 1977-05-07
Publication date: 1986-09-18
Also published as: SU1058520A3; GB1574695A; FR2389797A1; US4245729A; DE2720679A1; FR2389797B1; JPS53139051A

Description

a) das treibende Teil (1, 2, 4) etwa glockenförmig ausgebildet und mit einem elastischen Kupplungskörper verbunden ist,

b) das getriebene Teil (3) als auf einer getriebenen Welle befestigte, im glockenförmigen Teil (1, 2,

4) begrenzt axial verschiebbar gelagerte Nabenbüchst £?) gestaltet ist,

c) das Schaltelement aus einem axial gegen die Kraft einer Rückholfeder (9) aus einem Ringzylinder (5) ausfahrbaren, stirnseitige Verzahnungen (16, 6a) aufweisenden Ringkolben (6) und einem zv/eiten, ebenfalls gegen eine Rückholfeder (8) entgegengesetzt aus diesem Ringzylinder (5) ausfahrbaren, mit einer ebenen Stirnseite versehenen Ringkolben (7) besteht,

d) die Ringkolben (6, 7) durch Druckmitteldruck verschiebbar sind, wobei in der Endlage der Kolben (7) an den Teil 4 und die Verzahnungen (6a, 6b) des Kolbens (6) in aie Verzahnungen (3b, 1 b) der Teile (3,1) gedrückt sind.

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2. Kupplung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkolben (6 und 7) beweglich in durch eine Zwischenwand (5a) getrennten Ringzylinderräumen (12,13) geführt sind, deren gemeinsame Außenv/and aus dem mit der Zwischenwand (5a) verbundenen Ringzylinder (5) besteht und deren Innenwände von einem äußeren Ringbund (3c) der Nabenbüchse (3) und einem auf der Nabenbüchse (3) befestigten Zylinderring (14) gebildet ist, der die Zwischenwand (5a) über den Ringbund (3c) fest mit der Nabenbüchse (3) verspannt.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne einer Zahnreihe (6a) des Ringkolbens (6) dadurch auf Lücken der gegenüberliegenden Zahnreihe (3b) ausgerichtet sind, daß der Ringkolben (6) mit achsparallelen Bolzen (6c) zusätzlich in Bohrungen der Zwischenwand (5a) geführt ist.

4. Kupplung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückholfedern (9) des Ring'tolbens (6) einerseits an den freien Enden der Bolzen (6c), anderseits an der Zwischenwand (5a) abgestützt sind.

5. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (7) zusätzlich auf achsparallelen Bolzen dicht geführt ist, die auf der Zwischenwand (5a) befestigt sind und in stirnseitigen Ausnehmungen des Ringkolbens (7) enden sowie dort von den Rückholfedern (8) umgeben sind.

6. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckmittelleitung in den Zylinderraum (12) hinter dem Ringkolben (6) mündet, und der Zylinderraum (13) mit dem Zylinderraum (12) durch eine Drosselstelle verbunden ist

Die Erfindung betrifft eine Wellenkupplung mit Überlastsicherung, die bei Überschreiten des vertretbaren maximalen Drehmoments eine völlige Unterbrechung des Kraftflusses zuläßt, aus einem treibenden Teil und einem auf diesem Teil frei drehbaren, getriebenen Teil mit koaxialen, radial übereinanderliegenden gezahnten Stirnflächen und einem axial verschiebbaren, konzentrischen, zwei korrespondierende Verzahnungen aufweisenden Schaltelement

Eine derartige Wellenkupplung ist aus der US-PS 26 84 741 bekannt Sie besteht aus einer kugelgelagerten Welle, die eine zylindrische Verdickung aufweist, die als Lager für den konzentrischen angetriebenen Teil dient Beide Teile weisen koaxiale gezahnte Stirnflächen auf, die mit einem zwei korrespondierende Zahnungen aufweisenden Schaltelement zusammenwirken, das auf der Welle axial verschiebbar angeordnet ist. Die Schaltkraft wird auf das Schaltelement über ein Kugellager und eine Schaltgabel übertragen; sie muß io groß sein, daß die aufgrund der Zannschrägung entstehenden Axialkräfte ausgeglichen werden, so daß ein unbeabsichtigtes Trennen der Kupplungsteile nicht möglich ist. Diese Schaltkraft wirkt auf das Kugellager am Schaltelement und auf das Kugellager der angetriebenen Welle, die dementsprechend dimensioniert sein müssen. Zwar wird in der US-Patentschrift darauf verwiesen, daß der Reibungswinkel der Verzahnung so groß ist, daß die aufgrund des Verzahnungswinkels auftretenden axialen Kräfte gerade aufgehoben v/erden. Dieser Reibungswinkel ist jedoch nicht konstant, sondern von der Schmierung der Zahnflanken abhängig, so daß stets ein bedeutender Sicherheitsfaktor einkataufiert werden muß, der sich als ständig vorhandene Axialkraft ausdrückt.

Bei einer Wellenkupplung gemäß der DE-PS 11 79 426 tritt dieser Nachteil ebenfalls auf. Das Schaltelement wird ebenfalls über ein Kugellager von einem hydraulischen Betätigungselement verschoben, so daß auch hier die gesamte Schaltkraft auf das Kugellager wirkt. Diese Schaltkraft wird ebenso wie bei der Wellenkupplung gemäß der US-Patentschrift auf das Kugellager für die angetriebene Welle übertragen, so daß dieses Lager nicht nur die Radialkraft, sondern auch die axiale Schaltkraft aufnehmen muß und dementsprechend überdimensioniert ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Sicherheitskupplung die dem Überlastschutz dienenden Mittel so zu gestalten, daß sie bei einfachem Aufbau, geringem zusätzlichen Raumbedarf und, ohne daß Schaltkräfte in der Kupplung axial nach außen wirken, auf einen willkürlich oder betriebsbedingt gegebenen Impuls reagieren, dabei den Kraftfluß völlig unterbrechen, sowie auch auf in allen Richtungen nachgiebige Wellenkupplungen anwendbar sind.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das treibende Teil etwa glockenförmig gestaltet und mit einem elastischen Kupplungskörper verbunden ist, daß das getriebene Teil als auf einer angetriebenen Welle befestigte, im glockenförmigen Teil begrenzt axial verschiebbar gelagerte Nabenbüchse gestaltet ist, daß das Schaltelement aus einem axial gegen die Kraft einer Rückholfe-

der aus einem Ringzylinder ausfahrbaren, stirnseitige Verzahnungen aufweisenden Ringkolben und einem zweiten, ebenfalls gegen eine Rückholfeder entgegengesetzt aus diesem Ringzylinder ausfahrbaren, mit einer ebenen Stirnseite versehenen Ringkolben besteht und daß die Ringkolben durch Druckmitteldruck verschiebbar sind, wobei in der Endlage der eine Ringkolben an das treibende Teil und die Verzahnungen des anderen Ringkolberc; in die Verzahnungen der treibenden Teile gedruckt sind.

Der die Verzahnungen auf seiner Stirnseite tragende Ringkolben braucht nur eine verhältnismäßig kurze Wegstrecke zum Kuppeln und Entkuppeln zurückzulegen, während durch den zweiten Ringkolben die Reaktionskraft über das glockenförmig gestaltete Teil übertragen wird, so daß keinerlei axiale Kräfte nach außen gelangen und die Wälzlager keine Axiallasten aufzunehmen brauchen.

Bei dieser Kupplung ist die sonst mehr oder weniger vollständige Unterbrechung des Kraftflusses nicht eine unmittelbare Folge einer Überschreitung des hochstzulässigen Drehmoments, sie bewirkt vielmwir eine völlige Trennung der durch sie verbundenen Wellen durch willkürliche, oder betriebsbedingte Auslösung eines Impulses ohne Zerstörung von Kupplungsteilen und ohne jede Gefahr der Beschädigung von nach Unterbrechung des Kraftflusses noch in Berührung bleibender Teile.

Zur nur bei stehenden Wellen möglichen Herstellung der für den Betrieb der Kupplung notwendigen drehfesten Verbindung der über Wälzlager drehbar ineinanderliegenden Kupplungshälftenteile ist das Ausfahren beider Ringkolben aus dem mit einem der Kupplungshälftenteile verbundenen Ringzylinder erforderlich, weil sonst der rnii Zahnreihen versehene Ringkolben mit der zum anderen Teil gehörenden Zahnreihe wegen des axialen Spiels der beide Teile verbindenden Lager nicht schließend in Eingriff gebracht werden könnte. Der zweite, gegen eine Stirnfläche des andern Kupplungshälftenteils ausgefahrene Ringkolben verhindert eine unerwünschte, unter Umständen gefährliche Übertragung des Lagerspiels auf den Zahneingriff, indem er die Zahnreihe des andern Kupplungshälftenttils fest gegen die mit ihm zu verrastende Zahnreihe des andern Ringkolbens zieht.

Die in dieser Weise verbundenen beiden Teile einer Kupplungshälfte können im Bedarfsfälle augenblicklich durch öffnen des den Druckmitteldruck haltenden Ventils voneinander getrennt werden, indem die in der gespannten Rückholfeder des mit Zahnreihen versehenen Ringkolbens gespeicherte Kraft diesen axial aus den korrespondierenden Zahnreihen aushebt.

Dieses Ausheben kann dadurch unterstützt oder beschleunigt werden, daß die Neigungswinkel der die Drehkraft übertragenden Zahnflanken so gewählt sind, daß sie durch diese Kraft aufeinander gleitend bis zur Trennung axial gegeneinander verschoben werden. Bei Kupplungen, die Drehkräfte in beiden Richtungen zu übertragen haben, ist das unabhängig vom jeweiligen Drehsinn dadurch zu erreichen, daß die beiden Flanken aller Zähne um gleiche Winkel gegen die mittleren Axialebenen geneigt sind. Die Flankenwinkel und der Druckmitteldruck sind so aufeinander und auf das zu übertragende Drehmoment abzustimmen, daß der Flüssigkeitsdruck nicht durch den in axialen Schub umgesetzten Anteil der maximalen Drehkraft überwunden werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel für eine im Sinne der Erfindung unterteilte Hälfte einer elastischen Kupplung ist in der Zeichnung schematisch in einem Axialschnitt dargestellt

Eine über einen Flansch 1 mit einer von einer Kraftmaschine anzutreibenden, insoweit nicht gezeichneten Kupplungshälfte zu verbindende, eine Überlastsicherung enthaltende Kupplungshälfte besteht im wesenüichen aus zwei Teilen, nämlich einer auf einer anzutreibenden Welle zu befestigenden Nabenbüchse 3 und einem durch einen zylindrischen Ring 2 und einen daran befestigten inneren Flanschring 4 zu einem glockenähnlichen starren Gebilde ergänzten Flansch 1. Glocke 1,2, 4 und Nabenbüchse 3 sind über Wälzlager 10 und 11 frei drehbar ineinander gelagert Vom Lager 10 ist ein Innenring durch einen Deckring 15 mit der Nabenbüchse 3 und ein Außenring durch einen Deckring 16 mit der Glocke 1, 2, 4 verspannt Außen- und Innenring des Lagers 11 sind durch je einen Sprengring mit Stirnflächen des Flanschs 1 und der Nabenbüchse 3 in Anlage gehalter-

Zwei in einer gemeinsamen nuialen Ebene ineinander liegende Stirnflächen eines äußeren Flanschs 3a der Nabenbüchse 3 und eines zylindrischen Ringstegs la des Flanschs 1 sind mit je einer Stirnzahnung 3t bzw. 16 versehen. Diesen ringförmigen Zahnreihen 36 und 16 liegt .^ine äußere Stirnfläche eines axial verschieblichen Ringkolbens 6 gegenüber. Diese Stirnfläche ist mit zwei ringförmigen Zahnreihen 6a und 6b versehen, von denen die Zähne der Reihe 6a mit den Zähnen der Zahnreihe 3b und die Zähne der Reihe (56 mit den Zähnen der Zahnreihe Xb in Eingriff gebracht werden können. Der Ringkolben 6 bildet einen Teil einer in diesem Beispiel an der Außenseite der Nabenbüchse 3 angeordneten hydraulischen Druckvorrichtung mit zwei Zylinderräumen 12 und 13 sowie einem zweiten Ringkolben 7. Diese Zylinderräume 12,13 sind durch eine radiale Zwischenwand 5ä getrennt, die außen einen dort die Zyi'inderräume 12 und 13 begrenzenden Ringzy'inder 5 trägt Der Zylinderraum 12 ist innen von einem Ringbund 3c der Nabenbüchse 3 begrenzt während die innere Wand des Zylinderraums 13 aus einem auf der Nabenbüchse 3 befestigten Zylinderring 14 besteht, der eine die Zylinderräume 12 und 13 trennende Zwischenwand 5a über den Ringbund 3c fest mit der Nabenbüchse 3 verspannt. Damit beim Ausfahren des Kolben-. 6 die Zähne der Reihe 6a auf Lücken zwischen den Zähnen der Reihe 36 treffen, ist der Ringkolben 6 zusätzlich mit achsparallelen Bolzen 6c in Bohrungen der Zwischenwand 5a geführt, wodurch Verdrehungen des Ringkolbens 6 gegenüber der Nabenbüchse 3 unmöglich gemacht sind.

Die über die Zwischenwand 5a vorstehenden Köpfe der Bolzen 6c dienen zugleich zum Abstützen von voi gespannten Druckfedern 9, die den Ringkolben 6 in den Rhenium 12 zu ziehen suchen und den in Ruhelage befindlichen Ringkolben 6 außer Eingriff mit den Zahnreihen \bund36nahen.

In ähnlicher Weise ist der Ringkolben 7 auf an der Zwischenwand 5a befestigten Bolzen 7a geführt die hier jedoch nur ium Abstützen von Rückholfedern 8 dienen. Im ausgefahrenen Zustand zieht der Ringkolben 7 über die Ringe 4 und 2 die Zahnreihe 16 des Flanschs 1 fest gegendie Zahnreihe 66 des Ringkclbenil 6.

Zur Herstellung der für den Normalbetrieb der Kupplung erforderlichen drehfesten Verbindung von Nabenbüchse 3 un J Glocke 1,2,4 werden bei stehenden Wellen die Zylinderräume 12 und 13 mit einem flüssigen, also nicht 2;usammendrückbaren Druckmittel gefüllt. Da dabei damit gerechnet werden muß, daß die Zähne der äußeren Zahnreihe 66 mit den Zähnen rW 7ahniv>;v.<. ι /»

nicht oder nicht in voller Höhe in Eingriff kommen, müssen Nabenbüchse 3 und Glocke 1, 2, 4 geringfügig gegeneinander verdreht werden, bis alle Zähne in voller Höhe in Eingriff gekommen sind. Bei kleineren Kupplungen kann das von Hand geschehen. Bei größeren Kupplungen ist ein zweckmäßig auf den Flansch 1 wirkender Hilfsantrieb vorgesehen, der während des Füllens der Zylinderräume 12,13 den Flansch 1 gegenüber der Nabenbüchse 3 mit dem Ringkolben 6 langsam verdreht

Diese Vorgänge gestalten sich besonders einfach bei einer nachgiebigen Wellenkupplung, bei der der Flansch 1 mit der anderen Kupplungshälfte durch einen elastischen, sowohl in Drehrichtung wie in Achsrichtung verformbaren Kupplungskörper verbunden ist. Nach erfolgter Ausrichtung der Kupplungshälftenteile und Füllen der Zylinderräume 12,13 mit Druckflüssigkeit sollen alle Zahnreihen la, 6b bzw. 3b, 6a paarweise ohne jedes Spie! ineinandergreifen.

Die Zylinderräume 12 und 13 sind in üblicher Weise über eine gemeinsame Leitung und ein Mehrwegeventil wahlweise an eine Druckmittelquelle oder einen drucklosen Druckmittelbehälter anschließbar. Dabei kann ein verzögertes Ausfahren des Ringkolbens 7 dadurch erreicht werden, daß der Zylinderraum 12 an die Druckmittelzuleitung angeschlossen und die Zylinderräume 12 und 13 durch eine Drosselstelle in der Zwischenwand 5a miteinander verbunden sind.

Der Druckmittelaustausch erfolgt in bekannter im einzelnen nicht dargestellter Weise durch eine axiale Bohrung in einer in die Nabenbüchse 3 eingeschobenen Welle und einen radialen Stichkanal in Welle und Nabenbüchse 3.

Zum Entlasten der Ringkolben 6,7 vom Flüssigkeitsdruck wird das Mehrwegeventil umgeschaltet oder ein besonderes Ventil geöffnet, was auch über eine Fernsteuerung willkürlich oder automatisch in .Abhängigkeit von einer durch Überlastung verursachten übermäßigen gegenseitigen Verdrehung von — z. B. durch elastische Körper verbundenen Kupplungshälften oder der durch die Kupplung verbundenen Wellen erfolgen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Wellenkupplung mit Überlastsicherung, die bei Oberschreiten des vertretbaren maximalen Drehmoments eine völlige Unterbrechung des Kraftflusses zuläßt, aus einem treibenden Teil und einem auf diesem Teil frei drehbaren, getriebenen Teil mit koaxialen, radial übereinanderliegenden gezahnten Stirnflächen und einem axial verschiebbaren, konzentrischen, zwei korrespondierende Verzahnungen aufweisenden Schaltelement, dadurch gekennzeichnet, daß