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Freischalt-Sicherheitskupplung
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mit selbsttätiger Wiedreinrastung Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Sicherheitskupplung gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 oder 6.
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Eine solche Sicherheitskupplung ist aus der DE-OS 28 28 809 bekannt.
Bei dieser Sicherheitskupplung sind auf einer Nabe zwei Kupplungshälften angeordnet,
wobei die eine Kupplungshälfte drehstarr, aber axial verschieblich mit der Nabe
verbunden ist, und die andere Kupplungshälfte mit der erstgenannten über in der
Trennebene angeordnete, von einem Kugelkäfig geführte Kugeln in drehmomentübertragender
Beziehung steht. Die axial verschiebliche Kupplungshälfte wird durch einstellbare
Tellerfedern in Richtung auf die andere Kupplungshälfte vorgespannt. Die Kugeln
sitzen in kleinen Kugelsenkungen, die in den beiden einander zugewandten Stirnflächen
der Kupplungshälften vorgesehen sind. Übersteigt das von der Nabe über die eine
Kupplungshälfte zur anderen Kupplungshälfte zu übertragende Drehmoment den eingestellten
Wert, so treten die Kugeln bei einer gleichzeitigen
Axialverschiebung
der einen Kupplungshälfte aus den kleinen Kugelsenkungen aus und laufen auf der
gemeinsamen, zur Kupplungsachse konzentrischen Bahn um, bis sie in sehr viel größere
Kugelsenkungen auf dieser Bahn einfallen. Da die eine Kupplungshälfte außerdem über
ein Axiallager gegenüber der anderen Kupplungshälfte abgestützt ist, kann danach
kein Drehmoment mehr zwischen den Kupplungshälften übertragen werden, so daß die
Sicherheitskupplung freigeschaltet ist.
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Zum Wiedereinrasten der Sicherheitskupplung muß der Kugelkäfig von
Hand oder mittels eines entsprechenden Werkzeuges wieder so gegenüber den beiden
Kupplungshälften zurückgedreht werden, daß die Kugeln in den genannten kleinen Kugelsenkungen
sitzen.
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Diese bekannte Lösung einer Freischalt-Sicherheitskupplung hat insbesondere
den Nachteil, daß das Wiedereinrasten von Hand entgegen der Federwirkung der Teller
federn durchgeführt werden muß. Es kommt hinzu, daß das Einrastmoment etwa 30 %
des Freischaltmomentes beträgt, d.h. bei höheren eingestellten Freischaltmomenten
kann das manuelle Wiedereinrasten sehr schwierig oder gar unmöglich werden, da das
Einrastmoment zu groß wird.
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Außerdem kommt es häufig vor, daß die Sicherheitskupplung an einer
relativ schlecht oder überhaupt nicht zugänglichen Stelle in einer Maschine oder
Vorrichtung eingebaut ist, d.h. im
Einbauzustand kann der Zugriff
zur Kupplung für das Einrasten unter Umständen unmöglich werden.
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Hiernach ist es die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe,
eine Sicherheitskupplung der eingangs geschilderten Art derart auszubilden, daß
die Wiedereinrastung selbsttätig und per Fernsteuerung vorgenommen werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 oder alternativ durch
die im Patentanspruch 6 angegebene Merkmalskombination gelöst.
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Durch die Ausbildung der Sicherheitskupplung nach dem ersten Lösungsprinzip
ist es lediglich notwendig, nach dem Freischalten der Sicherheitskupplung mit Hilfe
des über geeignete Zuführleitungen herangeführten Druckmittels den Lüfthub mit Hilfe
des Lüftmechanismusses zu erzeugen und die beiden Kupplungshälften im Kriechgang
gegeneinander zu verdrehen, bis die Einrastvorrichtung die eine Kupplungshälfte,
den Kugelkäfig und die andere Kupplungshälfte wieder in der richtigen Drehstellung
zueinander fixiert hat, in der die kleinen Kugelsenkungen in den einander zugewandten
Stirnflächen der Kupplungshälften und die Kugeln axial aufeinander ausgerichtet
sind, wonach der Lüftmechanismus und die Einrastvorrichtung deaktiviert werden.
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Damit ist diese Sicherheitskupplung wieder betriebsbereit. Ein besonderer
Vorteil dieses Lösungsprinzips liegt darin, daß die Wiedereinrastung synchron, d.h.
winkelgetreu erfolgt.
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Bei der Sicherheitskupplung nach dem zweiten Lösungsprinzip braucht
die Verriegelungsvorrichtung nach dem Freischalten nur noch durch geeignete Mittel
entriegelt zu werden, wonach die Kupplung sofort von selbst aufgrund der Federvorspannung
der axial verschieblichen Kupplungshälfte in die wiedereingerastete Betriebsstellung
zurückspringt. Der besondere Vorteil dieses Lösungsprinzips ist in der Schnelligkeit
der Wiedereinrastung und in der Tatsache zu sehen, daß ein Verdrehen der Kupplungshälften
gegeneinander im Kriechgang nicht erforderlich ist.
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Mit Hilfe eines elektrischen Endschalters kann in bekannter Weise
bei beiden Lösungsprinzipien die Axialverschiebung der einen Kupplungshälfte beim
Freischalten abgefühlt werden.
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Das sich daraus ergebende Signal kann für verschiedene Zwecke benutzt
werden, so etwa zum Stillsetzen des Antriebes und/oder zum Ingangsetzen einer Steuerung,
die das Wiedereinrasten der Kupplung vornimmt.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen
beschrieben. In diesen ist Fig. 1 ein Schnitt durch eine Sicherheitskupplung nach
dem ersten Lösungsprinzip zum selbsttätigen Wiedereinrasten, Fig. 2 zeigt eine Einzelheit
daraus, nämlich die Zufuhr des Druckmittels zum Zylinder 24 und die radiale Fixierung
des
Lüftkolbens 1 gegenüber dem Schaltteil 12 mittels Nut und Paßfeder; Fig. 3 und 4
zeigen einen Ausschnit einer Abwicklung, gesehen in Richtung des Pfeiles Z der Fig.
1; Fig. 3 zeigt die Verhältnisse in freigeschaltetem oder ausgerastetem Zustand;
und Fig. 4 zeigt die relative Anordnung der Bauteile nach dem Ausrichten derselben
mit Hilfe des Einrastbolzens 5, d.h. kurz vor dem endgültigen Wiedereinrasten; Fig.
5 ein Schnitt durch eine erste Ausführungsform der Sicherheitskupplung nach dem
zweiten Lösungsprinzips zum selbsttätigen Wiedereinrasten; Fig. 6 ein Schnitt durch
eine zweite Ausführungsform der Sicherheitskupplung nach dem zweiten Lösungsprinzip
zum selbsttätigen Wiedereinrasten; Fig. 7a ein Teilschnitt längs des Kreises,der
durch die zur Drehmomentübertragung vorgesehenen Kugeln des zweiten Lösungsprinzips
gelegt ist, und zwar im eingerasteten Zustand der Kupplung; Fig. 7b eine ähnliche
Darstellung wie zuvor, aber zum Zeitpunkt des Ausrastens der Kupplung bei Überschreiten
des eingestellten Drehmomentes, und Fig. 7c eine ähnliche Darstellung wie zuvor,
jedoch im freigeschalteten Zustand der Kupplung nach dem zweiten Lösungsprinzips.
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Zunächst wird das erste Lösungsprinzip unter Bezugnahme auf die beigefügten
Fig. 1 - 4 beschrieben.
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Auf einer mit einer Keilnut versehenen Nabe 11 sind zwei Kupplungshälften,
d.h. der Druckflansch 13 und das Schaltteil 12 konzentrisch angeordnet. Das Schaltteil
12 ist axial verschieblich aber drehstarr mit der Nabe 11 verbunden, und zwar über
die Klauen 17, welche in entsprechende Nuten am Außenumfang der Nabe 11 eingreifen.
Das Schaltteil 12 wird durch Tellerfedern 15, deren Vorspannung von einer Einstellmutter
10 auf der mit einem Außengewinde versehen Nabe 11 bestimmt wird, in Richtung auf
den Druckflansch 13 beaufschlagt. Zwischen dem Schaltteil 12 und dem Druckflansch
13 sind Kugeln 14 vorgesehen, die von einem Kugelkäfig 4 geführt werden und im eingerasteten
Zustand in kleinen Kugelsenkungen 21 im Druckflansch bzw. im Schaltteil sitzen.
Axial zwischen diesen beiden Kupplungshälften sitzt außerdem ein Axiallager 18,
dessen axiale Bauhöhe im wesentlichen dem Abstand der genannten Kupplungshälften
im eingerasteten Zustand entspricht.
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Zwischen dem Druckflansch 13 und einem Radialflansch 19 der Nabe 11
ist ein weiteres Axiallager 16 vorgesehen. Außerdem ist ein Gleitlager 22 zur radialen
Festlegung des Druckflansches 13 vorgesehen.
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Im eingerasteten Zustand der Kupplung dienen die Kugeln 14 in der
in Fig. 1 gezeigten Stellung zur übertragung des
Drehmomentes von
der einen Kupplungshälfte auf die andere Kupplungshälfte. Dabei sitzen die Kugeln
wie dargestellt in kleinen Kugelsenkungen 21 im Druckflansch 13 bzw. im Schaltteil
12. Im konkreten, dargestellten Ausführungsbeispiel sind dre Kugeln vorgesehen.
Auf der von diesen Kugeln 14 bestimmten konzentrischen Bahn sind auf einer oder
beiden Seiten (in Umfangsrichtung) einer jeden kleinen Kugelsenkung 21 sehr viel
größere Kugelsenkungen 20 (Fig. 3) vorgesehen, in die die Kugeln 14 beim Auslösen
der Kupplung beim Rechtslauf bzw. Linkslauf einfallen derart, daß die gegenüberliegende
Kupplungshälfte sich frei drehen kann.
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Die so weit beschriebene Sicherheitskupplung funktioniert wie folgt.
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Das Drehmoment geht von der Nabe 11 über die vier Mitnhmerklauen 17
am Schaltteil sowie über das Schaltteil 12 selbst und die Kugeln 14 zum Druckflansch
13. Mit diesem Druckflansch können diejenigen Bauelemente verbunden werden, deren
Drehmoment zu begrenzen ist, also je nach Bedarf entweder die Antriebsflansche für
den zweiten Wellenstumpf oder Antriebselement wie Kettenräder, Zahnräder usw.
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An der Einstellmutter 10 wird über die Tellerfedern 15 das Ausrastmoment
eingestellt. Je höher der axiale Druck der Tellerfedern ist, desto größer ist das
eingestellte Drehmoment.
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Wenn das Arbeitsmoment über das eingestellte Drehmoment ansteigt,
verschiebt sich das Schaltteil 12 entgegen dem Druck der Tellerfedern 15 in axialer
Richtung, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Kugeln 14 wegen des ansteigenden
Drehmomentes nicht mehr in den kleinen Kugel senkungen verbleiben, sondern aus diesen
austreten und auf der koaxialen Bahn ein kleines Stück umlaufen, bis sie in die
großen Kugelsenkungen 20 einfallen. Hierbei rückt das Schaltteil 12 wieder in die
alte axiale Stellung ein, stützt sich dann aber am Axiallager 18 ab und kann frei
auslaufen.
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Im eingerasteten Zustand wird das Schaltteil 12 durch die Tellerfedern
15, die Kugeln 14, den Druckflansch 13 und das Axiallager 16 gegen den Raida.lflansch
19 der Nabe 11 gedrückt.
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Im ausgerasteten Zustand, d.h. wenn die Kupplung frei ausläuft, wird
das Schaltteil 12 durch die Federn 15 gegen das Axiallager 18, den Druckflansch
13 und das Axiallager 16 sowie gegen den Radialflansch 19 der Nabe 11 gedrückt.
Dies geschieht dadurch, daß die Kugeln 14 wie erläutert aus den kleinen Kugelsenkungen
21 im Druckflansch ausgetreten und in die tieferen bzw. gro-Beren Kugel senkungen
20 im Druckflansch ausgewandert sind, wodurch das Schaltteil 12 gegen das Axiallager
18 in Anlage kommt.
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Der Kugelkäfig 4 legt den gleichen Weg zurück wie die Kugeln 14, wenn
diese in die großen Kugelsenkungen 20 des Druckflansches 13 wandern.
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Das Wiedereinrasten der Sicherheitskupplung kNlnn dadurch erreicht
werden, daß die drei Teile der Kupplung, d.h. der Druckflansch, der Kugelkäfig und
das Schaltteil wieder in die richtige Relativlage zueinander zurückbewegt werden,
in der die Kugeln 14 in dcr Kugelsenkungen 21 liegen. Zu diesem Zweck weist der
Kugelkäfig 4 einen radial über den Durchmzsser des Schaltteiles 12 bzw. des Druckflansches
13 vorstehenden Umfangsflansch auf, der mit einer Kugelkäfigbohrung 3 versehen ist.
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Diese weist im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Winkelabstand
von 300 zu einer Kugel 14 im Kugelkäfig 4 auf (vgl.
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Fig. 3).
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Auf dem Umfang des Druckflansches 13 ist ein konzentrischer, mit dem
Druckflansch fest verbundener Stützring 3 vorgesehen (Stützring und Druckflansch
könnten auch einstückig ausgebildet sein), der auf dem gleichen Durchmesser wie
die Kugelkäfigbohrung 8 eine Einrastbohrung 7 aufweist, d.h. die Bohrungen 7 und
8 können in eine solche Relativlage zueinander gedreht
werden,
daß sie miteinander fluchten.
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In der Nähe des Außenumfanges des Stützringes 3 an der nach innen
weisenden Stirnfläche ist eine konzentrische Kugelumlaufbahn für Kugeln 23 vorgesehen,
an denen sich in noch zu beschreibender Weise ein Lüftkolben 1 abstützt. Der Lüftkolben
ist an seiner dem Stützring 3 zugewandten Stirnfläche stufig ausgebildet, um dem
einen kleineren Durchmesser aufweisenden Umfangsflansch des Kugelkäfigs 4 Platz
zu lasen bzw. um sich auswärts von diesem Umfangsflansch mit dem axial vorstehenden
Teil an den Kugeln 23 abzustützen. Es sind zahlreiche Kugeln in diese Umlaufbahn
eingesetzt - insbesondere kann die Bahn vollständig mit Kugeln ausgefüllt sein.
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Außen auf dem Schaltteil 12 ist konzentrisch zur Rotationsachse ein
ringförmiges Lüftzylindergehäuse 2 vorgesehen, das einen das Schaltteil 12 umgreifenden
Zylinder definiert, in dem der bereits erwähnte, axial verschiebliche Lüftkolben
1 angeordnet ist, der ebenfalls ringförmig ausgestaltet ist. Der zwischen dem Lüftkolben
und dem Gehäuse 2 ausgebildete Zylinder 24 ist durch geeignete Dichtringe, die in
den Kolben 1 bzw. in das Schaltteil 12 eingelassen sind, gegenüber der Atmosphäre
abgedichtet. Auch am Innendurchmesser des Lüftzylindergehäuses kann eine entsprechende
Ringdichtung vorgesehen sein.
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Der Zylinder 24 kann hydraulisch oder pneumatisch druckbeaufschlagt
werden. Zu diesem Zweck wird, wie etwa in Fig. 1 und 2 angedeutet, das Druckmittel
dem Zylinder 24 über geeignete Bohrungen und Leitungen zugeführt. Diese Zuführung
kann auf verschiedene Weise erfolgen. In Fig. 1 ist beispielsweise angedeutet, daß
die Welle, auf der die Nabe 11 sitzt, mit einer zentralen Bohrung versehen ist,
die das Druckmittel über ein geeignetes Wellendichtungsteil zuführt.
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Im Lüftkolben 1 ist auf dem gleichen Durchmesser wie dem der beiden
Bohrungen 7 und 8 ein axial verschieblicher Einrastbolzen 5 vorgesehen, der von
dem Druck im Zylinder 24 entgegen der Kraft einer Rückholfeder 6 in Richtung auf
die Bohrungen 7 und 8 beaufschlagbar ist. Die Bohrung, in der der Einrastbolzen
5 mit der Rückholfeder 6 sitzt, weist eine quer dazu angeordnete Luftaustrittsbohrung
9 auf. Diese Bohrung ist in einer solchen Lage angeordnet, daß die dem Zylinder
24 zugewandte Fläche des Einrastbolzen gerade dann diese Luftaustrittsbohrung 9
freigibt, wenn er in noch zu beschreibender Weise voll in die Kugelkäfigbohrung
8 und die Einrastbohrung 7 eingetreten ist.
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Die beschriebene Einrastvorrichtung arbeitet wie folgt: Zunächst sei
angenommen, daß die Sicherheitskupplung ausgerastet ist, d.h., daß die Kugeln 14
in die großen Kugelsenkungen 20 eingefallen
sind (vergl. Fig. 3).
Damit befindet sich die Kupplung im freigeschalteten Zustand und das Schaltteil
mit dem Lüftmechanismus steht in beliebiger Winkelstellung zum Druckflansch 13 mit
dem darauf befindlichen Stützring 3. Zum selbsttätigen Wiedereinrasten der Kupplung
wird jetzt dem Zylinder 24 Druckmittel zugeführt, so daß er sich ausdehnt. Da der
Lüftkolben 1 sich auf dem Stützring 3 über die Kugeln 23 abstützt, wird das mit
dem Lüftzylinder fest verbundene Schaltteil 12 um den Lüfthub gegen die Federkraft
der Tellerfedern angehoben. Hierbei begrenzen auf der Nabe befestigte Sperrstücke
25 den Lüfthub X.
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Gleichzeitig mit dem Lüften des Schaltteils 12 aufgrund des in dem
Zylinder 24 angelegten Druckes bewegt sich der Einrastbolzen 5 entgegen der Federkraft
der Rückholfeder 6 in Richtung auf den Umfangsflansch des Kugelkäfigs 4. Da die
Bohrung 8 des Kugelkäfigs 8 sich in der Regel nicht gerade in Ausrichtung mit der
Achse des Einrastbolzens 5 befinden wird, endet die Axialverschiebung des Einrastbolzens
zunächst damit, daß er sich an den genannten Umfangsflansch des Kugelkäfigs anlegt.
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In diesem Zustand, d.h. bei andauernder Druckbeaufschlagung des Lüftkolbens
1 und des Einrastbolzens 5, wird eine Kupplungshälfte (Druckflansch oder Schaltteil)
langsam in oder gegen Ausrastrichtung gedreht, bis die Kupplung unter gleichzeitigem
Luftaustritt durch die Luftaustrittsbohrung 9 von selbst wieder einrastet. Dieser
Vorgang erfolgt im einzelnen wie folgt.
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Bei der Verdrehung der einen Kupplungshälfte relativ zur anderen gleitet
der Einrastbolzen 5 auf dem Umfangsflansch des Kugelka-.
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figs 4 so lange, bis er auf die Kugelkäfigbohrung 8 trifft und durch
diese hindurchfährt. Dabei schlägt der Bolzen an der Stirnfläche des Stützringes
3 an, weil die Einrastbohrung 7 gegenüber der Bohrung 8 um den Winkel (= Winkel
zwischen Senkung 20 und 21 versetzt ist. Bei einer weiteren langsamen Drehbewegung
der einen Kupplungshälfte (Schaltteil 12) wird der Kugelkäfig 4 mitgenommen und
schließlich trifft der Einrastbolzen 5 auch auf die Einrastbohrung 7. Damit dringt
der Einrastbolzen 5 auch in die Bohrung 7 ein, und zwar etwa so weit, daß die Rückholfeder
6 völlig zusammengedrückt wird und somit blockiert (Fig. 4).
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Durch die richtige umfangsmäßige Zuordnung der kleinen Kugelsenkungen
21 im Verhältnis zu den auf die beschriebene Weise in Fluchtung gebrachten Bohrung
7 und 8 wird erreicht, daß die Kugeln 14 gerade gegenüber von diesen kleinen Kugelsenkungen
21 stehen (Fig. 4).
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Durch den ganz nach vorne vorgeschobenen Einrastbolzen 5 wird, wi
schon angedeutet, die Luftaustrittsbohrung 9 freigelegt (Fig. 4), so daß der Druck
aus dem Zylinder 24 entweichen kann. Die Tellerfedern drücken somit das Schaltteil
und den Druckflansch 13 aufeinander zu, bis die Kugeln 14 voll in den beiden kleinen
Kugelsenkungen
21 im Druckflansch und im Schaltteil sitzen.
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Gleichzeitig wird die Druckmittelzufuhr gestoppt bzw. der Zylinder
entlüftet, so daß die Rückholfeder 6 den Einrastbolzen 5 in die Ausgangsposition
zurückdrückt. Somit ist der Einrastvorgang abgeschlossen und die Kupplung wieder
voll betriebsbereit.
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Durch geeignete Steuermittel kann der gesamte Wiedereinrastvorgang
automatisiert werden, worauf aber nicht näher eingegangen wird, da diese nicht Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist.
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Sofern als Antrieb ein Drehstrommotor verwendet wird, kann die Steuerung
des Langsamlaufes mit Hilfe einer sogenannten "Stromspritzerschaltung" erfolgen.
Dem Elektromotor werden über ein einstellbares Zeitglied jeweils kurze Spannungsimpulse
gegeben, die dann ein ruckartiges langsames Fahren des Motors ermöglichen.
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Die Zeitdauer und die Impulsfolge bestimmen dabei die Drehzahl.
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Derartige elektrische Steuerungen gehören zum Stand der Technik, aus
welchem Grund ebenfalls nicht näher darauf eingegangen wird.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Fig. 5, 6 und 7a bis 7c
zwei Ausführungsformen eines weiteren Lösungsprinzips einer Freischalt-Sicherheitskupplung
mit selbsttätiger Wiedereinrastung beschrieben. Gleiche bzw. gleichwirkende Bauteile
sind mit gleichen Bezugszeichen mit einem Bei stich versehen.
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Auf einer Nabe 11' sind auch hierbei zwei Kupplungshälften, d.h. der
Druckflansch 13' und das Schaltteil 12' konzentrisch angeordnet. Das Schaltteil
12' ist axial verschieblich aber drehstarr mit der Nabe 11' verbunden, und zwar
über Klauen 17', welche in entsprechende Nuten am Außenumfang der Nabe 11' zur Drehmomentübertragung
auf diese eingreifen. Das Schaltteil 12' wird in Richtung auf den Druckflansch 13'
über Tellerfedern 15' beaufschlagt, deren Vorspannung von mehreren Gewindestiften
30 bestimmt wird, die in einen Gewindestiftträger 31 eingeschraubt sind. Letzterer
ist auf der Nabe 11' konzentrisch zu dieser befes.tigt. Die Gewindestifte 30 übernehmen
in Verbindung mit dem Gewindestiftträger 31 die Funktion der Einstellmutter 10 der
Kupplung nach dem ersten Lösungsprinzip (Fig. 1 - 4).
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Zwischen dem Schaltteil 12' und dem Druckflansch 13' sind auf dem
Umfang verteilt eine Anzahl von Kugeln 14' vorgesehen, die von einem Kugelkäfig
4' geführt werden und im eingerasteten Zustand der Kupplung in identischen Kugelsenkungen
21'
in den einander zugewandten, zur Nabe konzentrischen Stirnflächen des Druckflansches
13' bzw. des Schaltteiles 12' sitzen. Die Kugelaufnahmebohrungen des Kugelkäfigs
4' sind zu einem noch zu erläuterenden Zweck auf der vom Druckflansch 13' abgewandten
Seite jeweils mit einem Innenbord oder -bund versehen derart, daß die Kugeln 14'
von den Borden 32 im Käfig gehalten werden, d.h. die Kugeln können zumindest in
Richtung der Borde 32 nicht aus den Kugelbohrungen austreten.
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Der Kugelkäfig 4' ist auf einem zum Schaltteil 12' axial vorspringenden,
zur Rotationsachse konzentrischen Absatz 38 gelagert und auf diesem axial in Richtung
auf den Druckflansch 13' federnd vorgespannt. Dies kann beispielsweise -wie dargestellt
- durch einen Sicherungsring 40 und eine Paßscheibe 42 geschehen, wobei zwischen
letzterer und dem Kugelkäfig ein elastischer O-Ring eingelegt ist. Alternativ können
hier auch Tellerfedern oder in axialer Richtung wirkende Druckfedern (Fig. 6) vorgesehen
sein.
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Der Druckflansch 13' ist konzentrisch auf der Nabe 11' angeordnet
und gegenüber dieser sowohl axial als auch radial festgelegt, jedoch relativ dazu
frei drehbar. Dies geschieht mit Hilfe eines zwischen diesen beiden Bauteilen angeordneten
zweireihigen Schrägkugellagers 34, dessen innenliegende Kugelreihe (in Fig. 5 die
rechte) sich gegen eine Außenschulter
35 an der Nabe 11' und eine
Innenschtllter 33 am Druckflansch 13' und dessen außenliegende Kugelreihe sich auf
der anderen Seite der gleichen Außenschulter 35 und einer Innenschulter 33a an einem
am Druckflansch 13' gehaltenen (verschraubten) Lagerring 36 abstützt.
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Anders als bei der Kupplung nach dem ersten Lösungsprinzip sind im
Druck flansch und im Schaltteil nur gleich große Kugelsenkungen 21' vorhanden, und
zwar jeweils in einer den Kugeln entsprechenden Anzahl. Die Kugeln 14' bzw. die
Kugelsenkungen 21' sind in einer solchen Anzahl vorhanden bzw. so dimensioniert,
daß das zu übertragende Drehmoment vom Druckflansch über die Kugeln auf das Schaltteil
problemlos übertragen wird.
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Ein den Druckflansch 13', den Kugelkäfig 4', das Schaltteil 12', die
Tellerfedern 15' und den Gewindestiftträger 31 hülsenartig umschließendes Bauteil
besteht aus einem (in Fig. 5 links gelegenen) Abdeckring 44, der gegen den Außenumfang
des Druckflansches 13' über zwei Dichtungsringe 26 dicht passend axial verschieblich
anliegt. Dieser Abdeckring 44 ist nur mit dem Schaltteil 12' fest verbunden, und
zwar etwa wie dargestellt über Zylinderschrauben 46, und setzt sich (in Fig. 5 rechts)
in einem Schaltring 48 fort, der seinerseits mit dem Abdeckring 44 starr verbunden
ist, wiederum beispielsweise über am Umfang verteilte Zylinderschrauben
50.
Dieser Schaltring 48 umgreift den Außenumfang des auf der Nabe 11' fixierten Gewindestiftträgers
31 axial verschieblich, jedoch dicht passend, zu welchem Zweck im Gewindestiftträger
in zwei entsprechend angeordneten, umlaufenden Nuten zwei Dichtungsringe 27 eingesetzt
sind.
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Bei dem an dem Gewindestiftträger 31 anliegenden Teil des Schaltringes
48 handelt es sich um eine radial einwärts vorspringende Innenschulter 52, d.h.
in Fig. 5 links von dieser Innenschulter weist der Schaltring 48 eine Ausdrehung
auf, welche infolge eines am Gewindestiftträger 31 vorgesehenen Radialflansches
mit Dichtungsring 27 eine Ringnut 54 ausbildet, deren Zweck weiter unten näher erläutert
wird.
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Diese Ringnut 54 kann, wie aus der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ersichtlich
ist, auch unmittelbar in dem einstückig ausgebildeten, hülsenartigen Bauteil aus
Abdeckring 44 und Schaltring 48 vorgesehen sein.
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Wie in der Ausführungsform der Fig. 6 angedeutet und in der Schnittebene
der insoweit gleichen Ausführungsform der Fig.
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5 nicht sichtbar ist, weist der Gewindestiftträger 31 mehrere, auf
dem Umfang verteilte (Verriegelungs-) Bolzen 56 auf, die radial nach auswärts federbeaufschlagt
sind. Diese Bolzen 56 sind in axialer Richtung in der Kupplung derart positioniert,
daß sie - wie in Fig. 6 gezeigt - im eingerasteten Zustand der Kupplung (Fig. 7a)
nicht in die Ringnut
54 einfahren können. Stattdessen sind sie
um ein Maß (in Fig. 6 nach rechts) axial versetzt, welches der maximalen Axialverschiebung
des Schaltteils 12' relativ zum Druckflansch 13' entgegen der Kraft der Tellerfedern
15' im Moment des Freischaltens (Fig. 7b) entspricht - auf dieses Freischalten wird
weiter unten näher eingegangen werden.
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Im Gewindestiftträger 31 bzw. im hülsenartigen Bauteil aus Schaltring
48 und Abdeckring 44 ist en Druckluftkanal vorgesehen, dessen erster Teil 58a im
Gewindestiftträger 31 parallel zur Rotationsachse verläuft, um dann in einen radialen
Teil 58b überzugehen, welcher in der vorerwähnten Ringnut 54 mündet. Von dieser
Ringnut ausgehend setzt sich der Luftkanal in einem radialen Teilstück 58c im Schaltring
48 fort, um dann wiederum in ein axiales Teilstück 58d im Schaltring überzugehen,
welches sich im Abdeckring 44 fortsetzt. In Höhe des Kugelkäfigs 4' mündet dieser
Luftkanal 58 dann in Form des radialen Teilstückes 58e in den Raum zwischen dem
Druckflansch 13' und dem Schaltteil 12'.
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Dieser Raum ist - wie bereits teilweise angedeutet - durch Dichtungsringe
26, 28 druckdicht ausgebildet. Dies bedeutet also, daß der genannte Raum bzw. das
Schaltteil 12' zu einem noch zu erläuternden Zweck entgegen der Kraft der Tellerfeder
15' mit Druckluft beaufschlagt werden kann.
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Die Druckluftzufuhr zu dem beschriebenen Luftkanal 58a-e in Fig. 5
bzw. zu einem entsprechenden Kanal in Fig. ó, der
dort etwas anders
ausgeführt und nur angedeutet ist, geschieht in Fig. 5 über ein auf der Nabe angeordnetes,
sogenanntes Statorteil 60, welches nicht mit der Kupplung rotiert und daher über
ein Nadellager 62 auf der Nabe gelagert ist. Die im Statorteil 60 vorgesehene Anschlußbohrung
64 für die Druckluft mündet in einen über Dichtungsringe 29 abgedichteten Ringraum
zwischen dem Statorteil 60 und dem Gewindestiftträger 31, so daß die zugeführte
Druckluft in jeder Drehstellung der Kupplung zugeführt werden kann.
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In der Ausführungsform der Fig. 6 geschieht die Druckluftzufuhr in
einer etwas anderen Weise näher am Umfang der Kupplung. Auf diese Einzelheiten wird
jedoch hier nicht näher eingegangen, da die Druckluftzufuhr als solche nicht Teil
der Erfindung ist.
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Die zur Drehmomentübertragung vom Druck flansch auf das Schaltteil
dienenden Kugeln 14', welche in Kugelsenkungen 21' in beiden Kupplungshälften 12',
13' sitzen, befinden sich auf einem zur Rotationsachse der Kupplung konzentrischen
Kreis. Ein durch diesen Kreis gelegter Schnitt ist teilweise in den Fig. 7a bis
7c gezeigt. Daraus wird ersichtlich, daß die "Kugelumlaufbahn" zwischen den einzelnen
Kugel senkungen nicht plan sondern derart gewölbt ist, daß die Kugeln zwischen den
einzelnen Kugelsenkungen höchstens eine labile Gleichgewichts- oder Ruhelage einnehmen
können.
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Bei der soweit beschriebenen Kupplung geschieht nun beim Auftreten
von überlast, d.h. bei Überschreiten des-an den Gewindestiften 30 eingestellten
Grenzdrehmomentes folgendes: Die Tellerfedern 15' vermögen die Kugeln 14' nicht
mehr in den Kugelsenkungen 21' im Druckflansch 13' bzw. im Schaltteil 12' zu halten,
d.h. die Kugeln beginnen auf der vorgenannten Kugelumlaufbahn abzurollen mit der
Wirkung, daß das.
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Schaltteil 12' in Fig. 5 entgegen der Kraft der Tellerfedern 15' nach
rechts (in Fig. 7a, b nach oben) verschoben wird.
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Diese Verschiebung teilt sich über den Abdeckring 44 und den Schaltring
48 der daran vorgesehenen Innenschulter 52 mit, so daß die Ringnut 54 (vgl. Fig.
6) sich auf den Bolzen 56 auszurichten beginnt. Sobald das Schaltteil 12' aufgrund
der zwischen den einzelnen Kugelsenkungen 21' gekrümmt ausgebildeten Kugelumlaufbahn
die größtmögliche Axialverschiebung (Fig. 7b) erreicht hat, fallen die Radialbolzen
56 aufgrund der sie beaufschlagenden Druck federn in die Ringnut 54 ein und halten
das hülsenartige Bauteil aus Schaltring 48 und Abdeckring 44 zusammen mit dem Schaltteil
12' in dieser Axialstellung fest. Dies bedeutet, daß das Schaltteil bei der weiteren
Relativdrehung zwischen aem Schaltteil und dem Druck flansch sich zunächst nicht
mehr in der axial entgegengesetzten Richtung zurückbewegen kann, um dem Einfallen
der Kugeln 14' in die in Umfangsrichtung benachbarten Kugelsenkungen 21' im Druckflansch
13' folgen zu können - eventuell
fallen die Kugeln auch in ihre
Ausgangsposition zurück.
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Dieses Einfallen der Kugeln in die genannten Kugelsenkungen und damit
das axiale Abrücken (Fig. 7b) der Kugeln 14' vom Schaltteil 12' zum Zwecke des Freischaltens
beim Durchdrehen des Schaltteiles 12' (Fig. 7c) geschieht aufgrund der Wirkung des
elastischen O-Ringes 41 (der sich am Sicherungsring 40 bzw. an der Paßscheibe 42
abstützt) in Verbindung mit den Innenborden 32 in den Kugelbohrungen des Kugelkäfigs
4': Wenn die Kugeln 14' auf der Kugelumlaufbahn des Druckflansches 13' abzurollen
beginnen, d.h. wenn die Kugeln sich aus den am Druck flansch vorhandenen Kugelsenkungen
herauszubewegen beginnen, wird der Kugelkäfig 4' sich wegen der Borde 32 zunächst
in axialer Richtung vom Druckflansch 13' entfernen (vgl. Fig. 7b), und zwar entgegen
der Federsteifigkeit des O-Ringes 41. Nachdem die Kugeln den höchsten Punkt der
Kugelumlaufbahn auf dem Druckflansch 13 erreicht haben, d.h. nach dem Verriegeln
des Schaltteiles 12' mit Hilfe der Bolzen 56 in der verschobenen Axialstellung,
drückt der 0-Ring 41 den Kugelkäfig 4' und damit die durch die Borde 32 gefangenen
Kugeln 14' in die Kugelsenkungen 21' im Druckflansch 13' zurück. Damit werden also
die Kugeln 14' in diesen Kugelsenkungen 21' am Druckflansch 13' festgehalten, so
daß das Schaltteil 12' in der axial verschobenen, arretierten Stellung frei auslaufen
kann, ohne die Kugeln zu berühren (Fig. 7c).
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In dieser ausgerasteten Stellung wird die Kraft der Tellerfedern 15',
die das Schaltteil 12' gegen die Kugeln zurückzudrücken sucht, von den in die Ringnut
54 eingefallenen Verriegelungsbolzen 56 aufgenommen.
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Zum Entriegeln und damit zum Wiedereinrasten der Kupplung muß nun
lediglich Druckluft über die Anschlußbohrung 64 des Statorteiles 60 auf die Kupplung
gegeben werden. Diese Druckluft wirkt sich in den Raum zwischen dem Druck flansch
13' und dem Schaltteil 12' mit der Folge aus, daß die am Schaltteil 12' von der
Druckluft erzeugte Kraft die von den Tellerfedern 15' erzeugte Federkraft zumindest
teilweise kompensiert, so daß die Verriegelungsbolzen 56 bezüglich der axial wirkenden
Last weitgehend entlastet werden. Die Verriegelungsbolzen 56 stehen auf ihrer (radial
innenliegenden) Rückseite mit der Atmosphäre in Verbindung, so daß die an diesen
durch die Druckluft ebenfalls erzeugte, radial einwärts wirkende Kraft (Druckluft
in der Ringnut 54) die Bolzen 56 entgegen der radial auswärts wirkenden Kraft der
darin befindlichen Druckfedern (Fig. 6) zurückdrücken kann.
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Dadurch überwiegt wieder die Kraft der Tellerfedern 15', welche das
Schaltteil 12' gegen die in den Kugelsenkungen 21' im Druckflansch 13' sitzenden
Kugeln zurückdrückt, so daß Druckflansch und Schaltteil wieder die in der Fig. 5,
6 und 7a gezeigte Stellung einnehmen. Der gleichzeitig erfolgende Druckabbau im
Luftkanal 58 versetzt die Kupplung dann wieder in den normalen Betriebszustand.
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Es ist also nicht wie bei dem zuvor beschriebenen ersten Lösungsprinzip
,Fig. 1-4) notwendig, nach Stillsetzen des Antriebes zum Zwecke der Wiedereinrastung
der Kupplung mit einer niedrigen Drehzahl anzufahren, bis die Kupplung von selbst
wieder einrastet. Vielmehr rastet das hiermit beschriebene zweite Lösungsprinzip
aufgrund der Druckluftaufbringung bzw. des nachfolgenden Druckabbaues unmittelbar
wieder ein, wie dies beschrieben wurde.
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