DE3500324C2 - Drehmomentbegrenzungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomentbegrenzungsein­ richtung der im Oberbegriff von Anspruch 1 erläuterten Art.

Eine derartige Drehmomentbegrenzungseinrichtung ist aus der DE-AS 22 00 035 bekannt. Die bekannte Drehmomentbegrenzungsein­ richtung weist nur eine einzige Schlingfeder auf, wobei eines der Enden dieser Schlingfeder mit dem Antrieb und das andere En­ de der Schlingfeder mit dem Abtrieb verbunden sind. Wird die be­ kannte Drehmomentbegrenzungseinrichtung in Betrieb gesetzt, so wickelt sich die Schlingfeder, abhängig vom am Abtrieb aufzu­ bringenden Drehmoment fortlaufend auf. Dabei wird die Geschwin­ digkeit des Motors fortlaufend herabgesetzt und die kinetische Energie vermindert, bis der Motor mit einer extrem geringen Ge­ schwindigkeit läuft und die Teile nur noch eine unbedeutend ge­ ringe kinetische Energie aufweisen. Der Motor "zerrt" dann, bis das aufzubringende Drehmoment dem Stillstands-Drehmoment des Mo­ tors entspricht, wobei dann der Motor stehenbleibt. Bei der be­ kannten Drehmomentbegrenzungseinrichtung muß somit jedesmal der Motor "abgewürgt" werden, um das aufzubringende Drehmoment be­ grenzen zu können.

Die US-PS 3 450 214 beschreibt eine Drehmomentbegrenzungsein­ richtung, bei der wiederum nur eine einzige Schlingfeder zur Drehmomentübertragung verwendet wird, wobei eines ihrer Enden am Antrieb und das andere ihrer Enden am Abtrieb festgelegt ist. Beim Antrieb wird die Schlingfeder fest um zylindrische Bereiche des An- und Abtriebs gewickelt, so daß ein Drehmoment übertragen werden kann. Übersteigt dieses Drehmoment ein vor­ bestimmtes Drehmoment, so wird der Eingriff der Schlingfeder mit Hilfe einer Kupplung gelöst.

Die DE-AS 21 23 364 beschreibt ein Werkzeug zum Festziehen von Befestigungselementen, bei dem eine Schlingfeder zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb eingeschaltet und mit einem ihrer Enden am Antrieb und mit dem anderen Ende am Abtrieb festgelegt ist. Die bekannte Vorrichtung hat jedoch keine Einstelleinrichtung zum Einstellen eines vorgegebenen Maximal-Drehmomentes, sondern arbeitet mit einer Anzeigevorrichtung, die dem Benutzer das aufgebrachte Drehmoment anzeigt. Diese Anzeigeeinrichtung in Verbindung mit der "Dämpfung" der Drehmomentübertragung über die Schlingfeder soll zum sanften Eindrehen von Schrauben oder dgl. beitragen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Drehmomentbegrenzungseinrichtung bereitzustellen, bei der beim Erreichen eines vorab eingestellten Drehmomentes die gesamte oder ein Hauptteil der Antriebsenergie daran gehindert wird, die angetriebene Einrichtung zu erreichen.

Die Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird erreicht, daß An- und Abtrieb beim Erreichen eines vorbestimmten Drehmomentes, bei dem die Reibungskraft zwischen der ersten Schlingfeder und dem zylindrischen Bereich aufgehoben wird, sanft und konti­ nuierlich voneinander getrennt werden. Der dadurch bedingte Drehzahlunterschied zwischen dem An- und dem Abtrieb betätigt die zweite Schlingfeder, die wiederum mit dem Fühlerelement in Eingriff bringbar ist, wodurch entweder eine Anzeige zum ma­ nuellen Abschalten des Motors betätigt wird oder der Motor selbsttätig abgeschaltet wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schnitt durch eine einstell­ bare Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2A eine perspektivische Sprengdarstellung eines Teils der Elemente einer einstellbaren Dreh­ momentbegrenzungseinrichtung nach der Erfindung, und

Fig. 2B eine perspektivische Sprengdarstellung der übrigen Elemente einer einstellbaren Dreh­ momentbegrenzungseinrichtung nach der Er­ findung.

Es wird nun auf die Fig. 1, 2A und 2B Bezug ge­ nommen. Eine einstellbare Drehmomentbegrenzungsein­ richtung bzw. Drehmomentbegrenzungsanordnung nach der Erfindung ist dargestellt im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10. Die Einrichtung 10 umfaßt ein läng­ liches, zylindrisches Gehäuse 12, in dem sie allge­ mein enthalten ist. Das Gehäuse 12 weist einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 14 mit verringertem Durchmesser auf, welcher in ein komplementäres Gewinde in dem Gehäuse für eine Antriebskraft (diese ist nicht dargestellt), wie ein elektrischer oder pneumatischer Motor eingeschraubt werden kann. An dem dem Abschnitt 14 mit verringertem Durchmesser gegenüberliegenden Ende des Gehäuses befindet sich ein Bereich 16 mit einem Innengewinde, welcher ein mit einem komplementären Ge­ winde versehenes Gehäuse 18 aufnehmen kann, welches mit einer Endantriebseinrichtung (diese ist nicht dar­ gestellt) verbunden werden kann.

Eine erste Schlingfederanordnung 20 weist allgemein eine Eingangswelle 22 auf, welche von einem reibungs­ armen Lager, wie eine Kugellageranordnung 24, gehalten ist und vorzugsweise eine einstückig ausgebildete Ein­ gangsnabe 26 umfaßt, auf deren Umfang Keile 28 ange­ ordnet sind. Ein Kupplungsring 32 ist konzentrisch um die Eingangswelle 26 angeordnet und nimmt deren Teile 28 auf und erstreckt sich allgemein axial von der Ein­ gangswelle 22 fort und weist komplementäre Keile 34 auf, die an seiner Innenfläche angeordnet sind. Von dem Kupplungsring 32 wird ebenfalls eine Federauf­ nahmeeinstellnabe 36 aufgenommen und gehalten, die komplementäre Keile 38 aufweist, welche an den Keilen 34 innerhalb des Kupplungsringes 32 eingreifen. Die Einstellnabe 36 begrenzt eine mittig angeordnete, durchgehende Öffnung 40 und einen axial ausgerichteten Federaufnahmekanal 42, der sich von der Öffnung 40 nach außen erstreckt. Ein tangential angeordneter, ein Gewinde aufweisender Durchgang 44 ist allgemein zu dem Federaufnahmekanal 42 ausgerichtet und nimmt eine mit einem komplementären Gewinde versehene Ein­ stellschraube 46 auf. Zugang zu der Einstellgewinde­ schraube 46 wird durch eine Öffnung 48 in den Kupplungs­ ring 32 erhalten. Es wird darauf hingewiesen, daß, da die Keile 34 und 38 eine relative Drehung zwischen dem Kupplungsring 32 und der Einstellnabe 36 verhindern, der Durchgang 44 und die Einstellschraube 46 mit der Öffnung 48 während des Zusammenbaus dieser Bauteile ausgerichtet werden müssen, um Zugang zu der Einstell­ schraube 46 zu erhalten. Eine in geeigneter Weise ange­ ordnete Zugangsöffnung 50 geeigneter Größe ist in dem Gehäuse 12 ausgebildet und erleichtert den Zugang zu der Einstellschraube 46, wenn der Kupplungsring 32 ge­ eignet gedreht und die Öffnung 48 zu der Zugangsöffnung 50 ausgerichtet ist. Die Zugangsöffnung 50 kann mit einer Schiebeplatte oder Schiebepfropfen (beide sind nicht dargestellt) geschlossen oder abgedichtet wer­ den, um in erster Linie Fremdkörper am Eintreten in das Gehäuse 12 zu hindern und auch den Zugang zu der Einstellschraube 46 zu kontrollieren. Unmittelbarer oder begrenzter Zugang zu der Einstellschraube 46 kann durch die Auswahl eines Verschlusses getroffen werden, welcher mit einem herkömmlichen Werkzeug, wie ein Schrau­ benzieher, oder nur durch ein besonders geformtes oder einziges Werkzeug entfernt werden kann, wodurch die Wahr­ scheinlichkeit einer unberechtigten Einstellung verringert wird. Ein reibungsarmes Lager, wie eine Kugellageran­ ordnung 52 hält drehbar die Einstellnabe 36. Eine Feder­ sicherung 54 hält die Lager der Kugellageranordnung 52 auf einer Abtriebswelle 56. Schließlich erstreckt sich eine zylindrische Federhaltebuchse 58, an deren einem Ende Keile 60 angeordnet sind, die mit den Keilen 34 des Kupplungsringes 32 in Eingriff sind, allgemein konzentrisch um die Abtriebswelle 56 in einer von der Antriebswelle 22 fortweisenden Richtung und ist an ihrem anderen Ende durch ein reibungsarmes Lager, wie die Kugellageranordnung 62 gehalten. Die Kugel­ lageranordnung 62 und eine gewellte Beilagscheibe 64 sind von einem Bereich 66 der zylindrischen Federhalte­ buchse 58 aufgenommen, der von komplementärer Größe ist und einen größeren Durchmesser aufweist. Ein Feder­ haltekanal 68 erstreckt sich axial längs der Innenseite der Federhaltebuchse 58 allgemein dem Bereich 66 benach­ bart. Die Federhaltebuchse 58 weist auch einen Bereich 70 mit verringertem Durchmesser auf, welcher von anderen Teilen der Einrichtung 10 aufgenommen wird. Ein anderes reibungsarmes Lager, wie eine Kugellager­ anordnung 72 ist um die Abtriebswelle 56 und von der Kugellageranordnung 52 durch ein ringförmiges Abstands­ element 74 beabstandet auf der Abtriebswelle 56 ange­ ordnet. Die Kugellageranordnung 72 zentriert radial eine sich axial erstreckende, zylindrische Kupplungs­ buchse 76 und hält diese. Die Kupplungsbuchse 76 ist konzentrisch um die Abtriebswelle 56 angeordnet und an ihren gegenüberliegenden Enden durch ein reibungs­ armes Lager, wie eine Rollenlageranordnung 78 gehalten. Ein Paar Überholkupplungsanordnungen 80 ist zwischen der Kugellageranordnung 72 und der Rollenlageranordnung 78 angeordnet und konzentrisch um die Abtriebswelle 56 und innerhalb der Kupplungsbuchse 76 positioniert. Die Kupplungsanordnungen 80 sind von herkömmlicher Bauart und kuppeln die Kupplungsbuchse 76 an die Ab­ triebswelle 56 bei einer relativen Drehung in einer Richtung und geben bei einer Drehung in der entgegen­ gesetzten Richtung diese Bauteile frei oder kuppeln sie aus. Schließlich weist die erste Schlingfederan­ ordnung 20 eine erste Schlingfeder 84 auf, die allgemein konzentrisch um die Kupplungsbuchse 76 positioniert ist. Die Schlingfeder 84 besteht aus einer Vielzahl von Windungen, wobei ein größerer Anteil der Windungen 86A, der ungefähr 8 bis 10 Windungen umfaßt, einen Innendurchmesser aufweist, welcher einen Paßsitz um die Kupplungsbuchse 76 herum schafft, und wobei ein kleinerer Anteil der Windungen 86B, der aus einer geringeren Anzahl von Windungen besteht, einen Innendurchmesser aufweist, der genau so groß wie oder etwas größer als der Außendurchmesser der Kupplungs­ buchse 76 ist. Der Abstand zwischen dem kleineren Anteil Windungen 86B und der Kupplungsbuchse 76 in Fig. 1 ist zur Erläuterung etwas übertrieben darge­ stellt und die Schlingfeder 84 ist in Fig. 2A in ihrem entspannten Zustand gezeigt. An beiden Enden der Schlingfeder 84 ist diese mit sich axial erstreckendem Ansatz ausgebildet. Ein erster Ansatz 88A wird von dem sich axial erstreckenden Federaufnahmekanal 68, der in der Federhaltebuchse 58 ausgebildet ist, und ein zweiter Ansatz 88B wird von dem Federaufnahmekanal 42 der Einstellnabe 36 aufgenommen.

Eine zweite Schlingfederanordnung 100 umfaßt allgemein eine Abtriebsnabe 102, die konzentrisch um die Abtriebs­ welle 56 angeordnet ist. Die Abtriebsnabe 102 umfaßt eine Keilnut 104, welche einen Keil 106 aufnimmt. Der Keil 106 erstreckt sich durch einen in der Seitenwand der Abtriebswelle 56 ausgebildeten, radial ausgerichteten Schlitz 108 komplementärer Größe hindurch und in eine kurze Welle 110, wodurch diese drei Bauteile aneinander befestigt werden. Die kurze Welle 110 kann Keile oder Zahnradzähne 112 aufweisen, welche an die Kraft auf­ nehmenden Bauteile angepaßt sind, die in dem Gehäuse 18 angeordnet sind. Die Nabe 102 weist auch eine zylinderförmige Federaufnahmeoberfläche 114 auf, deren Durchmesser gleich dem Außendurchmesser der Federhalte­ buchse 58 ist. In einem unmittelbar der Abtriebsnabe 102 benachbarten Bereich ist die Abtriebswelle 56 dreh­ bar von einem reibungsarmen Lager gehalten wie einer Kugellageranordnung 116. Die Kugellageranordnung 116 ist wiederum fest und konzentrisch in dem Gehäuse 12 innerhalb eines abgestuften, kreisförmigen Abstand­ elementes 120 gehalten. Das kreisförmige Abstands­ element 120 weist einen sich radial von seinem Umfang nach innen erstreckenden Durchgangskanal 112 auf. Tangential in einer der Seitenwände des Kanals 122 ist eine Sacköffnung 124, die eine Druckfeder 126 auf­ nimmt. Eine zylindrische Steuerbuchse 130 ist kon­ zentrisch innerhalb des Gehäuses 12 und allgemein deren Innenwand benachbart angeordnet. Die Steuer­ buchse 130 umfaßt eine in Längsrichtung ausgerichtete Zunge 132, die sich in den Kanal 122 des Befestigungs­ teils 120 erstreckt und die an dem Ende der sich von der Sacköffnung 124 erstreckenden Druckfeder 126 ein­ greift. An dem gegenüberliegenden Ende der zylindrischen Steuerbuchse 130 befindet sich eine schrägverlaufende Oberfläche oder Rampe 134, die sich über einen kleinen Umfangswinkel, typischerweise weniger als ungefähr 10°, erstreckt, und schräg eine erste Oberfläche und eine zweite, axial getrennte Oberfläche miteinander verbindet.

Ein sich axial erstreckender Steuerstab 138 stößt an die Rampe 134 und wird bei Drehung der Rampe 134 und der zylindrischen Steuer­ buchse 130 axial verschoben. Der Steuerstab 138 wird von einer in geeigneter Weise angeordneten und in dem Gehäuse 12 ausgebildeten Öffnung 142 aufgenommen und erstreckt sich axial durch diese. Der Steuerstab 138 kann mit irgendeiner geeigneten mechanischen, elek­ trischen oder pneumatischen Steuerung verbunden werden. Die Steue­ rung wird betätigt, wenn die einstellbare Drehmomentbegrenzungs­ einrichtung 10 den vorbestimmten Drehmomentübertragungswert erreicht hat. Schließlich umfaßt die zweite Schlingfederanordnung 100 eine zweite Schlingfeder 144. Die zweite Schlingfeder 144 weist erste und dritte Endabschnitte von Windungen 146A bzw. 146C auf, die jeweils ungefähr ein Drittel der axialen Länge ausmachen und in ihrem entspannten Zustand einen kleineren Innendurchmesser als der Außendurchmesser der Federhaltebuchse 58 und der Oberfläche 114 auf der Abtriebsnabe 102 aufweisen. Die zweite Schlingfeder 144 weist auch einen zweiten, mittleren Abschnitt von Windungen 146 B auf, welcher das übrige Drittel ihrer axialen Länge ausmacht und im entspannten Zustand einen Innendurchmesser aufweist, der gleich dem oder etwas kleiner als der Außendurchmesser der Federhalte­ buchse 58 ist. Die zweite Wickelfeder ist in Fig. 2B in ihrem entspannten Zustand dargestellt.

Es wird nun auf die gesamten Figuren und insbesondere auf Fig. 1 Bezug genommen und die Arbeitsweise der einstellbaren Drehmoment­ begrenzungseinrichtung 10 beschrieben. Wenn nicht anders ange­ geben, bezieht sich die folgende Beschreibung auf eine Einrichtung 10, bei der der Antrieb zu der Antriebswelle 22 im Uhrzeigersinn erfolgt, wenn die Einrichtung 10 von dem Ende der Antriebswelle 22 betrachtet wird, d. h. von der linken Seite bei der Darstellung gem. Fig. 1.

Diejenigen, die mit der Arbeitsweise von Schlingfederkupplungen vertraut sind, erkennen ohne weiteres, daß das maximale, von einer Schlingfeder auf eine angetriebene Nabe, um die herum sie angeordnet ist, übertragene Drehmoment, wenn das Drehmoment an der Feder mit einer solchen Richtung angreift, daß die Feder von der Nabe ab­ gewickelt oder außer Eingriff gebracht wird, neben anderen Variab­ len eine Funktion der Bewegkraft (Moment) der Feder und der Anzahl von an der Nabe eingreifenden Windungen ist. Die Bewegkraft bei einer Schlingfeder ist das Ergebnis einer anfänglichen, gegenseitigen Beeinflussung zwischen der Feder und der Nabe und normalerweise ein endlicher Wert, der hauptsächlich von der radialen, gegenseitigen Beeinflussung zwischen dem inneren Durchmesser in der Ruhelage der Feder und dem Außendurchmesser der Nabe, der Geometrie der Feder und den Eigenschaften des Federmaterials abhängt.

Es wird sich nun insbesondere der einstellbaren Schlingfeder­ anordnung 10 und insbesondere der ersten Schlingfeder 20 zugewandt, wobei darauf hingewiesen wird, daß die erste Schlingfeder 84 einen linkshändigen Sinn aufweist, wenn sich die Antriebswelle 22 im Uhrzeigersinn dreht, wie es vorhergehend angegeben worden ist. Die erste Schlingfeder 84 weist ungefähr 9 Windungen aus rechteckigem Draht auf, der den größeren Anteil der Windungen 86 A bildet, die einen Innendurchmesser vorgewählter Größe haben, um eine spezifi­ sche, radiale Wechselwirkung mit der Kupplungsbuchse 76 zu schaffen. In Übereinstimmung mit solcher Wechselwirkung wird eine vorgewählte Bewegkraft in der ersten Schlingfeder 84 hervorgerufen. Die erste Schlingfeder 84 weist mehrere, einen kleineren Abschnitt von Windungen 86B bildende Windungen nahe der Einstellnabe 36 auf, die, wie es vorhergehend angegeben worden ist, anfangs einen Innendurchmesser aufweisen, der gleich dem oder etwas größer als derjenige der Buchse 76 ist und somit mit der Buchse 76 nicht wechselwirkt und ferner anfangs keine Bewegkraft an dieser hervor­ ruft. Das dem kleineren Abschnitt von Windungen 86B benachbarte Ende der ersten Schlingfeder 84 wird einstellbar in der Einstell­ nabe 36 aufgenommen. Das gegenüberliegende Ende der Schlingfeder 84, insbesondere der Ansatz 88A, wird innerhalb des Federauf­ nahmeschlitzes 68 der Federhaltebuchse 58 aufgenommen. Man sieht somit, daß diese Anordnung wirkungsvoll die Einstellung der Vor­ lastkraft an der ersten Schlingfeder 84 durch Neueinstellung des Ansatzes 88B durch Bewegung der Einstellgewindeschraube 46 ermög­ licht. Man sieht, daß die richtige Größe des Federaufnahmekanals 42 und eine geeignete Wahl der Torsionsfedergröße der Windungen des kleineren Abschnittes der Windungen 86B der ersten Schling­ feder 84 die Einstellung des Ansatzes 88B der ersten Schlingfeder 84 über einen Winkel erlauben, der groß genug ist, in den Windungen des kleineren Abschnittes 86B eine Bewegkraft hervorzurufen, die gleich der oder größer als die Bewegkraft ist, die in den Windungen des größeren Abschnittes 86A aufgrund ihrer Wechselwirkung mit der Buchse 76 ist. Diese Bedingung stellt eine praktische Vorlast­ grenze dar, da, wenn dieses der Fall wäre, die Windungen des größe­ ren Windungsabschnittes 86A von der Buchse 76 abheben und kein Drehmoment durch die erste Schlingfeder 84 auf die Buchse 76 über­ tragen werden könnte. Man sieht somit, daß die durch die Windun­ gen des größeren Abschnittes 86A der ersten Schlingfeder 84 auf­ grund ihrer Wechselwirkung mit der Buchse 76 hervorgerufene Beweg­ kraft als eine feste Größe bleibt. Die Wirkung auf diese Beweg­ kraft wird in unterschiedlichem Maße von der Buchse 76 und der durch die Einstellschraube 46 an den Windungen des kleineren Abschnittes 86B eingestellten Bewegkraft geteilt. Somit wird der Anteil der von der Buchse 76 getragenen Bewegkraft, die sich in Abhängigkeit von der Einstellung von Gesamt bis Null ändert, die Bewegkraft in den Windungen des kleineren Abschnitts 86A und bestimmt somit den Rutschpunkt der ersten Schlingfeder 84.

Der Kraftflußweg durch die erste Schlingfederanordnung 20 verläuft allgemein von der Antriebswelle 22 und der Eingangsnabe 26 über den Kupplungsring 32 und zu der Federhaltebuchse 58, dem Ansatz 88 A der ersten Schlingfeder 84 und mittels der Überholkupplungen zu der Buchse 76, die die Drehbewegung zu der Abtriebswelle 56 über­ tragen, wenn ihre äußeren Gehäuse in Uhrzeigersinnrichtung gedreht werden, jedoch frei auf der Abtriebswelle 56 laufen, wenn sie in gleicher Weise im Gegenuhrzeigersinn und durch die Abtriebs­ welle 56 angetrieben werden. Man sieht somit ohne weiteres, daß in Abhängigkeit von der Einstellung der Einstellschraube 46 und somit der Bewegkraft in den Windungen des größeren Abschnittes 86A der ersten Schlingfeder 34 Drehmoment über die erste Schlingfeder­ anordnung 20 bis zu der durch die vorgewählte Bewegkraft fest­ gelegten Grenze übertragen wird.

Wenn die erste Schlingfederanordnung 20 ihre Drehmomentgrenze er­ reicht hat und diese überschreitet, sind Durchrutschen und eine Un­ ausgeglichenheit der Drehgeschwindigkeit zwischen dem Eingangs­ teil und dem Ausgangsteil, d. h. der Antriebswelle 22 und der Ab­ triebswelle 56 die Hauptanzeichen des Erreichens einer solchen Drehmomentgrenze. Jedoch ist es äußerst wünschenswert, eine me­ chanische oder mechanisch angetriebene Anzeige vorzusehen, daß eine solche Drehmomentgrenze erreicht worden ist. Dies ist des­ halb wünschenswert, da ein schnelles Abschalten der Kraftquellen die Notwendigkeit aufhebt, daß die Drehmomentübertragungsteile der Einrichtung 10 für einen längeren oder fortlaufenden Überholungs­ betrieb konstruiert sind. Die zweite Schlingfederanordnung 110 liefert eine mechanische Anzeige dafür, daß der erste Drehmoment­ grenzzustand der ersten Schlingfederanordnung 20 erreicht worden ist. Diese Anzeige kann mittels einer Vielzahl von Einrichtungen verwendet werden, mechanisch eine Luftversorgung zu einem pneu­ matischen Motor beenden, mechanisch einen elektrischen Schalter zu betätigen, der die Energie zu einem Motor unterbricht oder irgend­ eine verbundene Steuervorrichtung betätigt, wie es ohne weiteres zu verstehen ist. Die zweite Schlingfeder 144 hat einen rechts­ händigen Sinn. Die ersten und zweiten Windungsabschnitte 146A bzw. 146B der zweiten Schlingfeder 144 greifen an der Außenfläche der Federhaltebuchse 58 an, wohingegen der dritte Windungsab­ schnitt 146C am rechten Ende an der Oberfläche 114 der Ausgangs­ nabe 102 eingreift. Der erste und der dritte Windungsabschnitt 146 A und 146C weisen in etwa den gleichen Durchmesser auf und wechsel­ wirken mit den Oberflächen, auf denen sie liegen, um eine vorher­ sehbare, feste Bewegungskraft in der zweiten Schlingfeder 144 hervorzurufen. Der mittlere oder zweite Windungsabschnitt 146B hat eine etwas geringere Größe als die benachbarte, berührte Ober­ fläche der Federhaltebuchse 58. Wenn sich die erste Schlingfeder­ anordnung 20 im Überholzustand befindet, liegt ein Unterschied der Drehgeschwindigkeiten der Federhaltebuchse 58 und der Ausgangs­ nabe 102 vor, wodurch ein Abheben des mittleren oder zweiten Win­ dungsabschnittes 146B von der Außenfläche der Federhaltebuchse 58 bewirkt wird. Das Abheben tritt auf, wenn das Drehmoment die geringe Bewegkraft wegen der sehr kleinen Anfangswechselwirkung des mittleren oder zweiten Windungsabschnittes 146B mit der Buchse 58 überschreitet. Wenn das Drehmoment weiterhin zunimmt, dehnt sich der zweite oder mittlere Windungsabschnitt 146B in vorhersehbarer Weise, die zu dem Drehmoment in linearer Beziehung steht, aus. Bei einem vorhersehbaren Drehmoment dehnt sich der zweite oder mittlere Windungsabschnitt 146B der Feder 144 aus und greift an der Innenfläche der zylindrischen Steuerbuchse 130 an. Die zylindrische Steuerbuchse 130 ist lose innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet und der Reibungseingriff dreht die Steuerbuchse 130, drückt die Feder 126 zusammen und bewegt den Steuerstab 138 ent­ lang der Rampe 134. Diese Tätigkeit verschiebt den Steuerstab 138 axial und liefert eine Anzeige dafür, daß die Drehmomentgrenze der Einrichtung 10 erreicht worden ist. Es ist selbstverständlich, daß verschiedene Fühl- und Anzeigemittel verwendet werden können, die Drehung der zylindrischen Steuerbuchse 130 zu erfassen und daß die Rampe 134 und der zugeordnete Steuerstab 138 nur ein Mittel darstellen.

Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich, daß der Betäti­ gungspunkt der Steuerbuchse 130 und somit des Grenzdrehmomentes der zwei Kupplungsanordnungen 20 und 100, die zusammenwirken, additiv ist. Das maximale, auf die Abtriebswelle 56 durch die zweite Schlingfederanordnung 100 übertragene Drehmoment ist gleich dem Drehmoment, welches erforderlich ist, daß der mittlere Windungsabschnitt 146B an der zylindrischen Steuerbuchse 130 eingreift.

Wenn die vorhergehende Betätigung erfolgte und die Antriebs­ kraft zu der einstellbaren Drehmomentbegrenzungseinrichtung 10 über die Antriebswelle 22 beendet worden ist, muß die Einrichtung 10 zurückgestellt werden. Zur Rückstellung muß sich die Ausgangs­ nabe 102 im Uhrzeigersinn relativ zu der Federhaltebuchse 58 vorwärtsbewegen, um den mittleren Windungsabschnitt 146B der zweiten Schlingfeder 144 zurückzuwickeln, und der Feder 126 er­ möglichen, die Steuerbuchse 130 in ihre Anfangs- oder Ausgangs­ stellung zu drehen. Wenn Last- oder Eingangsdrehmoment entfernt ist, kann das in der Feder 144 gespeicherte Drehmoment entweder die Ausgangsnabe 102 vorwärtsbewegen oder die zylindrische Feder­ haltebuchse 58 und die verbundenen Eingangsteile zurückbewegen. Um dieses auszuführen, müßte das Drehmoment in der zweiten Schlingfeder 144 fähig sein, die erste Schlingfederanordnung 20 durchzurutschen. Dadurch, daß Überholkupplungen 80 vorgesehen sind, kann sich die Ausgangsnabe 102 jedoch im Uhrzeigersinn relativ zu den anderen Bauteilen vorwärts bewegen.

Es werden verschiedene Eigenschaften und Vorteile und zusätzliche Überlegungen bei der einstellbaren Drehmomentbegrenzungseinrich­ tung 10 angegeben. Zunächst, die genaue Größe oder der genaue Maß­ stab und somit die Drehmomentübertragungsfähigkeit der Einrichtung 10 ist breit. Deshalb wird darauf hingewiesen und es wird hervor­ gehoben, daß, obgleich die vorhergehende Beschreibung die Ver­ wendung der Einrichtung 10 zusammen mit Kraftwerkzeugen nahe­ legen mag, die allgemeine Auslegung und Konstruktion, die hier geoffenbart sind, einen kleineren Maßstab aufweisen können, um Drehmomente im Bereich von Bruchteilen eines Nm zu übertragen oder an diese anzupassen, oder im größeren Maßstab ausgebildet sein kann, um Drehmomente von vielen Nm zu übertragen und an diese anzupassen.

Wenn die Einrichtung 10, die die Federn 84 und 144 und Kupplungen 80 aufweist, wie es beschrieben wurde, im umgekehrten Sinn an­ getrieben wird, d. h. im Gegenuhrzeigersinn wenn man auf das Ende der Antriebswelle 22 blickt, verriegelt sich die zweite Schling­ federanordnung 100, da der Antrieb dazu neigt, die zweite Schling­ feder 144 anzuziehen. Deshalb wird die erste Schlingfederan­ ordnung 20 vollständig umgangen und das gesamte Eingangsdreh­ moment und die gesamte Antriebskraft werden durch die Einrich­ tung 10 auf die Abtriebswelle 56 und die kurze Welle 110 in um­ gekehrter Richtung übertragen.

Es wird auch darauf hingewiesen, daß die erste bzw. die zweite Schlingfederanordnung 20 und 100 unabhängig als einzelne Bau­ teile in einem Kraftübertragungssystem angeordnet und betrieben werden können. Die Arbeitsweise der zweiten Schlingfederanord­ nung 100 wurde vorhergehend beschrieben und eine entsprechende Arbeitsweise liegt vor, wenn die Anordnung 100 als eine getrennte Einheit verwendet wird.

Die Arbeitsweise der ersten Schlingfederanordnung 20 als ge­ trennte Einheit ist die gleiche, wie sie vorhergehend beschrie­ ben worden ist. Jedoch, da die zweite Schlingfederanordnung 100 in der umgekehrten Richtung (im Gegenuhrzeigersinn und mit dem angegebenen Sinn der Federn) sperrt, wobei die erste Federanord­ nung 20 wirkungsvoll umgangen wird, ist ihre Arbeitsweise als eine getrennte Einheit wesentlich von der vorhergehend beschrie­ benen unterschiedlich. Somit wird nun die Arbeitsweise der ersten Schlingfederanordnung 20, die eine Feder 84 und Kupplungen 80 aufweist, wie es vorhergehend beschrieben wurde, bei umge­ kehrter Richtung, d. h. im Gegenuhrzeigersinn, wenn man auf das Ende der Antriebswelle 22 schaut, und als unabhängige zweite Schlingfederanordnung 100 beschrieben. Bei einer solchen Drehung ist das Eingangsdrehmoment bestrebt, die erste Schlingfeder 84 fester aufzuwickeln. Bei einer Drehung in dieser Richtung greift an dem Ansatz 88A der ersten Schlingfeder 84 eine Kraft durch den gegenüberliegenden Rand des Federaufnahmeschlitzes 68 in der Buchse 58 an. Wenn der Schlitz 68 radial vergrößert wäre, könnte keine Kraft auf den von ihm aufgenommenen Ansatz 88A übertragen werden, sondern würde statt dessen auf den Ansatz 88B über­ tragen und von diesem aufgenommen, welcher von der Einstellnabe 36 aufgenommen ist. In diesem Fall verliefe die auf den Ansatz 88 B und damit die Feder 84 angewandte Kraft in der gleichen Rich­ tung wie das eingestellte Drehmoment. Jedes an die Windungen des kleineren Abschnittes 86B angelegte Drehmoment, welches größer als das eingestellte Drehmoment ist, lenkt die Windungen über die Ablenkung aufgrund der Einstellung weiter hinaus aus. Eine fort­ laufende Auslenkung des Ansatzes 88B im Gegenuhrzeigersinn be­ wirkt eine Trennung von dem Schlitz 68 und der Buchse 58, wo­ durch die gesamte Bewegkraft oder Vorlast von dem größeren Win­ dungsabschnitt 86A entfernt wird. Mit dieser entfernten Vor­ last wird das Durchrutschwellendrehmoment der ersten Schling­ federanordnung 20 gleich dem durch die Wechselwirkung hervorge­ rufenen Drehmoment. Die innere Schlingfederanordnung 20 kann deshalb in einer Richtung eingestellt werden, liefert in der ent­ gegengesetzten Richtung jedoch einen konstanten Überhol- oder Rutschdrehmomentwert. Dies gilt für alle Einstellwerte mit der Ausnahme von 0, wo dann das Überholdrehmoment in beiden Richtungen 0 ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß der mit Keilen versehene Kupp­ lungsring 32 einen wesentlichen Herstellungsvorteil liefert. Typische Herstellungstoleranzen bei der Größe als auch bei der Endbearbeitung der Bauteile in den die erste Schlingfeder 84 be­ treffenden Bereichen bewirken eine Änderung der Ausgangsbewegungs­ kraft, die durch die Wechselwirkung zwischen der ersten Schling­ feder 84 und der zylindrischen Buchse 76 hervorgerufen wird. Aufgrund der Eigenart der mit Keilen versehenen Kupplungen, die mit dem Kupplungsring 32 verbunden sind, kann diese anfängliche Bewegungskraft (moment) stets festgelegt werden, damit sie dem Kupplungszieldrehmoment gleich oder größer als dieses ist. Jeg­ liche Abweichung über dieses Zieldrehmoment kann stets während des Zusammenbaus durch Einstellen entfernt werden, indem der Unterschied als eine kleine Vorlast im kleineren Windungsabschnitt 86B der ersten Schlingfeder 84 bewirkt wird, wenn der Ansatz 88B zu Beginn in der Einstellnabe 36 eingreift, und indem eine solche Vorlast durch die Winkelstellung und den Eingriff der Keile 60 mit den Keilen 34 des Kupplungsringes 32 aufrecht erhalten wird, wenn die Buchse 58 darin in Eingriff gelangt.

Schließlich wird noch darauf hingewiesen, daß, wenn die einstell­ bare Drehmomentbegrenzungseinrichtung 10 bei einer Anwendung eingesetzt werden soll, bei der sich die Antriebswelle 22 im Gegenuhrzeigersinn dreht, wenn man auf das Eingangsende des Gehäuses 12 blickt, der Sinn der ersten Schlingfeder 84 rechts­ händig sein sollte, die Überholkupplungen 80 eingreifen sollten, d. h. Drehmoment übertragen, wenn ihre äußeren Gehäuse im Gegen­ uhrzeigersinn relativ zu der Abtriebswelle 56 angetrieben werden, und überholen sollten, wenn sie in der entgegengesetzten Richtung angetrieben werden, und die zweite Schlingfeder 144 einen links­ händigen Sinn haben sollte, wobei dann die vorhergehende Erör­ terung der Arbeitsweise der Einrichtung 10 in der umgekehrten Richtung zutrifft, wenn die Antriebswelle 22 im Uhrzeigersinn gedreht wird.

Claims (14)

1. Drehmomentbegrenzungseinrichtung, mit einer Antriebs­ einrichtung, einer Abtriebseinrichtung und einer zwi­ schen Antriebs- und Abtriebseinrichtung angeordneten er­ sten Schlingfeder mit einem Paar festgelegter Enden, wo­ bei die Antriebseinrichtung einen innerhalb der Schling­ feder angeordneten zylindrischen Bereich aufweist, und mit einer Einstelleinrichtung zum Einstellen der relati­ ven Winkellage der Enden der Schlingfeder zueinander, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Schlingfeder (84, 144) vorgesehen sind, daß beiden Enden (88A, 88B) der ersten Schlingfeder (84) an der Antriebs­ einrichtung (22, 26, 32, 36, 58) festgelegt sind, daß wenigstens ein Abschnitt (86A) der ersten Schlingfeder (84) mit dem zylindrischen Bereich (76) der Abtriebsein­ richtung (76, 78, 80, 6, 102, 110) in Eingriff steht, und daß die zweite Schlingfeder (144) sowohl mit einem Bereich (58) der Antriebseinrichtung (22, 26, 32, 36, 58) als auch mit einem Bereich (102) der Abtriebsein­ einrichtung (76, 78, 80, 56, 102, 110) in Eingriff steht und mit einem Fühlerelement (130) verbindbar ist.

2. Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste Schlingfeder (84) in entspanntem Zustand eine erste Mehrzahl von Windungen (86A) aufweist, deren Innendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser des zylindrischen Bereichs (76) der Ab­ triebseinrichtung (76, 78, 80, 56, 102, 110) ist.

3. Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebseinrichtung (76, 78, 80, 56, 102, 110) eine Abtriebswelle (56), ein mit dem zylindrischen Bereich versehenes Ausgangsteil (76) und eine Überholkupplung (80) aufweist, wobei die Überholkupplung (80) betriebsmäßig zwischen dem Aus­ gangsteil (76) und der Abtriebswelle (56) angeordnet ist.

4. Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ triebseinrichtung (22, 26, 32, 36, 58) eine Antriebswel­ le (22) und ein als zylindrische Buchse ausgebildetes Eingangsteil (58) zum Aufnehmen der ersten Schlingfeder (84) aufweist, und daß die Antriebswelle (22) und das zylindrische Eingangsteil (58) über eine Kupplung (32) antriebsverbunden sind.

5. Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kupplung (32) ringförmig und mit Keilen (34) ausgebildet ist, wobei die Keile (34) der ringförmigen Kupplung (32) komplementär zu Kei­ len auf der Antriebswelle (22) und dem zylindrischen Eingangsteil (58) sind.

6. Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühler­ element (130) eine konzentrisch um die zweite Schlingfe­ der (144) angeordnete und zwischen einer ersten und ei­ ner zweiten Stellung verdrehbare Hülse aufweist.

7. Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Fühlerelement (130) eine zwischen einer ersten axialen Stellung, die der ersten Stellung des Fühlerelements (130) entspricht, und einer der zweiten Stellung des Fühlerelements (130) entspre­ chenden, zweiten axialen Stellung verschiebbare Einrich­ tung (138) zugeordnet ist.

8. Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Fühlerelement (130) in ei­ ne der Stellungen vorspannbar ist.

9. Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Schlingfeder (84, 144) eine unterschied­ liche Windungsrichtung aufweisen.

10. Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schlingfeder (84) einen linkshändigen Sinn und die zwei­ te Schlingfeder (144) einen rechtshändigen Sinn auf­ weist.

11. Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ stelleinrichtung (44, 46) eine ein Ende (88A, 88B) der ersten Schlingfeder (84) beaufschlagende Einstellschrau­ be (86) aufweist, die im wesentlichen tangential zu die­ sem Ende (88A, 88B) der Schlingfeder (84) ausgerichtet ist.

12. Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach einem der An­ sprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schlingfeder (84) in entspanntem Zustand eine zweite Mehrzahl von Windungen (86B) aufweist, deren Innendurch­ messer wenigstens ebenso groß wie der Außendurchmesser des zylindrischen Bereichs (76) der Abtriebseinrichtung (76, 78, 80, 56, 102, 110) ist.

13. Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der zweiten Schlingfeder (144) in Eingriff stehenden Be­ reiche (558, 102) zylindrisch und von gleichem Außen­ durchmesser sind.

14. Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schlingfeder (144) im entspannten Zustand drei Abschnitte (146A, 146B, 146C) aufweist, wobei die beiden Endabschnitte (146A, 146C) einen ersten Innendurchmesser und der da­ zwischenliegende Abschnitt (146B) einen zweiten, größe­ ren Innendurchmesser aufweist, und daß der größere In­ nendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser des zy­ lindrischen Eingangsteils (58) der Antriebseinrichtung (22, 26, 32, 36, 58) ist.