DE2351240C3

DE2351240C3 - Überlastkupplung

Info

Publication number: DE2351240C3
Application number: DE2351240A
Authority: DE
Inventors: Alfred 7021 Stetten Hettich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1973-10-12
Filing date: 1973-10-12
Publication date: 1981-06-19
Also published as: US3967711A; FR2247642B1; NL7413403A; DE2351240B2; FR2247642A1; ES430939A1; DE2351240A1; CH581788A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Überlastkupplung, bei der das von einem Motor eingeleitete Drehmoment über eine erste, mit stufenförmigen Rasten versehene ring- oder scheibenförmige Kupplungshälfte auf eine zweite, ebenso ausgebildete Kupplungshälfte, welche durch eine Feder kraft' und formschlüssig an die Rasten der anderen Kupplungshälfte gedrückt wird, zu einem Werkzeug oder ähnlichem weitergeleitet wird, und beide Kupplungshälften auf einer gemeinsamen Welle oder Achse gegeneinander verdrehbar angeordnet sind und bei Überschreiten eines durch die Feder vorgegebenen Drehmoments auseifiandergleiten.

Derartige Oberlastkupplungen — häufig auch Sicherheitskupplungen genannt — haben den Zweck, den die Maschine Bedienenden zu schützen, falls das von der Maschine angetriebene Werkzeug oder ähnliches verhakt oder verklemmt. Sie sind beispielsweise bekannt aus dem DE-GM 69 24 260 oder der GB-PS 00 849 und haben kegelig ansteigende, stufenförmige Rasten welche an einander zugewandten Stirnseiten der Kupplungshälften ausgebildet sind. Ist das verhältnismäßig hohe Ausrastmoment erreicht, rastet die Kupplung aus und dann wieder ein. Das sogenannte Rest-Kupplungsmoment beträgt dann aber immer noch bis zu 90% des Ausrastmoments, wodurch ein relativ großer Verschleiß bewirkt wird. Unter Rest-Kupplungsmoment versteht man dasjenige Moment, das sich beim Überrasten ergibt, wobei der Gleitwert geringer ist als der Haftwert vor dem Ausrasten. Dieses Restmoment muß dabei der die Maschine Bedienenden aufnehmen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Überlastkupplung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, deren ίο Ausrastmoment forderungsgemäß groß, aber deren Rest-Kupplungsmoment sehr klein ist

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jede Raste von einem Fußpunkt ausgeht, der auf einer gegenüber der Achse einen spitzen Winkel is bildenden Grundfläche liegt, jede Raste einen unter einem Winkel ansteigenden Teil besitzt, der sich bis zu einer parallel zur Grundfläche verlaufenden Ebene erstreckt, die Ebene über einen bestimmten Drehwinkel verläuft und dann zur nächsten Grundfläche bis zu einem Fußpunkt fällt, die Fußpunkte der Grundflächen der einzelnen Rasten in einer senkrecht zur Achsrichtung verlaufenden Ebene liegen.

Dadurch wird erreicht, daß nach dem Überrasten der Kupplung kein Einrasten mehr erfolgt Die Kupplung

kann erst wieder einrasten, nachdem die Maschine abgeschaltet ist Auf diese Weise wird das den

Verschleiß bewirkende Rest-Kupplungsmoment sehr

klein, z. B. 20 bis 25% 4es Ausrastmoments, und der die

Maschine Bedienende muß deshalb nur ein kleines Restmoment aufnehmen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden auch Motor- und Maschinenteile

geschont

Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in

F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Maschinenteil mit eingebauter Überlastkupplung,
-to F ig. 2 eine Überlastkupplung herkömmlicher Art vor dem Überrasten,

F i g. 3 dieselbe Kupplung nach dem Überrasten,

Fig.4 eine Abwicklung der erfindungsgemäßen Überlastkupplung,

F i g. 5 Kräfteverhältnisse an der erfindungsgemäßen Überlastkupplung vor dem Überrasten,

Fig.6 Kräfteverhältnisse derselben Kupplung nach dem Überrasten,

Fig.7 und 7a sowie Fig.8 und 8a jeweils Querschnitte und Absicht der beiden Kupplungsteile eines praktischen Ausführungsbeispiels.

In F i g, 1 ist mit 10 ein Gehäuse bezeichnet, in dessen linkem Teil sich ein nicht dargestellter Elektromotor befindet, welcher über ein nicht dargestelltes Ritzel ein Zahnrad 11 antreibt, welches auf einer Achse 12 sitzt Das Zahnrad 11 ist über eine Überlastkupplung 13 mit einem Doppelzahnrad 14 verbunden, das über auf einer Welle 15 angeordnete Zahnräder 16, 17 eine Arbeitsspindel 18, beispielsweise einer Bohrmaschine, antreibt. μ Die Überlastkupplung kann selbstverständlich aber auch in völlig anderer Weise an einer anderen Arbeitsmaschine angeordnet sein.

Die Fi g. 2 zeigt Form und Kräftverhältnisse an einer Überlastkupplung herkömmlicher Art. Hierbei sind an μ den Stirnseiten zweier einander zugewandter Teile 19, 20 stufenförmige Rasten 21, 21' ausgebildet, und zwar im allgemeinen in gleichmäßiger Teilung zwei Rasten je Umfang. Eine Raste 21 geht von einer Grundfläche 22

aus, die senkrecht zur Achse 12 verlauft, erstreckt sich unter einem spitzen Winkel « von z. B, 45° bis zu einer parallel zur Grundfläche verlaufenden Ebene 23 und fällt dann senkrecht wieder zur Ebene 22 ab. Das Ausrastmoment einer derartigen Überlastkupplung wird durch eine Feder 24 bestimmt Ist durch Verklemmen oder Verhaken d*s Werkzeugs das durch die Feder 24 vorgegebene Oberrastmoment erreicht, so gleitet das Teil 20 an der schrägen Fläche der Raste 21 hoch, gleitet dann über die Ebene 23 und rastet danach ι ο wieder ein.

In der Fig.2 sind die hierbei auftretenden Kräfte eingetragen. Die Kraft P_r bedeutet die Federkraft, die Kraft Pa die Momentkraft an der Kupplung, die versucht, diese zum Ausrasten zu bringen, μη ist der Haftwert Stahl auf Stahl gefettet, etwa 0,1. Die Kräfte Pa it -/Vi. Pf2 und P_A 2 bilden die Resultierenden bzw. die Normalkräfte. Bedingung für das Überrasten der Sicherheitskupplung ist:

P_F2 + Ppi ■ μ₀ + P_M ■ μ₀

sin λ

Die F i g. 3 zeigt die Kupplung nach dem Überrasten ebenfalls wieder in eingerücktem Zustand, aber in Bewegung. Der Unterschied gegenüber Fig.2 besteht darin, daß der Gleitwert statt Stahl auf Stahl nunmehr etwa μ = 0,04 beträgt Daraus ergibt sich eine Restkupplungskraft von

ΡΆ =

sin α

35

Das an der Überlastkupplung noch wirkende Restmoment nach dem Überrasten bewirkt Verschleiß und muß von dem die Maschine Bedienenden aufgenommen werden.

Die Fig.4 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Überlastkupplung.

An den einander zugewandten Stirnseiten der Teile 11, 14 ist die Überlastkupplung 13 ausgebildet Unter einem spitzen Winkel β gegenüber der Achse 12 verläuft an der Stirnseite des Teils 11 eine Grundfläche 26, an die sich unter einem spitzen Winkel λ eine Fläche 27 anschließt, welche in eine parallel zur Grundfläche 26 verlaufende Ebene 28 übergeht Nach einer gewissen Strecke folgt eine etwa in Achsrichtung 12 verlaufende, steil abfallende Fläche 29, welche bis zu einem Punkt B verläuft, der in derselben Hbene liegt wie ein Punkt A, von dem die Fläche 26 ausgeht Die Punkte A und B liegen in einer Ebene, die senkrecht zur Achse 12 verläuft Nun wiederholt sich derselbe Vorgang. Die Raste 30 wird gebildet durch die von den Flächen 27,28, 29 eingeschlossene Kontur. Die Kontur der Rasten am Kupplungsteil 14 sind sinngemäß ebenso ausgebildet wie am Teil 11. Die Längen der Abschnitte 26,28 sind gleich, und die Rasten bzw. die auf die Rasten folgenden Ausnehmungen 31 passen formschlüssig ineinander, d, h., die Teilung ist gleichmäßig.

Die Fig,5 zeigt die Kräfteverhältnisse an der eben beschriebenen Überlastkupplung vor dem Überrasten. Die Bezeichnungen sind sinngemäß dieselben wie in Fig.Z

Die Fig.6 zeigt den Verlauf der Kräfte dieser Kupplung nach dem Überrasten (in Bewegung).

Die Ausrückkraft ist wiederum bei einem Haftwert von etwa μο = 0,1

sm λ

Die Restkupplungskraft ist demnach bei μ = 0,04

ρ, ₌

cos/<

20 Daraus ist zu erkennen, daß die Restkupplungskraft Pa' wesentlich kleiner ist als die Ausieckkraft P_A, und zwar dadurch, daß der Winkel β wesentlich kleiner ist als der Winkel «, der ebenfalls wieder 45° beträgt, während der Winkel β etwa 5" oder weniger betragen kann.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Überlastkupplung besteht darin, daß sie nach dem Ausrasten nicht mehr einrastet Dies ist in Fig.4 dargestellt Nach dem Ausrasten gleitet die Raste 30' am Teil 14 über die Fläche 28 am Teil 11 hinweg. Es sei nun der Punkt C betrachtet Durch den Drehschwung, den das Teil 14 gegenüber dem Teil 11 hat, gelangt der Punkt C nach C, wo er auf die Fläche 28' auftrifft das heißt das Teil 14 eilt um einen geringen Drehwinkel gegenüber dem Teil Il vor. Die Raste 30' am Teil 14 rastet also nicht wieder in die Ausnehmung 31 am Teil

11 ein. Das hat zur Folge, daß die Kupplungsteile erst wieder bei Aus- oder Anlauf der Maschine voll ineinandergreifen. Durch diese Tatsache ist auch die geringere Restkupplungskraft PÄ zu erklären.

Auf die Fig. 1 zurückkommend, bedeutet dies, daß sich beim Ausrasten das Kupplungsteil 11 am Ritzel der Motorwelle abstützt während das Teil 14 über das Teil U hinwegrastet und damit nur noch ein geringes Drehmoment (das Reibmoment) auf d^;e WeIL? 15 übertragen kann.

In den Fig.7 und 7a ist das Kupplungsteil 11 in Querschnitt und Ansicht dargestellt Es besitzt eine Bohrung 35, mit weicher es auf der Achse 12 gelagert ist. An seinem Außenumfang besitzt es eine Verzahnung 36, an der dem Kupplungsteil 14 zugewandten Teil die eine Hälfte der Rasteinrichtung 13, und zwar je zwei Rasten und zwei Ausnehmungen.

Die andere Hälfte der Rasteinrichtung befindet sich an der dem Kupplungsteil U zugewandten Stirnseite des Kupplungsteils 14, das als Doppelzahnrad ausgebildet ist und mit seiner mittigen Bohrung 37 auf der Achse

12 gelagert ist Dieses Teil ist in den Fig.8 und 8a dargestellt

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Überlastkupplung, bei der das von einem Motor eingeleitete Drehmoment über eine erste, mit stufenförmigen Rasten versehene ring- oder scheibenförmige Kupplungshälfte auf eine zweite, ebenso ausgebildete Kupplungshälfte, welche durch eine Feder kraft- und formschlüssig an die Rasten der anderen Kupplungshälfte gedruckt wird, zu einem Werkzeug oder ähnlichem weitergeleitet wird, und beide Kupplungshälften auf einer gemeinsamen Welle oder Achse gegeneinander verdrehbar angeordnet sind und bei Überschreiten eines durch die Feder vorgegebenen Drehmoments auseinandergleiten, dadurch gekennzeichnet, daß

a) jede Raste (30, 30') von einem Fußpunkt (A) ausgeht, der auf einer gegenüber der Achse (12) einen spitzen Winkel (ß) bildenden Grundfläche (26) liegt,

b) jede Raste (30, 30') einen unter einem Winkel («) ansteigenden Teil (27) besitzt, der sich bis zu einer parallel zur Grundfläche verlaufenden Ebene (28) erstreckt,

c) die Ebene (28) über einen bestimmten Drehwinkel verläuft und dann zur nächsten Grundfläche (31) bis zu einem Fußpunkt (B) fällt,

d) die Fußpunkte (A, B) der Grundflächen (26,31) der einzelnen Rasten (30,30*) in einer senkrecht zur Achsrichtung verlaufenden Ebene liegen.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten jeder Kupplungshälfte (11,14) zwei Rasten (30,30') mit regelmäßiger Teilung ausgebildet sind.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abfallende Teil (3)) der Stufe etwa parallel zur Achsrichtung der Welle oder Achse (12) verläuft.

4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Grundfläche (26, 31) ausgehende Winkel iß) kleiner ist als der andere Winkel (α).