DE3004991A1

DE3004991A1 - Ueberlastkupplung zum uebertragen eines begrenzten drehmomentes

Info

Publication number: DE3004991A1
Application number: DE19803004991
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Schaan Frick
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 1980-02-11
Filing date: 1980-02-11
Publication date: 1981-08-20
Also published as: NL8006796A; ES264745Y; GB2069073A; IT1135174B; JPS56120828A; SE8100461L; ES264745U; FR2475658A1; IT8119322A0

Description

DR. BERG blPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. £CHWAB£ DR. DR. SANDMAIR

Postfach 860245 ■ 8000 München 86

11. Feb. 1980

Anwaltsakte: 30 723

HILTI AG
Schaan / Fürstentum Liechtenstein

Überlastkupplung zum Übertragen eines begrenzten Drehmomentes

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r (0*9)981272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bink München 4410122850

9S8273 BEROSTAPFPATENT Manchen (BLZ 7O02O01I) Swift Code: HYPO DE MM

918274 TELEX: Biyet Verelnsbank Manchen 453100 (BLZ 70020270)

983310 0524560 BERQ d Postscheck Manchen 65343-80· (BLZ 70010080)

3004331

HILTI AKTIENGESELLSCHAFT IN SCHAAN (Fürstentum Liechtenstein)

üeberlastkupplung zum Uebertragen eines begrenzten Drehmomentes

Die Erfindung betrifft eine Üeberlastkupplung zum uebertragen eines begrenzten Drehmomentes zwischen zwei koaxial zueinander angeordneten, im wesentlichen scheibenförmigen Triebteilen, wobei im ersten Triebteil Kugeln gelagert sind, welche die dem zweiten Triebteil benachbarte Stirnfläche überragen und unter Federkraft je in eine korrespondierende Rastöffnung der Stirnfläche des zweiten Triebteiles eingreifen.

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Bei motorisch angetriebenen Handwerkzeugen, wie beispielsweise Bohrhämmern, ist aus Sicherheitsgründen im Drehantrieb zwischen Motor und Werkzeug eine Kupplung vorzusehen, die bei allfälligem Blockieren des Werkzeuges den Kraftfluss zwischen Motor und Werkzeug unterbrechen soll.

Zu diesem Zwecke sind in Handwerkzeugen zumeist Kugelrastkupplungen eingesetzt. Eine solche bekannte Kupplung besteht beispielsweise aus zwei scheibenförmigen Triebteilen, die miteinander auf gleicher Achse über federbelastete Kugeln in drehschlüssiger Verbindung stehen. Die Kugeln übernehmen zugleich das gegenseitige axiale Abstützen der Triebteile, so dass es zur Erzielung einer gleichmässigen Druckverteilung üblich ist, eine Vielzahl von Kugeln einzusetzen. Dadurch lässt sich der spezifische Druck pro Kugel herabsetzen, was sich auf den Verschleiss positiv auswirkt.

Die auf einer vorgeschriebenen Kreisbahn des ersten Triebteiles in gleichmässigem Winkelabstand gelagerten Kugeln sind, jede für sich, federbelastet und ragen in gekuppeltem Zustand in korrespondierend angeordnete Rastöffnungen in der Stirnseite des anderen Triebteiles. Wird das durch den Eingriff der Kugeln in die Rastöffnungen definierte begrenzte Drehmoment überschritten - wie dies beispielsweise beim Blockieren des Werkzeuges im Bohrgut der Fall ist -, so werden die Kugeln gegen deren Federkraft aus den Rastöffnungen gedrängt, woraufhin sich die Triebteile gegenseitig verdrehen. Dieses gegenseitige Verdrehen erfolgt unter einem im Vergleich zum Auslösemament der Kupplung relativ hohen Leerlaufmoment, da alle Kugeln pro Relativumdrehung der Triebteile nacheinander zusammen in alle Rastöffnungen einfallen, was rasch aufeinanderfolgende, markante Kupplungsimpulse verursacht. Diese werden über den Handgriff an den Handhabenden abgegeben, wodurch dieser einer beachtlichen Gefährdung ausgesetzt ist - man denke an den Einsatz des Handwerkzeuges auf einer Leiter.

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- y-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ueberlastkupplung zum Uebertragen von Drehmomenten zu schaffen, die sich durch ein niederes Leerlaufmoment auszeichnet.

Erfindungsgemäss wird die'Aufgäbe dadurch gelöst, dass die Kugeln samt ihren korrespondierenden Rastöffnungen in unterschiedlichem radialem Abstand vom Zentrum der Triebteile angeordnet sind.

In gekuppeltem Zustand ist jede der Kugeln in die ihr zugeordnete Rastöffnung eingetaucht. Bei Ueberschreiten des durch den Rasteingriff der Kugeln definierten begrenzten Drehmomentes zwischen den Triebteilen werden alle Kugeln, wie bei bekannten Ueberlastkupplungen, von den Rastöffnungen gegen die Federkraft ausgerückt, so dass sich in der Folge die Triebteile relativ zueinander verdrehen können. Da sich die Kugeln und die Rastöffnungen miteinander korrespondierend in unterschiedlichem radialem Abstand zum Zentrum der Triebteile befinden, kommt es beim gegenseitigen Verdrehen der Triebteile nur nach jeder vollständigen Relativverdrehung zu einem neuerlichen Rasteingriff aller Kugeln.

Zur Erzielung eines kraftvollen Kupplungseingriffs sowie geringen Verschleisses ist es beispielsweise auch möglich, paarweise oder gruppenweise mehrere Kugeln beziehungsweise Rastöffnungen in gleichen radialen Abständen vom Zentrum der Triebteile anzuordnen. Im Vergleich zu bekannten Kugelrastkupplungen ist aber das Leerlaufmoment m jedem Falle um ein Vielfaches kleiner und damit für den Handhabenden nicht gefährdend.

Zum Lösen der voran definierten Erfindungsaufgabe ist es alternativ auch zielführend, die Kugeln samt ihren korrespondierenden Rastöffnungen zueinander unterschiedlich winkel— versetzt auf einer einzigen Kreisbahn anzuordnen. Diese Ausbildung zeichnet sich vor allem durch die Möglichkeit der radial auf ein Minimum begrenzbaren Bauweise der Ueberlastkupplung aus.

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Die unterschiedliche Winkelversetzung stellt sicher, dass alle Kugeln nur in einer relativen Drehstellung der Triebteile zueinander in alle Rastöffnungen eintauchen können. Durch entsprechend unregelmässige Winkelwahl lässt sich ein sehr niederes Leerlaufmoment erreichen, indem während jeder Relativverdrehung der Triebteile nacheinander gleichzeitig nur jeweils eine Kugel in eine Rastöffnung eintaucht - es kommt also nur zu kleinsten Kupplungsimpulsen im Leerlauf.

Auch bei der erstangeführten Kupplungsausbildung mit unterschiedlichem radialem Abstand der Kugeln und Rastöffnungen vom Zentrum der Triebteile ist es gleichermassen von Vorteil, zwischen den Kugeln, und analog auch zwischen den korrespondierenden Rastöffnungen, unterschiedliche Winkelversetzungen vorzusehen. Dadurch lässt sich das einseitige Belasten der Triebteile durch die federbelasteten Kugeln vermeiden. Hierzu ist der Winkel zwischen den Kugeln beziehungsweise Rastöffnungen mit grossem radialem Abstand zweckmässig grosser als jener zwischen den Kugeln mit demgegenüber kleinem radialem Abstand zu wählen. Durch die besagte Winkelversetzung wird zudem erreicht, dass bei paarweisem oder gruppenweisem Anordnen von Kugeln beziehungsweise Rastöffnungen in gleichen radialen Abständen vom Zentrum der Triebteile während deren ReIatiwerdrehung die Kugeln nur einzelnen in den Bereich einer zugehörigen Rastöffnung gelangen können. Diese Anordnung ermöglicht den Einsatz einer hohen Anzahl von Kugeln bei relativ gedrängter Bauweise der Ueberlastkupplung, wobei ein signifikant niederes Leerlaufmoment erzielbar ist.

Eine besonders einfache und funktionell vorteilhafte Ausbildung wird nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung erreicht, wenn zur Erzeugung der Federkraft für die Kugeln eine Druckfeder vorgesehen ist, welche sich an einer an allen Kugeln aufliegenden Andrückscheibe abstützt. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Andrückscheibe selbst als scheibenförmige Druckfeder auszubilden. Um ein Ausrücken

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der Kugeln aus den Rastöffnungen zu ermöglichen, ist die Andrückscheibe gegenüber dem die Rastöffnungen aufweisenden Triebteil entweder axial verschieblich gelagert oder, im Falle der Ausbildung als Druckfeder, elastisch ausweichbar. Die Kugeln sind ihrerseits vorzugsweise in Durchtrittsbohrungen des einen Triebteiles axial verschieblich gelagert und überstehen dessen beide Stirnflächen, so dass jede Kugel einerseits in eine Rastöffnung einzuragen vermag und andererseits hierzu von der Andrückscheibe beaufschlagbar ist.

Die konstruktive Einfachheit dieser Ausbildung wird vor allem dadurch erreicht, dass das Beaufschlagen der Kugeln durch nur eine Druckfeder erfolgt, während bei bekannten Kupplungen jeder Kugel eine separate Druckfeder zugeordnet ist. Als massgeblicher funktioneller Vorteil erweist es sich, dass nur bei jeder vollständigen relativen Verdrehung der Triebteile um 360 Grad die Druckfeder die Kugeln - und zwar alle - in Eingriff mit den Rastöffnungen bringt. In jeder relativen Zwischenverdrehstellung befinden sich zumindest die meisten Kugeln abseits von Rastöffnungen auf ihrer kreisförmigen Bahn und halten so die Andrückscheibe in entfernterer Distanz-Position zu dem die Rastöffnungen beinhaltenden Triebteil. Kommt also während des relativen Verdrehens beider Triebteile diese oder jene Kugel in den Bereich einer auf ihrer kreisförmigen Bahn liegenden Rastöffnung, so kann die Andrückscheibe, da diese an den ausgerückten anderen Kugeln aufliegt, diese einzelne Kugel nicht in deren Rastöffnung einrücken.

Der Abrollwiderstand der Kugeln bei relativem Verdrehen der Triebteile lässt sich vorzugsweise durch drehbares Lagern der Andrückscheibe gegenüber den Triebteilen verkleinern. Dies trägt ebenso zur Herabsetzung des Leerlaufmomentes bei.

Die Erfindung soll nunmehr anhand einer sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

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Fig. 1 eine Ueberlastkupplung in eingekuppeltem Zustand, in Schnittdarstellung;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Ueberlastkupplung

gemäss Fig. 1, entsprechend dem Schnittverlauf II-II.

Die in Fig. 1 dargestellte Ueberlastkupplung ist auf einer Welle 1 angeordnet und weist einen treibenden scheibenförmigen Triebteil 2 mit einem Zahnkranz 2a und einem gesamthaft mit 3 bezeichneten anzutreibenden Triebteil auf. Letzterer besteht aus einer als Käfig für mehrere Kugeln 4 dienenden Scheibe 5, die über eine Gewindeverbindung auf einer Nabenscheibe 6 festgelegt ist. Die Nabenscheibe 6 ist über eine Gleitfeder 7 mit der Welle 1 drehfest und axial verschieblich verbunden. Auf der Welle 1 sitzt ferner, axial unverschieblich, eine Schulterbüchse 8, an der sich eine als Tellerfeder ausgebildete Druckfeder 9 abstützt. Letztere drückt gegen einen Zwischenring 11, der seinerseits an der Nabenscheibe 6 anliegt. Auf der Nabenscheibe 6 sitzt drehbar eine Andrückscheibe 12, zu deren Lagerung ein Wälzlager 13 dient, das auf einer kreisringförmigen Fläche 6a der Nabenscheibe 6 abrollen kann. Ueber das Wälzlager 13 wird die von der Druckfeder 9 abgegebene Kraft auf die Andrückscheibe 12 und von dieser auf die Kugeln 4 übertragen, wodurch letztere gegen die innere Stirnfläche 2b des treibenden Triebteiles 2 gedrückt werden. Im gekuppelten Zustand ragen die Kugeln 4 in kegelige Rastöffnungen 14 und bewirken so eine drehschlüssige Verbindung der beiden Triebteile 2, 3 unter einem durch die Federkraft begrenzten Dreh- beziehungsweise Kupplungsmoment .

Um eine möglichst hemmungsfreie Drehlagerung der Triebteile zu erreichen, ist der Triebteil 2 stirnseitig über eine Lagerscheibe 15 an einer Schulter der Welle 1 abgestützt. Ferner sitzt der Triebteil 2 unter Zwischenlage einer Lagerbüchse 16 auf der Nabenscheibe 6.

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Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, sind in der Scheibe 5 sechs Kugeln 4 in Durchtrittsbohrungen 17 gefasst, wobei die Kugeln vom Zentrum der Welle 1 in unterschiedlichem radialem Abstand sowie unterschiedlich winkelversetzt angeordnet sind. In gleicher Anordnung wie die Kugeln 4 befinden sich ebenso sechs Rastöffnungen 14 in der Stirnfläche 2b des Triebteiles 2.

Wird, beispielsweise zufolge Verklemmens des Werkzeuges im Bohrgut, der Triebteil 3 zu stark gebremst oder blockiert, so hat das ein Ueberschreiten des besagten begrenzten Drehmomentes zwischen den Triebteilen zur Folge und die Kugeln werden mit Beginn des gegenseitigen Verdrehens der Triebteile 2, 3 aus den Rastöffnungen 14 gedrängt. Dabei wird von den Kugeln 4 die Andrückscheibe 12, das Wälzlager 13, der Triebteil 3 und der Zwischenring 11 um einen der Tiefe der Rastöffnungen 14 entsprechenden Weg axial gegen die Druckfeder 9 verschoben. Bei weiterem relativem Verdrehen der Triebteile 2, 3 laufen die Kugeln 4 an der Stirnfläche 2b auf deren radialen Abstand vom Zentrum der Welle 1 entsprechenden Kreisbahnen ab. Erst nach jeder vollständigen Relativverdrehung der Triebteile 2, 3 gelangen wieder alle Kugeln 4 in Deckung mit allen Rastöffnungen 14, um abermals einzurasten. Im Gegensatz zu bekannten Kuppplungen kommt es bei der erfindungsgemässen Üeberlastkupplung im Leerlauf also nur nach jeder vollständigen Relativumdrehung zu einem Kupplungsimpuls. Damit ist ein sehr niederes Leerlaufmoment erzielbar, wobei hierzu im besonderen auch das Wälzlager 13 beiträgt, indem dieses ein annähernd hemmungsfreies Verdrehen der Andrückscheibe 12 gegenüber dem Triebteil 3 ermöglichen und dadurch klassisches Abrollen der Kugeln 4 zwischen der Stirnfläche 2 und der Andrückscheibe 12 erfolgt*.

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Leerseite

Claims

DR. BERG D I PL.-I N G. ST APF DIPL.-ING. SCHWABS CR. DR. SANDMAIR Anwaltsakte: 30 723 ρ at u ι; ϊ ,··,;: \. A lt ε

• MOWCHEN 80 · MAUERKIRCHERSTR.48

Patentansprüche

Ueberlastkupplung zum Uebertragen eines begrenzten Drehmomentes zwischen zwei koaxial zueinander angeordneten, im wesentlichen scheibenförmigen Triebteilen, wobei im ersten Triebteil Kugeln gelagert sind, welche die dem zweiten Triebteil benachbarte Stirnfläche überragen und unter Federkraft je in eine korrespondierende Rastöffnung der Stirnfläche des zweiten Triebteiles eingreifen, dadurch gekennzeichnet , dass die Kugeln (4) samt ihren korrespondierenden Rastöffnungen (14) in unterschiedlichem radialem Abstand vom Zentrum der Triebteile (2, 3) angeordnet sind.

Überlastkupplung, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (4) samt ihren korrespondierenden Rastöffnungen (14) zueinander unterschiedlich winkelversetzt angeordnet sind.

ueberlastkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Federkraft für die Kugeln (4) eine Druckfeder (9) vorgesehen ist, welche sich an einer an allen Kugeln aufliegenden Andrückscheibe (12) abstützt.

ueberlastkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückscheibe (12) gegenüber den Triebteilen (2, 3) drehbar gelagert ist.

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