DE3625676A1 - Axial-ueberlastelement - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Axial-Überlastele­ ment zur Begrenzung von Zug- und/oder Druckkräften gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

Aufgrund der ständig sich erweiternden Möglichkeiten der Mikroelektronik ist man im Maschinen- und Vorrichtungsbau in der Vergangenheit immer stärker dazu übergegangen, auch komplizierte Bewegungen von Vorrichtungsteilen durch die Mikroelektronik steuern zu lassen. Allerdings liegt es in der Natur einer Steuerung von komplizierten Bewegungen durch die Mikroelektronik und entsprechende Antriebe, daß die Zahl der möglichen Fehlerquellen und somit der Störun­ gen zunimmt. Von daher ist es erklärlich, daß vielfach wieder zu kurvengetriebenen Antrieben zurückgekehrt wird, die robuste und wenig störanfällige Antriebe darstellen. Ähnliches gilt sinngemäß auch für Kurbeltriebe, Zuführ­ oder Transporteinrichtungen und sonstige Linearantriebe. Allerdings bedarf es auch bei solchen Antrieben ge­ wisser Sicherheitsmaßnahmen, um diese Antriebe vor Überlastung zu schützen, falls es zu unvorhergesehenen Störfällen kommt.

Es ist daher die der vorliegenden Erfindung zugrundelie­ gende Aufgabe, ein auf Zug- bzw. Druck belastbares Axial- Überlastelement vorzusehen, welches einen robusten und platzsparenden Aufbau besitzt, dessen Überlast-Auslöse­ punkt in weiten Grenzen einstellbar ist und das bei Bedarf hoch belastbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfin­ dung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun­ gen beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 in der Mitte das Axial-Überlastelement in einer Grundversion, wobei rechts und links davon zwei anschraubbare Verlängerungsstücke angedeutet sind;

Fig. 2 das gleiche Axial-Überlastelement in einer Einbausituation mit einer Befestigungshülse;

Fig. 3 das gleiche Axial-Überlastelement in einer Einbausituation mit einer Befestigungsplatte; und

Fig. 4 das erfindungsgemäße Überlastelement als langgestreckte Druck- oder Zugstange für einen kurvengesteuerten Antrieb oder für sonstige Antriebszwecke.

In Fig. 1 ist in der Mitte ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Das Überlastelement weist ein zentrales inneres Teil in Form eines stabförmigen Zug­ /Druckbolzens 2 auf, der einen Abschnitt 4 reduzierten Durchmessers aufweist, wobei der Übergang zwischen den unterschiedlichen Durchmessern in Form zweier schräger Umfangsschultern 6, 6 A ausgebildet ist, die unterschiedliche Neigung haben können, um eine gleiche Auslösekraft bei Zug- bzw. Druckbelastung des Überlastelementes zu erzielen. Auf dem kleinen Durchmesser des Abschnittes 4 ist in der in den Zeichnun­ gen dargestellten, nicht ausgerasteten Stellung des Über­ lastelementes ein aus mehreren Segmenten bestehender Druckring 12 angeordnet, der einen polygonalen Querschnitt aufweist und mit seinen Seitenflächen an den schrägen Umfangsschultern 6, 6 A des Zug/Druckbolzens anliegt. Mit seiner inneren Umfangsfläche liegt der Druckring 12 am Abschnitt 4 reduzierten Durchmesser an. In der gezeichne­ ten Verriegelungsstellung liegen die Segmente des Druck­ ringes 12 außerdem an einer schräg zur Rotationsachse verlaufenden Stirnfläche eines festliegenden Stützringes 10 an, welcher im becherförmigen Gehäuse 3 des Über­ lastelementes an dessen "Bodenwandung" anliegend ange­ ordnet ist. Auf der vom Stützring 10 abgewandten Seite des Druckringes 12 liegt eine Druckscheibe 14 an, deren dem Druckring 12 zugewandte Stirnfläche ebenfalls schräg zur Rotationsachse verläuft. Die Neigung der Stirnflächen von Stützring 10 und Druckring 12 ist derart, daß die Druck­ übertragungskörper des Druckringes 12 radial einwärts beaufschlagt werden. Die Druckscheibe 14 wird in axialer Richtung von geeigneten Federn 8, beispielsweise Teller­ federn, beaufschlagt, welche um den Zug/Druckbolzen herum angeordnet sind und sich an einer in das offene Ende des becherförmigen Gehäuses 3 eingeschraubten Nachstellmutter 7 abstützen, durch die die Federvorspannung in weiten Grenzen einstellbar ist. Der an den schrägen Umfangsschul­ tern 6, 6 A anliegende Druckring ist in Umfangsrichtung mehrfach unterteilt, damit die einzelnen Segmente beim Ausrasten des Überlastelementes, nämlich, wenn der Zug­ /Druckbolzen 2 sich gegenüber der gezeichneten Stellung aufgrund einer Überlast nach rechts oder links verschiebt, an einer der schrägen Schultern 6, 6 A zum größeren Durch­ messer des Zug/Druckbolzens wandern können. Zum Erreichen der ausgerasteten Stellung verschieben sich also die Segmente des Druckringes 12 an einer der erwähnten Um­ fangsschultern 6, 6 A radial nach außen und legen sich dann mit der radial einwärts gerichteten Umfangsfläche am größeren Durchmesser des Zug-/Druckbolzens 2 an, d.h., dieser ist dann nicht mehr in axialer Richtung festgelegt - wenn man von unvermeidlichen Reibungskräften absieht. Das Wiedereinrasten des Überlastelementes geschieht in einfacher Weise dadurch, daß der Zug/Druckbolzen in seine Ausgangsstellung zurückgedrückt wird, wobei der segmentierte Druckring 12 wieder in den Abschnitt 4 redu­ zierten Durchmessers einfällt. Dies bedeutet, daß die Segmente des Druckringes wieder radial einwärts an der einen schrägen Umfangsschulter 6 bzw. 6 A bis zum Abschnitt 4 kleineren Durchmessers des Druckbolzens zurückwandern und ihre in der Fig. 1 dargestellte Position einnehmen. Das Überlastelement ist somit wieder für die Übertragung von Zug- und Druckkräften bis zur eingestellten Grenze betriebsbereit, da alle Elemente wieder im Eingriff sind.

Die Segmente des Druckringes 12 bilden in der in der Fig. 1 gezeigten eingerasteten Stellung einen im wesentlichen durchgehenden Ring, wobei jedoch zum Beispiel radiale Trennebenen vorgesehen sind, damit seine Teile beim Aus­ rasten des Überlastelementes auf den größeren Durchmesser des Zug/Druckbolzens wandern können. Die Trennebenen liegen vorzugsweise in verschiedenen Radialebenen der Rotationsachse des Ringes. Die nach innen und außen weisenden Umfangsflächen des Ringes verlaufen konzentrisch zur Rotationsachse, während die an den schrägen Umfangs­ schultern 6, 6 A des Zug/Druckbolzens 2 anliegenden Flä­ chen die gleiche Neigung zur Symmetrieachse haben wie die genannten schrägen Schultern. Die an der Druckscheibe 14 bzw. an dem Stützring 10 anliegenden Flächen des segmen­ tierten Druckringes 12 bzw. der einzelnen Segmente haben ebenfalls die gleiche Winkelausrichtung zur Symmetrieachse des Überlastelementes wie die wirksamen Flächen der Druck­ scheibe 14 bzw. des Stützringes 10.

Wie eingangs schon angedeutet wurde, haben die Umfangs­ schultern 6, 6 A vorzugsweise unterschiedliche Neigungen gegenüber der Längsachse, um eine gleiche Auslösekraft bei Druck- bzw. Zugbelastung zu erreichen: Wenn das Überlast­ element der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform auf Zug beansprucht wird, so verläuft der Kraftfluß über die schräge Schulter 6, d.h. der Druckring 12 bzw. seine Segmente (Druckübertragungskörper) werden direkt entgegen der Wirkrichtung der Druckfedern 8 beaufschlagt, die die Segmente des Druckringes 12 mit Hilfe der Druckscheibe 14 in dem Abschnitt 4 reduzierten Durchmessers zu halten suchen. Wenn das Überlastelement dagegen auf Druck be­ lastet wird, verläuft der Kraftfluß über die Schulter 6 A, d.h. die Segmente des Druckringes 12 wirken nur indirekt über die schräge Stirnfläche des Stützringes 10 entgegen der Wirkrichtung der Druckfedern 8, so daß der dabei entstehende Reibungsverlust durch die erhöhte Keilwirkung einer weniger starken Neigung der schrägen Schulter 6 A ausgeglichen wird.

Von besonderem Vorteil für das Auslöseverhalten ist es, wenn das Überlastelement so angelegt wird, daß die Seg­ mente (Druckübertragungskörper) des Druckringes 12 nach - Erreichen der Überlast-Auslösekraft mit abnehmender Kraft in Richtung auf den Abschnitt 4 reduzierten Durchmessers gedrückt werden. Dies kann auf verschiedene Weisen er­ reicht werden: So ist es möglich, als Druckfedern 8 spezielle Tellerfedern zu verwenden, deren Federkennlinie einen fallenden Bereich aufweisen und diese Federn so vorzuspannen, daß der Überlast-Auslösebereich am Anfang des fallenden Bereiches liegt. Bei Federn mit stetig ansteigender Kennlinie kann man als Alternative den schrä­ gen Schultern 6, 6 A einen (im Schnitt) gekrümmten Verlauf geben, d.h. mit zunehmendem Abstand von Abschnitt 4 redu­ zierten Durchmessers eine flachere Neigung der Schultern vorsehen.

Es liegt auf der Hand, daß an Stelle eines segmentierten Druckringes 12 auch eine Kugelreihe oder sonstige Druck­ übertragungskörper auf dem Abschnitt 4 reduzierten Durch­ messers des Zug/Druckbolzens 2 angeordnet werden kann. Allerdings sind hierbei dann die einstellbaren Bela­ stungsgrenzen etwas niedriger, da z.B. die Kugeln nur eine Punktberührung erzeugen können, während der beschriebene Druckring mit polygonalem Querschnitt mindestens für eine linienförmige Berührung und im eingerasteten Zustand sogar für eine flächige Kraftübertragung sorgt.

Das so weit beschriebene Axial-Überlastelement gemäß Fig. 1 (Mitte) läßt sich nach Art eines Baukastenprinzips in verschiedener Weise einbauen. So zeigt die Fig. 1 rechts und links vom eigentlichen Basiselement zwei Verlänge­ rungsstücke 20, 22, die in entsprechende Gewindelöcher in den Stirnflächen des Zug/Druckbolzens einschraubbar sind. In Fig. 2 ist das Basisteil des Überlastelementes ge­ strichelt dargestellt, wobei das Gehäuse des Überlast­ elementes mit Hilfe einer Befestigungshülse mit einem anderen Bauteil verbindbar ist. In Fig. 3 ist zu dem gleichen Zweck eine Befestigungsplatte 24 vorgesehen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Überlastelementes ist in Fig. 4 gezeigt. Der Zug/Druck­ bolzen des Überlastelementes weist eine erhebliche Länge auf und ist außer in dem eigentlichen Überlastelement auch in dem hülsenartigen Gehäuseabschnitt ähnlich der Befe­ stigungshülse 26 in Fig. 2 teleskopartig geführt. An beiden stirnseitigen Enden dieses stabförmigen Überlast­ elementes ist ein Gewindezapfen vorgesehen, um das Über­ lastelement in geeigneter Weise mit einer Vorrichtung wie einem kurvengesteuerten Antrieb oder sonstigen Bauteilen zu verbinden.

Die Konstruktion bzw. Funktion des Rastmechanismus ist identisch mit derjenigen, die in Verbindung mit der Fig. 1 beschrieben wurde. Es wird daher an dieser Stelle hierauf nicht näher eingegangen. Allerdings ist in Fig. 4 zu­ sätzlich ein berührungsfreier Endschalter 18 gezeigt, mit dem ein Auslösen des Überlastelementes abgefühlt werden kann, um daraufhin beispielsweise den Motor eines kur­ vengesteuerten Antriebes stillzusetzen. Bei einer auf­ tretenden Überlast verschiebt sich die federbeaufschlagte Druckscheibe entgegen der Kraft der Feder 8 axial in Richtung auf die Nachstellmutter, da die Segmente des Druckringes oder die sonstigen Druckübertragungskörper radial nach außen gedrückt werden. Diese Verschiebung der Druckscheibe wird dann also durch den berührungsfreien Endschalter abgefühlt.

Es liegt auf der Hand, daß die Federdruckbeaufschlagung nicht notwendigerweise in axialer Richtung geschehen muß. Es sind Fälle denkbar, in denen die Federdruckbeaufschla­ gung beispielsweise auch radial erfolgen kann. Weiterhin ist es möglich, nur eine Umfangsschulter 6 oder 6 A vorzu­ sehen, so daß der Zug/Druckbolzen zwei durchgehend unter­ schiedliche Durchmesser aufweist. In diesem Fall ist das Überlastelement natürlich nur in einer Richtung belastbar.

Die Hauptbestandteile des voranstehend beschriebenen und in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispieles eines Überlastelementes sind rotationssymmetrisch zur Längsachse ausgebildet, doch ist es ohne weiteres denkbar, das Überlastelement und seine Hauptbestandteile mit einem rechteckigen, quadratischen oder sonstigen Querschnitt zu versehen, ohne seine grundsätzliche Wirkungsweise zu verändern.

Claims (7)

1. Überlastelement zur Begrenzung von Zug- und/oder Druckkräften zweier bei Überlast gegeneinander verschieb­ licher Abschnitte, die in der kraftübertragenden Stellung gegeneinander verrastet sind, wobei der eine Abschnitt als Zug/Druckstange (2) und der andere Abschnitt als ein die Zug/Druckstange aufnehmendes Gehäuse (3) ausgebildet sind und ein einstellbar federnd vorgespannter Riegelmechanis­ mus die beiden Abschnitte zueinander fixiert, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Regelmechanismus mindestens einen von der Federanordnung (8) einwärts in Richtung auf die Stange (2) beaufschlagten Druckübertragungskörper (12) von polygonalem Querschnitt aufweist, der im eingerasteten Zustand des Überlastelementes an mindestens einer quer zur Kraftverlaufsrichtung angeordneten schrägen Schulter/Stufe (6 bzw. 6 A), die ein äußeres Niveau und ein weiter ein­ wärts liegendes Niveau verbindet, und an dem einwärts gelegenen Niveau anliegt.

2. Überlastelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen auf dem äußeren Niveau der Zug/Druckstange (2) angeordneten Stützkörper (10), dessen an dem Druckübertra­ gungskörper (12) anliegende axiale Stirnfläche zu diesem hin geneigt ist, und durch einen auf der anderen Seite des Druckkörpers (12) angeordneten, in axialer Richtung feder­ beaufschlagten Druckkörper (14), dessen an dem Drucküber­ tragungskörper anliegende axiale Stirnfläche ebenfalls zu diesen hin geneigt ist.

3. Überlastelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Druck aufnehmenden Seitenflä­ chen des Druckübertragungskörpers (12) plan zu den anlie­ genden Flächen der mindestens einen Umfangsschulter (6, 6 A) des Stützkörpers (10) und des Druckkörpers (14) ver­ laufen.

4. Überlastelement nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlastelement rotationssymmetrisch zu seiner Längsachse ausgebildet ist.

5. Überlastelement nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsschultern (6, 6 A) unterschiedliche Neigung gegenüber der Längsachse haben.

6. Überlastelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenzeichnet, daß die schrägen Schultern (6, 6 A) eine gekrümmte Oberfläche aufweisen.

7. Überlastelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Druckkörper (14) in axialer Richtung bzw. den (die) Druckübertragungskörper (12) einwärts beaufschlagenden Federn (8), beispielsweise spezielle Tellerfedern, derart vorgespannt sind, daß der Überlast-Auslösepunkt des Überlastelementes im fallenden Bereich der Federkennlinie liegt.