DE19722798A1 - Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplung mit einem ersten Drehteil und einem zweiten Drehteil, welche bewegungsmäßig verbindbar sind.

Bei einer derartigen bekannten Kupplung wie einer Kupplung mit zwei ineinandergrei­ fenden Zahnrädern ist nachteiligerweise ein Schutz vor Überlastung nicht vorgesehen.

Die Aufgabe der Erfindung wird somit darin gesehen, eine Kupplung der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß mit ihr ein Schutz vor Überlastung gewähr­ leistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das erste Dreh­ teil mindestens ein federbelastetes Verschiebeelement und das zweite Drehteil minde­ stens eine Steuerkurve zur Verschiebung des Verschiebeelements derart aufweisen, daß die Steuerkurve an dem Verschiebeelement anliegt und bei Lastaufnahme des ersten Drehteils oder des zweiten Drehteils die Steuerkurve das Verschiebeelement bis zur Entkupplung des ersten Drehteils und des zweiten Drehteils auslenkt.

Bei der erfindungsgemäßen Kupplung liegt die Steuerkurve an dem Verschiebeelement an, wodurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Drehteil und dem zweiten Drehteil geschaffen ist. Wird ein Drehteil angetrieben, so rotiert das zweite Drehteil mit derselben Geschwindigkeit mit. Kommt es zu einer Belastung des abtreibenden Drehteils, welches entweder das erste Drehteil oder das zweite Drehteil sein kann, dann bewirkt die anliegende Steuerkurve eine Auslenkung des federbelaste­ ten Verschiebeelements. Bei zunehmender Belastung wird das Verschiebeelement immer weiter ausgelenkt, bis es außer Eingriff mit der Steuerkurve ist und damit eine Entkupplung zwischen dem ersten Drehteil und dem zweiten Drehteil auftritt. Hierdurch ist ein Überlastungsschutz für die Kupplung geschaffen, wobei der Schwellenwert für die Überlast durch die Federbelastung eingestellt werden kann.

Um einen gleichmäßigen Kraftübertrag zwischen dem ersten Drehteil und dem zweiten Drehteil sowie einen geringen Abrieb der Steuerkurve und des Verschiebeelements zu erreichen, sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, daß die Steuerkurve formschlüssig an dem Verschiebeelement anliegt. Zusätzlich wird hierdurch ein sehr geringes oder gar kein Spiel zwischen den anliegenden Teilen erreicht, so daß eine Drehung des antreibenden Drehteils unmittelbar auf das abtreibende Drehteil übertragen wird. Ein formschlüssiges Anliegen der Steuerkurve und des Verschiebeelements wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, daß das Verschiebeelement als Zylinder und die Steuerkurve als Kreisbogen ausgebildet sind, wobei der Radius des Zylinders dem Radius des Kreisbogens entspricht. Der kreisförmige Querschnitt des Zylinders sowie der Kreisbogen sind zudem fertigungstechnisch einfach herzustellen. Es sind aber auch andere Formen für die Steuerkurve und das Verschiebeelement denkbar, beispielsweise ellipsenförmig oder hyperbelförmig oder rechtwinklig.

Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung der Steuerkurve als V-förmige Nut. Das Verschiebeelement ragt in die Nut hinein und liegt an einem oder beiden Schenkeln der Nut an, wodurch sich bei Drehung eine spielfreie Anordnung in einer oder beiden Drehrichtungen ergibt. Das Verschiebeelement kann zylinderförmig ausgebildet sein oder eine der Nut angepaßte Form aufweisen.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß mehrere Verschiebe­ elemente und mehrere Steuerkurven vorgesehen sind, wobei jedem Verschiebeelement eine Steuerkurve zugeordnet ist. Hierdurch wird eine gleichmäßige Verteilung der auftretenden Kräfte erreicht, insbesondere dann, wenn die Verschiebeelemente und die Steuerkurven in regelmäßigen Abständen angeordnet sind. Eine kompakte und von den Ausmaßen her kleine Bauweise der Kupplung wird zweckmäßigerweise dadurch er­ reicht, daß das zweite Drehteil innerhalb einer kreisförmigen Ausnehmung des ersten Drehteils zentral angeordnet ist.

Eine weitere, besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß jedes Verschiebeelement in einem Außenmantel des ersten Drehteils radial verschieb­ bar angeordnet ist und in die Ausnehmung des ersten Drehteils hineinragt und jede Steuerkurve über den Umfang des zweiten Drehteils verteilt sich radial erstreckend angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform wird durch die radiale Verschiebbarkeit eine kompakte Bauweise insbesondere in axialer Richtung erzielt. Hierbei ist es zweckmäßig, daß jedes Verschiebeelement in einer sich radial erstreckenden läng­ lichen Bohrung in dem Außenmantel des ersten Drehteils angeordnet ist, wobei jedes Verschiebeelement etwa bis zur Länge seines Radius in die Ausnehmung des ersten Drehteils hineinragt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß alle Verschiebeelemente durch ein einziges Federelement federbelastet sind. Dies reduziert die Anzahl der Komponenten der Kupplung. Als Federelement wird vorteilhafterweise ein Federring aus Metall verwendet, welcher gleichzeitig als Halterung für die Verschiebeelemente dient. Denkbar wären auch Federelemente aus anderen Materialien wie beispielsweise Gummi.

Nach dem Entkuppeln der beiden Drehteile soll das Wiedereinkuppeln möglichst materialschonend geschehen. Hierfür sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß jede Steuerkurve mit einer Führungsflanke zum Einkuppeln des ersten Drehteils und des zweiten Drehteils verbunden ist. Auf jeder dieser Führungsflanken liegt ein Verschiebeelement nach dem Entkuppeln auf. Beim Weiterdrehen des zweiten Drehteils werden nun die Verschiebeelemente bis zur jeweils nächsten Steuerkurve geführt, wobei die Führungsflanke eine stetige Verbindung mit dieser nächsten Steuerkurve aufweist. Weiterhin ist eine geringe Neigung der Führungsflanke derart vorgesehen, daß die Verschiebeelemente sich wieder langsam radial nach innen zur Drehachse des zweiten Drehteils hin bewegen können. Hierdurch werden harte Schläge der Verschiebeelemente auf das zweite Drehteil vermieden. Bei mehreren gleichmäßig über den Umfang des zweiten Drehteils verteilten Steuerkurven und Führungsflanken ergibt sich so eine sägeblattartige Ausbildung des zweiten Drehteils.

Soll eine Kupplung mit kompakter Bauweise in radialer Richtung gestaltet werden, so besteht eine weitere Ausführungsform der Erfindung darin, daß jedes federbelastete Verschiebeelement in einem Außenmantel des ersten Drehteils axial verschiebbar an­ geordnet ist und jede Steuerkurve über die Außenfläche des zweiten Drehteils verteilt sich axial erstreckend angeordnet ist.

Jedes der beiden Drehteile kann sowohl als Antrieb oder Abtrieb ausgebildet sein oder auch im Betrieb seine Funktion wechseln. In Verbindung mit der spielfreien Anordnung der Verschiebeelemente in den V-förmigen Nuten ergibt sich so eine besonders kraftschlüssige Verbindung der beiden Drehteile mit Überlastungsschutz.

Da bei der erfindungsgemäßen Kupplung ein geringer Abrieb der zusammenwirkenden Teile vorliegt, ist es nicht mehr erforderlich, die Kupplung aus Stahl oder härteren Materialien zu bauen. Vorteilhafterweise können leicht zu bearbeitende Materialien wie beispielsweise Aluminium für das erste Drehteil und das zweite Drehteil oder nur für die Verschiebeelemente oder die Steuerkurven verwendet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei stellen dar:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Kupplung,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Fig. 1 entlang der Linie II-II,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das zweite Drehteil und

Fig. 4 eine Darstellung nach Fig. 3 mit Nuten.

Die Kupplung 1 weist ein erstes Drehteil 2 und ein zweites Drehteil 3 auf. Das erste Drehteil 2 ist als Abtrieb mit einer Abtriebsachse 4 und das zweite Drehteil 3 ist als Antrieb mit einer Antriebsachse 5 ausgebildet. Die Abtriebsachse 4 und die Antriebs­ achse 5 sind zueinander zentrisch angeordnet. Das erste Drehteil 2 hat die Form einer Scheibe und weist zur Antriebsseite hin gerichtet eine zentrisch angeordnete Bohrung oder kreisförmige Ausnehmung 6 auf. Innerhalb dieser Bohrung 6 ist das zweite Drehteil 3 zentrisch angeordnet. Die Bohrung 6 wird in radialer Richtung von sechs Stegen 7 begrenzt, welche auf einer Ringfläche eines Außenmantels 8 des ersten Drehteils 2 gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Die Stege 7 sind einstückig mit dem Drehteil 2 ausgebildet. Zwischen den einzelnen Stegen 7 sind identische Aussparungen 9 vorgesehen. Im Bereich jeder Aussparung 9 ist in dem Außenmantel 8 eine Aus­ fräsung 10 vorgesehen. Die Ausfräsungen 10 sind ebenfalls gleichmäßig auf einer Ringfläche des Außenmantels 8 verteilt. In jeder Ausfräsung 10 ist ein Verschiebe­ element 11 angeordnet, welches die Form eines Zylinders oder einer Rolle hat und sich mit seiner Längsachse in axialer Richtung erstreckt. Jedes Verschiebeelement 11 ist federbelastet. Hierfür ist ein einziger Federring 12 vorgesehen, welcher einen Innenrand 13 und einen Außenrand 14 aufweist. Der Federring 12 ist auf einer Ring­ fläche des Außenmantels 8 angeordnet. Diese Ringfläche befindet sich in radialer Richtung gesehen außerhalb der Ringflächenanordnung der Verschiebeelemente 11. Mit seinem Innenrand 13 liegt der Federring 12 an den Verschiebeelementen 11 an und dient somit gleichzeitig als Halterung für die Verschiebeelemente 11 gegen eine nicht federbelastete Verschiebung in radialer Richtung. Zur Antriebsseite hin ist auf den Stegen 7 ein Kreisring 15 angeordnet, welcher mit den Stegen 7 verbunden ist und welcher im Bereich jedes Verschiebeelements 11 eine Ausfräsung 16 aufweist. Die Ausfräsung 16 erstreckt sich ebenso wie die Ausfräsung 10 in radialer Richtung und dient als Führung für eine Oberseite 17 des Verschiebeelements 11. Eine Unterseite 18 des Verschiebeelements 11 ist in der länglichen Ausfräsung 10 geführt. Hierdurch wird ein Kippen des Verschiebeelements 11 beim Verschieben vermieden.

Das zweite Drehteil 3 hat die Form einer Scheibe und ist sägeblattartig ausgebildet. Über den Umfang des zweiten Drehteils 3 sind gleichmäßig verteilt sechs Nasen 19 vorgesehen. Jede Nase 19 wird in Drehrichtung 20 des zweiten Drehteils 3 gesehen von einer Steuerkurve 21 begrenzt. Die Steuerkurve 21 hat die Form eines Kreisbogens von etwa 90° und liegt formschlüssig an der kreisförmigen Außenfläche des Verschie­ beelements 11 an. Entgegen der Drehrichtung 20 gesehen schließt sich an jede Steuer­ kurve 21 mit unstetigem Übergang eine Führungsflanke 22 an, welche ebenfalls die Nase 19 nach außen hin begrenzt. Die Führungsflanke 22 geht entgegen der Drehrich­ tung 20 gesehen stetig in die nächste Steuerkurve 21 über. In Drehrichtung 20 gesehen geht jede Führungsflanke 22 unstetig in die davor liegende Steuerkurve 21 über. Jede Führungsflanke 22 ist so ausgebildet, daß sie eine geringe Steigung aufweist, wobei der Höhenunterschied zwischen dem Anfang und dem Ende der Führungsflanke 22 etwa dem Radius der Steuerkurve entspricht. Weiterhin entspricht der Radius des Kreisbogens der Steuerkurve 21 dem Radius des als Zylinder ausgebildeten Verschie­ beelements 11. Bei zusammengebauter Kupplung ragt jedes Verschiebeelement 11 etwa bis zur Länge seines Radius in die kreisförmige Ausnehmung 6 des ersten Dreh­ teils 2 hinein.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Form des zweiten Drehteils 3 sind als Steuerkurven 21 sechs V-förmige Nuten vorgesehen, welche gleichmäßig über den Umfang verteilt und in der Außenfläche des zweiten Drehteils 3 angeordnet sind. Die Verschiebeelemente 11 sind ohne Spiel in den Nuten angeordnet, so daß bei Drehung eine besonders kraftschlüssige Verbindung geschaffen ist.

Bei Betrieb der Kupplung 1 wird der Antrieb aktiviert und das zweite Drehteil 3 dreht sich in Drehrichtung 20. Durch die formschlüssige Anlage der Steuerkurven 21 an die Verschiebeelemente 11 wird das erste Drehteil 2 unmittelbar ohne ein Spiel mitge­ nommen und dreht sich in dieselbe Richtung. Kommt es nun zu einer Lastaufnahme des ersten Drehteils 2, dann verschieben sich die Verschiebeelemente 11 aufgrund der im Anlagebereich auftretenden Radialkräfte entgegen der Kraft des Federrings 12 radial nach außen. Der Anlagebereich zwischen den Steuerkurven 21 und den Verschiebeelementen 11 wird bei zunehmender Belastung immer geringer, wobei jede Steuerkurve 21 auf der Außenfläche jedes Verbindungselements 11 in Drehrichtung 20 entlanggleitet. Bei einem bestimmten Schwellenwert der Belastung liegt die Steuerkurve 21 nicht mehr an der Außenfläche des Verschiebeelements 11 an und das zweite Drehteil 3 dreht sich unter den Verschiebeelementen 11 hindurch. Das abtriebsseitige Drehteil 2 wird nun nicht mehr mitgedreht. Damit ist bei der erfindungsgemäßen Kupplung ein Schutz gegen Überlastung gewährleistet. Die Größe des Schwellenwertes für die Belastung kann sowohl über die Stärke des Federrings als auch über die Form der Steuerkurve 21 in Verbindung mit der Form des Verschiebeelements 11 eingestellt werden. Nach dem Durchdrehen des Drehteils 3 gegenüber den Verschiebeelementen 11 ruht nun jedes Verschiebeelement 11 federbelastet auf einer Führungsflanke 22. Beim Weiterdrehen des Drehteils 3 gleitet nun jedes Verschiebeelement 11 entlang der Führungsflanke 22 herab und ragt dabei wieder mehr und mehr in die Ausnehmung 6 hinein. Am tiefsten Punkt der Führungsflanke 22 geht diese über in die Steuerkurve 21, so daß jedes Verschiebeelement 11 wieder zur Anlage mit einer Steuerkurve 21 kommt. Liegt weiterhin eine Überbelastung vor, so wiederholt sich der Vorgang des Entkuppelns der beiden Drehteile. Liegt keine Überbelastung mehr vor, so wird das abtriebsseitige Drehteil 2 wieder mitgedreht.

Bei der erfindungsgemäßen Kupplung wird zusätzlich zum Schutz gegen Überlastung auch ein geringer Abrieb der zusammenwirkenden Teile aufgrund der formschlüssigen Anlage der Steuerkurven an die Verschiebeelemente erzielt. Weiterhin wird durch die Führungsflanken 22 ein sanftes Zurückgleiten der Verschiebeelemente 11 und damit eine Materialschonung sowohl der Verschiebeelemente 11 als auch des zweiten Dreh­ teils 3 erreicht. Durch die geringe Anzahl verwendeter Komponenten für die Kupp­ lung, was insbesondere auf die Verwendung nur eines einzigen Federrings für die Belastung der Verschiebeelemente 11 zurückzuführen ist, ist eine kompakte Bauweise erreicht, so daß die Kupplung auch in kleinster Ausführung gebaut werden kann.

Claims (20)

1. Kupplung mit einem ersten Drehteil (2) und einem zweiten Drehteil (3), welche bewegungsmäßig verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Drehteil (2) mindestens ein federbelastetes Verschiebeelement (11) und das zweite Drehteil (3) mindestens eine Steuerkurve (21) zur Verschiebung des Verschiebeelements (11) derart aufweisen, daß die Steuerkurve (21) an dem Verschiebeelement (11) anliegt und bei Lastaufnahme des ersten Drehteils (2) oder des zweiten Drehteils (3) die Steuerkurve (21) das Verschiebeelement (11) bis zur Entkupplung des erstens Drehteils (2) und des zweiten Drehteils (3) auslenkt.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurve (21) formschlüssig an dem Verschiebeelement (11) anliegt.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschiebeelement (11) als Zylinder und die Steuerkurve (21) als Kreisbogen ausgebildet sind, wobei der Radius des Zylinders dem Radius des Kreisbogens entspricht.

4. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurve (21) als V-förmige Nut ausgebildet ist.

5. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verschiebeelemente (11) und mehrere Steuerkurven (21) vorgesehen sind, wobei jedem Verschiebeelement (11) eine Steuerkurve (21) zugeordnet ist.

6. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Drehteil (3) innerhalb einer kreisförmigen Ausnehmung (6) des ersten Drehteils (2) zentral angeordnet ist.

7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verschiebeelement (11) in einem Außenmantel (8) des ersten Drehteils (2) radial verschiebbar angeordnet ist und in die Ausnehmung (6) des ersten Drehteils (2) hineinragt und jede Steuerkurve (21) über den Umfang des zweiten Drehteils (3) verteilt sich radial erstreckend angeordnet ist.

8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verschiebeelement (11) in einer sich radial erstreckenden länglichen Bohrung (10) in dem Außenmantel (8) des ersten Drehteils (2) angeordnet ist.

9. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verschiebeelement (11) etwa bis zur Länge seines Radius in die Ausneh­ mung (6) des ersten Drehteils (2) hineinragt.

10. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verschiebeelemente (11) durch ein einziges Federelement (12) federbelastet sind.

11. Kupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (12) auf dem Außenmantel (8) des ersten Drehteils (2) und in radialer Richtung außerhalb der Ringflächenanordnung der Verschiebeelemente (11) angeordnet ist und an den Verschiebeelementen (11) anliegt.

12. Kupplung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (12) ein Federring ist.

13. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Steuerkurve (21) mit einer Führungsflanke (22) zum Einkuppeln des ersten Drehteils (2) und des zweiten Drehteils (3) verbunden ist.

14. Kupplung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Führungsflanke (22) eine geringe Neigung aufweist, wobei der Höhenun­ terschied zwischen Anfang und Ende der Führungsflanke (22) etwa dem Radius der Steuerkurve (21) entspricht.

15. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Drehteil (3) sägeblattartig ausgebildet ist.

16. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes federbelastete Verschiebeelement (11) im Außenmantel des ersten Dreh­ teils (2) axial verschiebbar angeordnet ist und jede Steuerkurve (21) über die Außenfläche des zweiten Drehteils (3) verteilt sich axial erstreckend angeordnet ist.

17. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Drehteil (2) als Abtrieb und das zweite Drehteil (3) als Antrieb ausgebildet ist.

18. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Drehteil (2) als Antrieb und das zweite Drehteil (3) als Abtrieb ausgebildet ist.

19. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verschiebeelement (11) und jede Steuerkurve (21) aus leicht zu bearbeitenden Stoffen wie beispielsweise Aluminium bestehen.

20. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Drehteil (2) und das zweite Drehteil (3) aus Aluminium bestehen.