DE2540489B1

DE2540489B1 - Drehmomentbegrenzungskupplung mit Freigang

Info

Publication number: DE2540489B1
Application number: DE2540489A
Authority: DE
Inventors: Hubert Geisthoff
Original assignee: GKN Walterscheid GmbH
Current assignee: Walterscheid GmbH
Priority date: 1975-09-11
Filing date: 1975-09-11
Publication date: 1976-12-09
Also published as: GB1537127A; IT1070120B; FR2323916B1; US4075873A; FR2323916A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentbegrenzungskupplung, bestehend aus einem treibenden und einem getriebenen Kupplungsteil, wobei zwischen beiden ein Schaltring zur Drehmomentübertragung angeordnet ist und der Schaltring axial verschiebbar und mit dem einen Kupplungsteil über Mitnahmeprofile im Eingriff und durch Axialverschiebung bei Überschreitung eines bestimmten Drehmomentes außer Eingriff bringbar ist und wobei federbelastete Schaltstifte für den Schaltvorgang vorhanden sind.

Bei einer derartigen Drehmomentbegrenzungskupplung (DT-PS 1101058) sind zur Drehmomentübertragung sowohl auf dem treibenden und getriebenen Teil als auch dem dazwischen angeordneten Schaltring Klauen mit abgeschrägten Flächen vorgesehen. Die Sicherung der Abschaltstellung der Kupplungsteile zueinander erfolgt über eine Kugelsperre, wobei die Sperre über einen Schaltetif t wieder aufhebbar ist.

Von Nachteil bei einer solchen Ausbildung ist, daß keine genaue Drehmomenteinstellung möglich ist, da die Wirkungsweise sehr stark von den Reibverhältnissen zwischen den schrägen Flächen abhängt. Des weiteren ist beim Einschalten das Auftreten eines Einschaltdruckes unvermeidbar.

Es ist auch bereits eine Kupplung (DT-PS 1065231) bekannt, bei der das Drehmoment durch unter dem Druck von Tellerfedern stehende Kugeln übertragen wird. Die Kugeln, welche in Ausnehmungen eines mit der Kupplungsnabe verbundenen Flansches angeordnet sind, greifen in Bahnen, welche in eine Ringscheibe eingearbeitet sind, ein. Bei unzulässigem Anstieg des Drehmomentes rutschen die Kugeln unter Überwindung des Anpreßdruckes der Tellerfedern fortgesetzt über den höchsten Punkt ihrer Anlagefläche in den Bahnen und rutschen so lange über die Kugelbahnen, bis das zulässige Drehmoment wieder erreicht ist. Ein Freilauf ist in der Kupplung nicht vorgesehen.

Beim Durchlaufen der Kupplung stehen die Kugeln in dauerndem Eingriff mit dem anderen Kupplungsteil. Dabei erweisen sich die große Erwärmung, die starke Abnutzung und das erhebliche Laufgeräusch neben dem Fehlen eines Freilaufes ohne Reibungswärmeerzeugung als Nachteil.

Ferner ist eine Kupplung mit Freilauf (DT-AS 1174116) bekannt, die jedoch nur für kleine Drehmomente mit geringen Umdrehungszahlen geeignet

¹S ist.

Von Nachteil bei der Ausbildung und gleichzeitig ein Hindernis für die Übertragung von großen Drehmomenten ist, daß die Kugeln, die der Drehmomentübertragung dienen, mit dem zugehörigen Teil nur mit

a° einem geringen Teil ihres Umfanges an der Kante einer Bohrung anliegen. Durch schlagartiges Einfallen der Kugeln beim Anlauf besteht bei großen Drehmomenten die Gefahr, daß die Kugeln bzw. die Kanten der damit zusammenarbeitenden Bohrungen zerstört

^a5 werden.

Bei einer weiteren bekannten Kupplung (DT-Gbm 1911309) ist zur Abschaltung bei Überlast ein Schaltstift vorgesehen. Diesem ist ein Schalter zugeordnet, der den Stromkreis für den Antriebsmotor unterbricht. Ein Freischalten der der Drehmomentübertragung dienenden Teile in der Kupplung ist nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehmomentbegrenzungskupplung zu entwickeln, die nach Erreichen des Grenzdrehmomentes abschaltet, frei von Wärmestauungen ist und für den erneuten Drehmomentaufbau nur geringe Schaltkräfte erfordert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der andere, als Kupplungsnabe ausgebildete Kupplungsteil umfangsverteilte Bohrungen aufweist, in denen federbelastete Wälzkörper angeordnet sind, die in Vertiefungen des Schaltringes eingreifen, wobei die Vertiefungen als jeweils über einen Teil des Schaltringumfanges verlaufende Bahnen ausgebildet sind, die je eine Drehmomentübertragungsposition und Freilaufposition aufweisen, und daß die der Kupplungsnabe zugeordneten Schaltstifte in je eine bogenförmige Ausnehmung des Schaltringes eingreifen, wobei deren ansteigendes Ende als Auflauffläche

so für den Schaltstift dient und deren anderes Ende die Drehmomentübertragungsposition sichert.

Hierbei ist es vorteilhaft, daß die Kupplung nach Überschreiten des Grenzdrehmomentes in eine Freilaufposition geschaltet wird, in der keine Wärmestauung durch Reibungswärme entstehen kann, weil die Mitnehmerprofile nicht mehr im Eingriff sind, sondern im geringen Abstand voneinander frei laufen. Dadurch werden das Laufgeräusch und die bei bekannten Kupplungen sehr hohe Abnutzung erheblich herabgesetzt.

Weiter ist es vorteilhaft, daß in der Drehmomentübertragungsposition Kugeln als Wälzkörper in Kugelkalotten eingreifen. Im Gegensatz zu bekannten schrägen Auflaufflächen wird dadurch die Reibung herabgesetzt. Die Kugel muß einen steileren Anstieg beim Abschalten überwinden und liegt im Betrieb fester in der Kalotte als auf einer schrägen Auflauffläche.

Dabei ist es weiter vorteilhaft, daß die Schaltstifte in der Drehmomentübertragungsposition der Kugeln am anderen Ende der bogenförmigen Ausnehmung im Schaltring anliegen und so zu einer stabilen Arbeitsstellung der Kugeln beitragen.

Ein Ausführungsbeispiel der Drehmomentbegrenzungskupplung mit Freilauf nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine Drehmomentbegrenzungskupplung mit Freilauf teilweise im Schnitt, Fig. 2 eine Kupplungsnabe im Schnitt,

Fig. 3 einen Schaltring mit Kugellauf rillen und Schaltflächen,

Fig. 4 die Abwicklung einer Kugellauf rille des Schaltringes mit Mitnehmerprofilen im Schnitt, *5 Fig. 5 eine Prinzipskizze.

Die Drehmomentbegrenzungskupplung mit Freigang besteht im wesentlichen aus der Gelenkgabel 17 mit dem angeformten Kupplungsflansch 2 und dem Kupplungsflansch 3 mit Mitnehmerprofilen.

Beide Flansche 2, 3 sind durch Bolzen 1 miteinander verschraubt. Die auf das Zapfwellenprofil 26 aufgeschobene Kupplungsnabe 6 ist über die Halbringe 16 mit der Gelenkgabel 17 drehbar verbunden. Die Kupplungsnabe 6 ist flanschartig erweitert und nimmt ^a5 die um 120° versetzten Bohrungen 8 für die Kugeln am Rande seines Umfanges auf. Am inneren Umfangsteil der Kupplungsnabe 6 sind drei um 120° versetzte Bohrungen vorgesehen, welche die Schaltstifte 11 aufnehmen. Die in die Bohrungen für Wälzkörper 8 eingreifenden Kugeln 7 und die Druckfedern 10 der Schaltstifte 11 stützen sich an den durch eine Spannmutter 12 festgelegten Tellerfedern 13 ab. Die in den Bohrungen 8 geführten Kugeln 7 liegen auf dem Grund der Bahnen 23 an. Die Bahnen 23 sind in den Bereich 20, der Freilaufposition und in die Drehmomentübertragungsposition 19 eingeteilt. Die in Kreisabschnitten verlaufenden Bahnen 23 umschließen die ebenfalls in Kreisabschnitten verlaufenden Ausnehmungen 24, die in Auflaufflächen 22 und Schaltflächen 25 übergehen. Die Schaltstifte 11, welche in den Bohrungen 9 des Flansches der Kupplungsnabe 6 geführt sind, greifen unter dem Druck der Federn 10 in die Ausnehmungen 24. An der den Bahnen 23 für die Wälzkörper 7 abgewandten Seite sind Mitnehmerprofile 14 im Schaltring 4 vorhanden, die zur Drehmomentübertragung in die Mitnehmerprofile 14 des Kupplungsflansches 3 eingreifen. Eine Feder 15 stützt sich am Schaltring 4 und am Kupplungsflansch 3 ab. Die äußere Umfangsfläche des Schaltringes 4 ist mit einigen radial verlaufenden Schaltbohrungen 18 versehen.

In Betriebsstellung liegen die Kugeln 7 unter dem Druck der Tellerfedern 13 in den Kugelkalotten 5 der Drehmomentübertragungsposition 19. Die Schaltstifte 11 sind durch die Druckfedern 10 in die Ausnehmung 24 des Schaltringes 4 gedrückt und liegen am anderen Ende 21 der bogenförmigen Ausnehmung 24 des Schaltringes 4 an. Dadurch liegen Schaltring 4 und Kupplungsflansch 3 in Drehrichtung stabilisiert zueinander. Der Schaltring 4 kann sich in dieser Position gegenüber dem Kupplungsflansch 3 nur in Antriebsrichtung verdrehen, wenn er das Drehmoment überschreitet. Entgegengesetzt zur Drehrichtung sind Kupplungsflansch 3 und Schaltring 4 durch die Schaltstifte 11 verriegelt, weil diese aus der Bohrung 9 in der Kupplungsnabe 3 kommend unter dem Druck ihrer Federn 10 in die kreisbogenförmigen Ausnehmungen 24 des Schaltringes 4 eingerastet sind.

Die Verbindung zur Drehmomentübertragung zwischen Schaltring 4 und Kupplungsflansch 3 ist durch den Eingriff der Mitnehmerprofile 14 ineinander hergestellt, wobei die Freigangfeder 15 für den Schaltring 4 zusammengedrückt ist.

Die Kupplungsnabe 6 ist drehfest auf das Zapfwellenprofil 26 des Schleppers geschoben und die Gelenkgabel 17 mit der Gelenkwelle des Gerätes verbunden. Bei Einschalten des Antriebes wird das Drehmoment über die Kupplungsnabe 6 und die in den Bohrungen 8 geführten, unter dem Druck der Tellerredern 13 in die Kugelkalotten 5 gedrückten Kugeln 7 auf den Schaltring 4 übertragen. Dieser ist über die Mitnehmerprofile 14 mit dem Kupplungsflansch 3 undrehbar verbunden und leitet das Drehmoment über die Gelenkgabel 17 auf die Gelenkwelle des Gerätes weiter.

Tritt eine Betriebsstörung ein, so daß die Gelenkwelle des Gerätes einen zu großen Widerstand überwinden muß, dann steigt das Drehmoment bis zu einem zulässigen Wert an und dreht bei Überschreitung des Grenzwertes die Kugeln 7 gegen den Druck der Tellerfedern 13 über den höchsten Punkt der Bahnen 23 im Schaltring 4 hinaus.

Anschließend fallen die Kugeln 7 in die Freilaufposition 20 der Bahnen 23 ein. Die Freigangfeder 15 für den Schaltring 4 wirkt sich aus und drückt den Schaltring 4 in Richtung Tellerfedern 13 weg. Dabei kommen die Mitnehmerprofile 14 des Kupplungsflansches 3 außer Eingriff mit denen des Schaltringes 4, und die Kupplung läuft im Freilauf weiter. Durch diese Funktion wird das Gerät vor Beschädigung geschützt.

Zum erneuten Drehmomentaufbau wird der Antrieb abgeschaltet und ein Schaltstift von der Seite her in die Schaltbohrung 18 des Schaltringes 4 gesteckt. Dann wird der Schaltring 4 der Drehrichtung entgegengesetzt gedreht, bis die Kugeln 7 wieder in Drehmomentübertragungsposition 19 liegen; dabei gleitet der abgefederte Schaltstift 11 auf die schräge Auflauffläche 22 und erreicht die Schaltfläche 25. Da die Druckfeder 10 für den Schaltstift 11 stärker ist als die Feder 15 für den Schaltring 4, wird der Schaltring 4 gegen den Kupplungsflansch 3 gedrückt, bis beim weiteren Drehen des Schaltringes 4 die Mitnehmerprofile 14 des Schaltringes 4 in die des Kupplungsflansches 3 einfallen und die Kugeln 7 mit den Kugelkalotten 5 wieder in Drehmomentübertragungsposition 19 stehen.

Am Ende der Schaltbewegung rutschen die Schaltstifte 11 unter dem Druck der Federn 10 wieder in die Position am anderen Ende 21 der bogenförmigen Ausnehmung 24. Der Antrieb kann wieder eingeschaltet werden.

Mit Hilfe einer auf den Schaltring wirkenden mechanischen oder magnetisch gesteuerten Bremse kann auch bei laufendem Antrieb das Drehmoment erneut aufgebaut werden, indem der Schaltring abgebremst wird.

Dabei führt die Kupplungsnabe 6 eine Relativbewegung gegenüber dem Schaltring 4 aus. Die Schaltstifte 11 gleiten auf der Auflauffläche 22 hoch auf die Schaltfläche 25 und drücken mit ihren Federn 10, welche stärker als die Freigangfeder 15 sind, den Schaltring 4 gegen den Kupplungsflansch 3, bis die Mitnehmerprofile 14 miteinander im Eingriff stehen. Gleichzeitig haben die Kugeln 7 die Drehmoment-

Übertragungsposition 19 erreicht und werden durch die Tellerfedern 13 in die Kugelkalotten 5 gedrückt. Zur Stabilisierung der Arbeitsstellung der Kupplung sind die Schaltstifte 10, nachdem sie über die Schaltfläche 25 hinausgedreht wurden, unter dem Druck ihrer Federn 10 am anderen Ende 21 der bogenförmigen Ausnehmung 24 eingerastet. Die Kupplung ist wieder voll betriebsfähig.

Bezugszeichenliste

1 Bolzen

2 Kupplungsflansch

3 Kupplungsflansch

4 Schaltring

5 Kugelkalotte

6 Kupplungsnabe

7 Wälzkörper

8 Bohrung für Wälzkörper

9 Bohrung für Schaltstift - 10 Druckfeder für Schaltstift

11 Schaltstift

12 Spannmutter 13 Tellerfedern

14 Mitnehmerprofile

15 Freigangfeder

16 Halbringe

17 Gelenkgabel

ίο 18 seitliche Schaltbohrung

19 Drehmomentübertragungsposition

20 Freilaufposition

21 anderes Ende der bogenförmigen Ausnehmung

22 Auflauffläche 23 Bahnen

24 bogenförmige Ausnehmung

25 Schaltfläche

26 Profil für Zapfwelle

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Drehmomentbegrenzungskupplung, bestehend aus einem treibenden und einem getriebenen Kupplungsteil, wobei zwischen beiden ein Schaltring zur Drehmomentübertragung angeordnet ist und de"r Schaltring axial verschiebbar und mit dem einen Kupplungsteil über Mitnahmeprofile in Eingriff und durch Axialverschiebung bei Überschreitung eines bestimmten Drehmomentes außer Eingriff bringbar ist und wobei federbelastete Schaltstifte für den Schaltvorgang vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der andere, als Kupplungsnabe (6) ausgebildete Kupplungsteil umfangsverteilte Bohrungen (8) aufweist, in denen federbelastete Wälzkörper (7) angeordnet sind, die in Vertiefungen des Schaltringes (4) eingreifen, wobei die Vertiefungen als jeweils über einen Teil des Schaltringumfanges verlaufende Bahnen (23) ausgebildet sind, die je eine Drehmomentübertragungsposition (19) und Freilaufposition (20) aufweisen und daß die der Kupplungsnabe (6) zugeordneten Schaltstifte (11) in je eine bogenförmige Ausnehmung (24) des Schaltringes (4) eingreifen, wobei deren ansteigendes Ende als Auflauffläche (22) für den Schaltstift (11) dient und deren anderes Ende (21) die Drehmomentübertragungsposition (19) sichert.