DE3232182C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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 Kupplungs­ hälfte drehstarr, aber axial verschieblich mit der Nabe ver­ bunden ist, und die andere Kupplungshälfte mit der erstge­ nannten über in der Trennebene angeordnete, von einem Kugel­ käfig geführte Kugeln in drehmomentübertragender Beziehung steht. Die axial verschiebliche Kupplungshälfte wird durch einstellbare Tellerfedern in Richtung auf die andere Kupp­ lungshälfte vorgespannt. Die Kugeln sitzen in kleinen Kugel­ senkungen, die in den beiden einander zugewandten Stirnflä­ chen 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 gleich­ zeitigen 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 Dreh­ moment mehr zwischen den Kupplungshälften übertragen werden, so daß die Sicherheitskupplung freigeschaltet ist.

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.

Diese bekannte Lösung einer Freischalt-Sicherheitskupplung hat insbesondere den Nachteil, daß das Wiedereinrasten von Hand entgegen der Federwirkung der Tellerfedern durchgeführt werden muß. Es kommt hinzu, daß das Einrastmoment etwa 30% des Frei­ schaltmomentes beträgt, d. h. bei höheren eingestellten Frei­ schaltmomenten kann das manuelle Wiedereinrasten sehr schwierig oder gar unmöglich werden, da das Einrastmoment zu groß wird.

Außerdem kommt es häufig vor, daß die Sicherheitskupplung an einer relativ schlecht oder überhaupt nicht zugänglichen Stel­ le in einer Maschine oder Vorrichtung eingebaut ist, d. h. im Einbauzustand kann der Zugriff zur Kupplung für das Einra­ sten unter Umständen unmöglich werden.

Hiernach ist es die der vorliegenden Erfindung zugrundelie­ gende Aufgabe, eine Sicherheitskupplung der eingangs geschil­ derten Art derart auszubilden, daß die Wiedereinrastung selbst­ tätig und per Fernsteuerung vorgenommen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombi­ nation gelöst.

Durch die Ausbildung der Sicherheitskupplung nach diesem Lösungsprinzip ist es lediglich notwendig, nach dem Freischal­ ten der Sicherheitskupplung mit Hilfe des über geeignete Zu­ führleitungen herangeführten Druckmittels den Lüfthub mit Hilfe des Lüftmechanismusses zu erzeugen und die beiden Kupplungs­ hälften im Kriechgang gegeneinander zu verdrehen, bis die Ein­ rastvorrichtung die eine Kupplungshälfte, den Kugelkäfig und die andere Kupplungshälfte wieder in der richtigen Drehstel­ lung 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. Damit ist diese Sicherheitskupplung wieder betriebsbereit. Ein besonderer Vorteil dieses Lösungsprinzips liegt darin, daß die Wiedereinrastung synchron, d. h. winkelgetreu erfolgt.

Mit Hilfe eines elektrischen Endschalters kann in bekannter Weise die Axialverschiebung der einen Kupplungshälfte beim Freischalten abgefühlt werden. 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 Wieder­ einrasten der Kupplung vornimmt.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeich­ nungen beschrieben. In diesen ist

Fig. 1 ein Schnitt durch eine Sicherheitskupplung nach dem erfindungsgemäßen Lösungsprinzip zum selbsttätigen Wieder­ einrasten,

Fig. 2 zeigt eine Einzelheit daraus, nämlich die Zufuhr des Druckmittels zum Zylinder 24 und die radiale Fi­ xierung 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 ausge­ rastetem Zustand; und Fig. 4 zeigt die relative Anordnung der Bauteile nach dem Ausrichten der­ selben mit Hilfe des Einrastbolzens 5, d. h. kurz vor dem endgültigen Wiedereinrasten.

Das erfindungsgemäße Lösungsprinzip wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Fig. 1-4 beschrieben.

Auf einer mit einer Keilnut versehenen Nabe 11 sind zwei Kupplungshälften, d. h. der Druckflansch 13 und das Schalt­ teil 12 konzentrisch angeordnet. Das Schaltteil 12 ist axial verschieblich aber drehstarr mit der Nabe 11 verbun­ den, und zwar über die Klauen 17, welche in entsprechende Nuten am Außenumfang der Nabe 11 eingreifen. Das Schalt­ teil 12 wird durch Tellerfedern 15, deren Vorspannung von einer Einstellmutter 10 auf der mit einem Außengewinde ver­ sehen Nabe 11 bestimmt wird, in Richtung auf den Druckflansch 13 beaufschlagt. Zwischen dem Schaltteil 12 und dem Druck­ flansch 13 sind Kugeln 14 vorgesehen, die von einem Kugel­ käfig 4 geführt werden und im eingerasteten Zustand in klei­ nen Kugelsenkungen 21 im Druckflansch bzw. im Schaltteil sit­ zen. Axial zwischen diesen beiden Kupplungshälften sitzt außer­ dem ein Axiallager 18, dessen axiale Bauhöhe im wesentlichen dem Abstand der genannten Kupplungshälften im eingerasteten Zustand entspricht.

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 Druck­ flansches 13 vorgesehen.

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 Ausführungsbei­ spiel sind drei 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 Rechts­ lauf bzw. Linkslauf einfallen derart, daß die gegenüberlie­ gende Kupplungshälfte sich frei drehen kann.

Die so weit beschriebene Sicherheitskupplung funktioniert wie folgt.

Das Drehmoment geht von der Nabe 11 über die vier Mitnehmer­ klauen 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 Drehmo­ ment zu begrenzen ist, also je nach Bedarf entweder die An­ triebsflansche für den zweiten Wellenstumpf oder Antriebselemente wie Kettenräder, Zahnräder usw.

An der Einstellmutter 10 wird über die Tellerfedern 15 das Ausrastmoment eingestellt. Je höher der axiale Druck der Tel­ lerfedern ist, desto größer ist das eingestellte Drehmoment. Wenn das Arbeitsmoment über das eingestellte Drehmoment an­ steigt, 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 Kugelsenkungen ver­ bleiben, sondern aus diesen austreten und auf der koaxialen Bahn ein kleines Stück umlaufen, bis sie in die gro8en Kugel­ senkungen 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.

Im eingerasteten Zustand wird das Schaltteil 12 durch die Tellerfedern 15, die Kugeln 14, den Druckflansch 13 und das Axiallager 16 gegen den Raidalflansch 19 der Nabe 11 gedrückt. Im ausgerasteten Zustand, d. h. wenn die Kupplung frei ausläuft, wird das Schaltteil 12 durch die Federn 15 gegen das Axial­ lager 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. grö­ ßeren Kugelsenkungen 20 im Druckflansch ausgewandert sind, wo­ durch das Schaltteil 12 gegen das Axiallager 18 in Anlage kommt.

Der Kugelkäfig 4 legt den gleichen Weg zurück wie die Kugeln 14, wenn diese in die großen Kugelsenkungen 20 des Druckflan­ sches 13 wandern.

Das Wiedereinrasten der Sicherheitskupplung kann dadurch er­ reicht werden, daß die drei Teile der Kupplung, d. h. der Druck­ flansch, der Kugelkäfig und das Schaltteil wieder in die rich­ tige Relativlage zueinander zurückbewegt werden, in der die Kugeln 14 in den Kugelsenkungen 21 liegen. Zu diesem Zweck weist der Kugelkäfig 4 einen radial über den Durchmesser des Schalt­ teiles 12 bzw. des Druckflansches 13 vorstehenden Umfangs­ flansch auf, der mit einer Kugelkäfigbohrung 8 versehen ist. Diese weist im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Winkel­ abstand von 30° zu einer Kugel 14 im Kugelkäfig 4 auf (vgl. Fig. 3).

Auf dem Umfang des Druckflansches 13 ist ein konzentrischer, mit dem Druckflansch fest verbundener Stützring 3 vorgesehen (Stützring und Druckflansch könnten auch einstückig ausgebil­ det sein), der auf dem gleichen Durchmesser wie die Kugelkäfig­ bohrung 8 eine Einrastbohrung 7 aufweist, d. h. die Bohrungen 7 und 8 können in eine solche Relativlage zueinander gedreht werden, daß sie miteinander fluchten.

In der Nähe des Außenumfanges des Stützringes 3 an der nach innen weisenden Stirnfläche ist eine konzentrische Kugelumlauf­ bahn für Kugeln 23 vorgesehen, an denen sich in noch zu beschrei­ bender Weise ein Lüftkolben 1 abstützt. Der Lüftkolben ist an seiner dem Stützring 3 zugewandten Stirnfläche stufig ausge­ bildet, um dem einen kleineren Durchmesser aufweisenden Um­ fangsflansch 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 Ku­ geln in diese Umlaufbahn eingesetzt - insbesondere kann die Bahn vollständig mit Kugeln ausgefüllt sein.

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 angeord­ net 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, gegen­ über der Atmosphäre abgedichtet. Auch am Innendurchmesser des Lüftzylindergehäuses kann eine entsprechende Ringdichtung vorgesehen sein.

Der Zylinder 24 kann hydraulisch oder pneumatisch druckbeauf­ schlagt 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 an­ gedeutet, daß die Welle, auf der die Nabe 11 sitzt, mit einer zentralen Bohrung versehen ist, die das Druckmittel über ein geeignetes Wellendichtungsteil zuführt.

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 be­ aufschlagbar 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 Luftaustritts­ bohrung 9 freigibt, wenn er in noch zu beschreibender Weise voll in die Kugelkäfigbohrung 8 und die Einrastbohrung 7 ein­ getreten ist.

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 freige­ schalteten Zustand und das Schaltteil mit dem Lüftmechanismus steht in beliebiger Winkelstellung zum Druckflansch 13 mit dem darauf befindlichen Stützring 3. Zum selbsttätigen Wiederein­ rasten der Kupplung wird jetzt dem Zylinder 24 Druckmittel zu­ geführt, 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 be­ grenzen auf der Nabe befestigte Sperrstücke 25 den Lüfthub X.

Gleichzeitig mit dem Lüften des Schaltteils 12 aufgrund des in dem Zylinder 24 angelegten Druckes bewegt sich der Einrast­ bolzen 5 entgegen der Federkraft der Rückholfeder 6 in Rich­ tung auf den Umfangsflansch des Kugelkäfigs 4. Da die Bohrung 8 des Kugelkäfigs 8 sich in der Regel nicht gerade in Aus­ richtung 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.

In diesem Zustand, d. h. bei andauernder Druckbeaufschlagung des Lüftkolbens 1 und des Einrastbolzens 5, wird eine Kupplungshälf­ te (Druckflansch oder Schaltteil) langsam in oder gegen Aus­ rastrichtung gedreht, bis die Kupplung unter gleichzeitigem Luftaustritt durch die Luftaustrittsbohrung 9 von selbst wie­ der einrastet. Dieser Vorgang erfolgt im einzelnen wie folgt.

Bei der Verdrehung der einen Kupplungshälfte relativ zur anderen, gleitet der Einrastbolzen 5 auf dem Umfangsflansch des Kugelkä­ figs 4 so lange, bis er auf die Kugelkäfigbohrung 8 trifft und durch diese hindurchfährt. Dabei schlägt der Bolzen an der Stirn­ fläche 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 bloc­ kiert (Fig. 4).

Durch die richtige umfangsmäßige Zuordnung der kleinen Kugel­ senkungen 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 Kugelsen­ kungen 21 stehen (Fig. 4).

Durch den ganz nach vorne vorgeschobenen Einrastbolzen 5 wird, wie schon angedeutet, die Luftaustrittsbohrung 9 freigelegt (Fig. 4), so daß der Druck aus dem Zylinder 24 entweichen kann. Die Tel­ lerfedern drücken somit das Schaltteil und den Druckflansch 13 aufeinander zu, bis die Kugeln 14 voll in den beiden klei­ nen Kugelsenkungen 21 im Druckflansch und im Schaltteil sitzen. 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 ab­ geschlossen und die Kupplung wieder voll betriebsbereit.

Durch geeignete Steuermittel kann der gesamte Wiedereinrastvor­ gang automatisiert werden, worauf aber nicht näher eingegangen wird, da diese nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.

Sofern als Antrieb ein Drehstrommotor verwendet wird, kann die Steuerung des Langsamlaufes mit Hilfe einer sogenannten "Strom­ spritzerschaltung" erfolgen. Dem Elektromotor werden über ein einstellbares Zeitglied jeweils kurze Spannungsimpulse gegeben, die dann ein ruckartiges langsames Fahren des Motors ermöglichen. Die Zeitdauer und die Impulsfolge bestimmen dabei die Drehzahl. Derartige elektrische Steuerungen gehören zum Stand der Technik, aus welchem Grund ebenfalls nicht näher darauf eingegangen wird.

Claims (5)

1. Sicherheitskupplung, bei der auf einer Nabe zwei Kupplungshälften angeordnet sind und eine Kupplungshälfte drehstarr mit der Nabe verbunden in Richtung auf die andere, relativ zu der Nabe drehbare Kupplungshälfte federbeauf­ schlagt ist, wobei in der Trennebene zwischen den Kupplungs­ hälften mehrere, durch einen Kugelkäfig auf einer kreis­ förmigen Bahn geführte Kugeln angeordnet sind, die im einge­ rasteten Zustand zur Drehmomentübertragung von der einen zur anderen Kupplungshälfte in Kugelsenkungen in den einander zugewandten Stirnflächen der beiden Kupplungshälften sitzen und beim Auftreten einer Drehmoment-Überlast unter Axialver­ schiebung der einen Kupplungshälfte entgegen der Federbeauf­ schlagung aus den Kugelsenkungen austreten und eine Frei­ schaltstellung zwischen den Kupplungshälften einnehmen, in der sie kein Drehmoment übertragen, wobei sich in der Frei­ schaltstellung jede Kugel in einer mehr als doppelt so tiefen Kugelsenkung auf der Kugelumlaufbahn befindet, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für ein Wiedereinrücken der Kupplung die eine Kupplungshälfte von der anderen Kupplungshälfte entgegen der Kraft der Federn (15) mittels eines separat betätigbaren Lüftmechanismusses mindestens um ein Maß wegdrückbar ist, das eine unbehinderte Verdrehung des Kugelkäfigs (4) mit den darin befindlichen Kugeln (14) gegenüber den beiden Kupplungshälften (12, 13) gestattet, und daß eine für den Wiedereinrastvorgang vorübergehend aktivierbare Einrastvor­ richtung (5, 7, 8), die wirkungsmäßig an den Lüftmechanismus gekoppelt ist, vorgesehen ist, die bei einer relativen Verdrehung zwischen den beiden Kupplungshälften (12, 13) und dem Kugelkäfig (4) diese drei Teile in der für das Wiederein­ rasten der Sicherheitskupplung richtigen Lage fixiert, und daß nach Erreichen dieser Lage der Lüftmechanismus (1, 2, 3) und die Einrastvorrichtung (5, 6) deaktivierbar sind.

2. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Lüftmechanismus (1, 2, 3) aus einem in einem Zylindergehäuse (2) mit einem darin angeordneten in axialer Richtung elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagbaren Kolben (19) besteht, wobei das Gehäuse (2) sich an der einen Kupplungshälfte abstützt und der Kolben (1) gegen die andere Kupplungshälfte wirkt.

3. Sicherheitskupplung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Zylindergehäuse (2) und der Kolben (1) ringförmig ausgebildet und konzentrisch zur Kupplungsachse außen am Umfang der einen Kupplungshälfte angeordnet sind und das Zylindergehäuse einen den Kolben (1) aufnehmenden Zylinder (24) aufweist.

4. Sicherheitskupplung nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrastvorrichtung aus einem im Ringkolben (1) axial verschieblichen, vom Druck im Zylinder (24) beaufschlagbaren Einrastbolzen (5) besteht, der entgegen der Druckbeaufschlagung von einer Rückholfeder belastet ist, und daß im Kugelkäfig (4) und in der anderen Kupplungshälfte oder einem damit verbundenen Stützring (3) jeweils eine mit dem Einrastbolzen (5) durch Verdrehung der vorgenannten Teile in Fluchtung beringbare Bohrung (7, 8) vorgesehen ist, in die der Bolzen (5) einrastet.

5. Sicherheitskupplung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Einrastbolzen (5) beim Einrasten in die zweite, entfernter liegende Bohrung (7) eine Druckent­ lastungsbohrung (9) freilegt, über die der Druck im Zylinder (24) abgebaut wird.