DE4019747C1 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine reibschlüssige Kupplung zur
drehfesten und lösbaren Verbindung zweier koaxialer
Bauteile, z. B. einer Nabe mit einer Welle gemäß den im
Oberbegriff des Anspruches 1 beschriebenen Merkmalen.
Eine Kupplung dieser Gattung ist aus der EP-PS 01 78 300
(US-PS 46 16 948) bekannt. Die bekannte Kupplung weist ein
Außenteil und ein Innenteil auf, die einen in axialer
Richtung kegeligen und druckdichten Ringraum in sich
einschließen. In diesem Ringraum ist ein gleichartig
kegeliger Ringkolben axial verschiebbar angeordnet. Die
Verschiebung kommt durch Einspeisung eines Druckmittels auf
jeweils eine der beiden Stirnseiten des Ringkolbens
zustande, wodurch eine radiale Spannkraft z. B. auf die
Welle zur reibschlüssigen Übertragung eines Drehmomentes
ausgeübt wird. Das Außenteil der bekannten Kupplung kann
entweder zum Einsetzen in die Nabe eines anderen Bauteiles
oder als selbständiges Bauelement mit stirnseitiger
Befestigung, z. B. an einer Gelenkwelle, ausgebildet sein.
Die Passung zwischen den am Reibschluß beteiligten
Oberflächen muß daher genau festgelegt sein. Dabei ist die
volle Drehmoment-Übertragungsfähigkeit zwischen den am
Reibschluß beteiligten Flächen, insbesondere
an der Wellenoberfläche, nur möglich, wenn der Ringkolben
während seines axialen Hubes im Zusammenwirken mit der
konischen Wandung eine ausreichende Radialspannung erzeugen
kann.
Der Hub des Ringkolbens bzw. dessen Lage innerhalb des Ring
raumes ist indessen von außen nicht erkennbar. Es wäre zwar
denkbar, z. B. den Beaufschlagungsdruck in den Ringraum so
zu dosieren, daß nur ein vorausberechneter Teilhub des Ring
kolbens und damit eine entsprechende Radialspannung zustande
kommt. Dies ist aber im Hinblick auf die nicht genau
erfaßbaren Reibungsverhältnisse innerhalb der reib
schlüssigen Kupplung, insbesondere zwischen dem Ringkolben
und der konischen Wand, und angesichts der Herstellungs
toleranzen, zu ungenau und daher unzuverlässig im Hinblick
auf die Festlegung des übertragbaren Drehmomentes der reib
schlüssigen Kupplung.
Daher wird die reibschlüssige Kupplung so ausgelegt, daß die
höchste Radialspannung und damit das höchste übertragbare
Drehmoment dann erreicht ist, wenn der Ringkolben seinen
vollen Hub innerhalb des Ringraumes vollzogen hat, wobei
stets der maximale Betätigungsdruck für die Verschiebung des
Ringkolbens in die eine Druckkammer eingespeist wird.
Es wäre theoretisch auch möglich, durch Messung der einge
speisten Druckmittelmenge die Bewegung bzw. Lage des Kolbens
innerhalb der Ringkammer zu ermitteln. Aber aufgrund von
Leckagen an den Verschraubungen, den Anzeigetoleranzen der
Meßeinrichtung für das Druckmittel und die den Meßwert ver
fälschenden elastischen Verformungen der beteiligten Bau
teile unter Hochdruck ist auch dieses Meßverfahren nicht
zuverlässig.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine reibschlüssige Kupplung
der eingangs beschriebenen Art derart auszubilden, daß es
auf einfache und sichere Weise möglich ist, die erreichte
Endlage des Ringkolbens im Innenraum festzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruches 1 gelöst. Danach ist im Außenteil der Kupplung
ein beweglich geführter Positionsmelder so angebracht, daß er über
eine mittelbare Verbindung zu dem innenliegenden Ringkolben
seine Lage so verändern kann, daß er bei erreichter Endlage
des Ringkolbens ebenfalls seine Endlage erreicht. Diese End
lage des Positionsmelder ist von einem außerhalb des Außenteiles
angeordneten Sensor erkennbar. Zwischen dem Hub des Ring
kolbens und dem Weg des Positionsmelders ist wenigstens im Endbe
reich des Kolbenhubes eine Koppelung geschaffen, die einer
Positionsangabe für die Lage des Ringkolbens im Ringraum
entspricht, die zur Überprüfung bei der Montage erfaßt
werden kann. Dies macht eine unter Umständen schwierige,
aufgrund beengter baulicher Platzverhältnisse oft auch
unmögliche mechanische Messung, z. B. mittels einer Sonde in
den Innenraum bzw. in eine der Druckkammern entbehrlich.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung angegeben. Gemäß Anspruch 2 kann jeder Druckkammer
an den Stirnseiten des Ringkolbens eine einen Positionsmelder und
einen Sensor umfassende Meßanordnung zugeordnet werden.
Gemäß den Ansprüchen 3 und 4 kann die Koppelung zwischen dem
Ringkolben und dem Positionsmelder mittels einer Kolben-Zylinder-
Anordnung erfolgen, nämlich einem dem Ringkolben zuge
wandten Geberzylinder mit entsprechendem Geberkolben, der
über einen mit inkompressiblem Medium gefüllten Kanal mit
einem Nehmerzylinder mit einem Nehmerkolben in Verbindung
steht. Der Positionsmelder ist dabei mit dem Kolben des Nehmer
zylinders integriert, während der Geberkolben direkt vom
Ringkolben aus beaufschlagt wird. Zwischen dem Positionsmelder und
dem Ringkolben ist somit eine starre Verbindung in der Art
eines hydraulischen Gestänges geschaffen. Gemäß den
Ansprüchen 5 bis 7 soll der Positionsmelder aus sensorisch erfaß
barem Material bestehen, wozu sich insbesondere magnetisches
Material eignet. Der Nehmerzylinder ist am Außenteil mit
radialer Achsrichtung angeordnet, wobei der Positionsmelder im
radial äußersten Bereich des Nehmerkolbens angeordnet ist
und bis zu seiner äußersten Endlage in den Bereich des
Außenumfanges des Außenteiles ausgefahren werden kann. Im
Umfangsbereich des Außenteiles ist ortsfest, also nicht
mitrotierend, der Sensor angeordnet, der berührungsfrei auf
die radiale Lage des Positionsmelders innerhalb des
Nehmerzylinders reagiert, wobei der Sensor als
Näherungsschalter ausgebildet sein kann. Gemäß Anspruch 8
ist im Außenteil der Kupplung im Bereich des Positionsmelders bzw.
Nehmerzylinders eine sensorisch neutrale Zone vorgesehen
damit der Sensor zuverlässig nur die Lage des Positionsmelders
anzeigt. Diese sensorisch neutrale Zone kann als
Befestigungsplatte aus unmagnetischem Material für den
Nehmerkolben mit Positionsmelders ausgebildet sein. Während die
Wirkrichtung des Nehmerzylinders nicht unbedingt radial,
sondern z. B. auch axial angeordnet sein kann, ist gemäß den
Ansprüchen 9 und 10 der Geberzylinder im Bereich der Druck
kammern vorzugsweise mit axialer Wirkrichtung vorgesehen.
Dadurch kann der axiale Hub des Ringkolbens unmittelbar
erfaßt werden, wobei der Geberkolben mit dem Ringkolben über
einen langgestreckten Stößel in Verbindung steht, sobald der
Ringkolben sich nahe genug auf seine Endlage zu bewegt hat.
Dabei ist der Stößel bei Erreichen der Endlage des Ring
kolbens ganz in die Stirnseite der Druckkammer eingeschoben,
und der Nehmerkolben mit dem Positionsmelder soll dabei ebenfalls
seine Endlage zur Erfassung durch den Sensor erreicht haben.
Gemäß den Ansprüchen 11 bis 13 ist vorgesehen, daß der
Geberzylinder einen größeren Durchmesser aufweist als der
Nehmerzylinder, wobei ein Flächenverhältnis in der
Größenordnung
von 1 zu 8 möglich ist, was einer Wegübersetzung mit
demselben Betrag zwischen dem Geberkolben und dem Nehmer
kolben entspricht. Vorgesehen ist ein Hub von etwa 1 bis 3 mm
für den Geberkolben, vorzugsweise zwischen 1 und 1,5 mm.
Damit kann der Nehmerkolben mit dem Positionsmelder einen Hub von
etwa 10 mm vollziehen. Durch diese Wegübersetzung ist eine
feinfühlige Abtastung der Hubbewegung des Ringkolbens und
damit eine Endlagenmessung mit hoher Empfindlichkeit
geschaffen. Der in den Innenraum im Bereich der Druckkammer
hineinragende Stößel kommt mit dem Ringkolben somit erst in
Kontakt, wenn dieser sich seiner Endlage bis auf die letzten
1 bis 3 mm genähert hat.-
Gemäß den Ansprüchen 14 und 15 ist der Stößel mit einer
Abdichtung gegen den in der Druckkammer herrschenden Hoch
druck abgedichtet, ebenso die Geber- und Nehmerkolben
gegenüber dem Außenbereich. Zwischen der Abdichtung des
Stößels und dem Geberkolben kann eine ins Freie führende
Entlastung vorgesehen sein. Mindestens einer der Geber- oder
Nehmerzylinder weist eine Rückschubfeder für den ent
sprechenden Kolben auf, damit die Kolben-Zylinder-Anordnung
für das nächste Arbeitsspiel wieder seine Ausgangslage
erreicht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung mit
einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
In einem Längsschnitt ist eine reibschlüssige Kupplung 1
dargestellt, die eine Welle 2 mit einem Gelenkwellenflansch
3 verbindet. Die reibschlüssige Kupplung 1 stellt somit ein
selbständiges Bauteil dar mit einem Außenteil 4, das mit
einem Innenteil 5 druckdicht verbunden ist und eine kegelige
innenliegende Mantelfläche 8 aufweist. Das Außenteil 4 und
das Innenteil 5 schließen einen druckdichten Innenraum 6
zwischen sich ein, in dem ein Ringkolben 7 mit kegeliger
Außenmantelfläche versehen ist, die der Konizität der
Wandung 8 entspricht. An den beiden Stirnseiten des axial
verschieblichen Ringkolbens 7 sind Druckkammern 9, 10
gebildet, die über Kanäle 11 von außen her jeweils wechsel
weise mit Druckmittel versorgt werden können. Dadurch läßt
sich der Ringkolben in jeweils eine der beiden Endlagen
verschieben. Dargestellt ist in der Zeichnung die Endlage
des Ringkolbens 7, bei der die reibschlüssige Kupplung
entlastet und damit von der Welle 2 lösbar ist. Bei Zufuhr
von Druckmittel durch den Kanal 11 zur Druckkammer 9 wird
der Ringkolben 7 zur nichtbeaufschlagten Druckkammer 10 hin
verschoben und damit eine radiale Spannkraft zwischen dem
Außenteil 4 und dem Innenteil 5 erzeugt zur reibschlüssigen
Übertragung von Drehmoment zwischen der Welle 2 und dem
Flansch 3.
Am stirnseitigen Ende der beiden Druckkammern 9, 10 befindet
sich jeweils ein Geberzylinder 12 mit zur Drehachse der
Kupplung paralleler Achsrichtung. Innerhalb des Geber
zylinders 12 befindet sich ein Geberkolben 13 mit einem
Stößel 14, der zur Stirnseite der jeweiligen Druckkammer
bzw. des Ringkolbens hin gerichtet ist. Im vorliegenden Aus
führungsbeispiel ist das Außenteil 4 bzw. das Innenteil 5
derart ausgebildet, daß jeweils einer der Geberzylinder 12
am Außenteil 4, nämlich der der Druckkammer 10 zugeordnete
Geberzylinder, während der der Druckkammer 9 zugeordnete
Geberzylinder am Innenteil 5 angeordnet ist. Jeweils dem
entsprechenden Geberzylinder 12 zugeordnet ist am Außenteil
4 bzw. Innenteil 5 mit radialer Achsrichtung ein Nehmer
zylinder 16 angeordnet mit einem Kolben 17. Die jeweils am
Außenteil 4 bzw. Innenteil 5 angeordneten Geber- bzw. und
Nehmerzylinder 12, 16 sind über einen Verbindungskanal 15
und eine Füllung aus inkompressiblem Medium miteinander
verbunden. Am Kolben 17 des jeweiligen Nehmerzylinder 16 ist
nach radial außen zum Außenumfang der reibschlüssigen
Kupplung hin ein Positionsmelder 20 angeordnet. Dieser besteht aus
sensorisch erfaßbarem Material, z. B. magnetischem Metall.
Hinter jedem der Kolben 13 und 17 der Geber- und Nehmer
zylinder 12, 16 ist eine Rückschubfeder 18 angeordnet. Der
Kolben 17 und die Feder 18 des Nehmerzylinders 16 sind durch
eine Befestigungsplatte 19 am Außenumfang der Kupplung
befestigt. Diese Befestigungsplatte 19 besteht vorzugsweise
aus sensorisch neutralem Material. Im Bereich des Nehmer
zylinders 16 befindet sich ein Sensor 21. Dieser ist
außerhalb der Kupplung, also nicht mitrotierend, befestigt
und ist vorzugsweise als Näherungsschalter ausgebildet,
wodurch er berührungsfrei mit geringem Abstand zur Ober
fläche der Kupplung den Abstand des Indikators 20 erfassen
kann.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zu erkennen, daß
der Ringkolben 7 in seiner entspannten Lage den Stößel 14
des Kolbens 13 innerhalb des der Druckkammer 9 zugeordneten
Geberzylinders 12 vollständig nach innen verdrängt hat. Der
Kolben 13 hat durch den Kanal 15 das enthaltene Druckmittel
in den Nehmerzylinder 16 verdrängt so daß der Kolben 17 mit
dem darauf befestigten Positionsmelder 20 nach radial außen bewegt
worden ist. Dadurch kam der Positionsmelder 20 in erfaßbare Nähe
zum Sensor 21, so daß dieser die erreichte Endlage des Ring
kolbens 7 anzeigen kann. Wird hingegen Hochdruckmedium durch
den Kanal 11 der Druckkammer 9 zugeführt, wobei die Druck
kammer 10 entlastet ist, so bewegt sich der Ringkolben 7
nach links in die Stellung, bei der eine Radialspannung
zwischen dem Außenteil 4 und dem Innenteil 5 erzeugt wird
zur Bildung von Reibschluß an der Oberfläche der Welle 2.
Kurz vor Erreichen der linken Endlage innerhalb der ent
lasteten Druckkammer 10 wird der Stößel 14 des dortigen
Geberkolbens 13 im Geberzylinder 12 eingedrückt, so daß
wiederum der Kolben 17 des Nehmerzylinders 16 mit dem
anderen Positionsmelder 20 nach radial außen verschoben wird zur
Erfassung durch den anderen Sensor 21, analog zur Erfassung
der Lage des Ringkolbens in der Druckkammer 9.
Es ist ausreichend, wenn der Stößel 14 jeweils nur wenige
Millimeter in die jeweilige Druckkammer hineinragt und damit
auch nur den Endbereich des Hubes des Ringkolbens 7 erfaßt.
Von Vorteil ist eine Wegübersetzung zwischen dem Kolben 13
des Geberzylinders 12 und dem Kolben 17 des Nehmerzylinders
16. Dazu wird die effektive Kolbenfläche des Kolbens 13
mindestens fünf Mal größer ausgebildet als die Kolbenfläche
des Kolbens 17 im Nehmerzylinder 16. Bewährt hat sich ein
Flächenverhältnis von etwa 1 zu 8. Dies hat den Vorteil, daß
einerseits auch kleine Bewegungen des Ringkolbens 7 noch
erfaßt werden, während andererseits ein genügend großer Hub
des Kolbens 17 im Nehmerzylinder 16 zustande kommt und damit
eine zuverlässige Erfassung der radialen Lage des Positionsmelder
20 bzw. der axialen Lage des Ringkolbens 7 mittels des
Sensors 21. Die Ausbildung der Befestigungsplatte 19 am
Nehmerzylinder 16 aus sensorisch neutralem Material hat den
Vorteil, daß der Sensor zuverlässig nur die Nähe des
Positionsmelder 20 erfaßt. Während der Montage ist für einen
Arbeitstakt für den Ringkolben 7, also eine Hubbewegung in
der einen oder der anderen Verschieberichtung lediglich ein
einziger Sensor gleichzeitig notwendig. Es kann somit
jeweils derselbe Sensor für die Abtastung des Positionsmelder 20
für die Druckkammer 9 oder für die Druckkammer 10 verwendet
werden. Für eine Fernbetätigung der Montage kann es auch
erforderlich sein, zur Vereinfachung zwei Sensoren 21 zu
verwenden, die gemeinsam in einer Haltevorrichtung (nicht
dargestellt) auf die Kupplung aufgesetzt werden.
Claims (16)
1. Reibschlüssige Kupplung zum drehfesten und lösbaren
Verbinden zweier koaxialer Bauteile, z. B. einer Nabe
und einer Welle, mit den folgenden Merkmalen:
- a) ein der Nabe zugewandtes Außenteil und ein der Welle zugewandtes Innenteil umschließen einen sich axial erstreckenden kegelig ausgebildeten und nach außen druckdichten Ringraum;
- b) in dem Ringraum befindet sich ein kegeliger Ring kolben, dessen Mantelflächen an den Mantelflächen des Ringraumes dichtend anliegen, der im Ringraum axial verschiebbar ist und an seinen Stirnseiten mit dem Ringraum Druckkammern bildet;
- c) zu jeder Druckkammer führt ein Kanal zur Zufuhr von Druckmittel, das aus einer Hochdruckquelle in jeweils eine der beiden Druckkammern einspeisbar ist;
gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden
weiteren Merkmale:
- d) das Außenteil (4) weist mindestens einen beweglich geführten Positionsmelder (20) auf, dessen Lage innerhalb des Außenteiles (4) veränderbar ist;
- e) der Ringkolben (7) ist mit dem Positionsmelder (20) so verbunden, daß bei Erreichen der End lage des Ringkolbens (7) in einer der Druckkammern (9, 10) der Positionsmelder (20) eine äußere Endlage erreicht hat;
- f) außerhalb des Außenteiles (4) befindet sich ein Sensor (21), der auf eine Lageveränderung des Positionsmelders (20) aussprechbar ist, wenn dieser bei Erreichen der Endlage des Ringkolbens (7) ebenfalls seine Endlage erreicht hat.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Druckkammer (9, 10) ein Positionsmelder (20) sowie ein
Sensor (21) zugeordnet ist.
3. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Ringkolben (7) und dem
Positionsmelder (20) eine Kolben-Zylinder-Kombination ange
ordnet ist, die einen dem Ringkolben (7) zugewandten
Geberzylinder (12) mit Kolben (13) sowie einen Nehmer
zylinder (16) mit Kolben (17) aufweist, die mit einem
Verbindungskanal (15) verbunden und mit einem
inkompressiblen Fluid gefüllt sind.
4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Positionsmelder (20) mit dem Kolben
(17) des Nehmerzylinders (16) integriert ist.
5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Positionsmelder (20) am Kolben (17)
aus sensorisch erfaßbarem, vorzugsweise magnetischem
Material besteht.
6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Nehmerzylinder (16) mit
radialer Achse am Außenteil (4) angeordnet ist, wobei
der Positionsmelder (20) dem Außenumfang des Außenteils (4)
zugewandt am Kolben (17) des Nehmerzylinders (16)
angeordnet und die radial äußerste Lage des Kolbens
(17) der Endlage des Ringkolbens (7) in einer der
Druckkammern (9, 10) entspricht.
7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sensor (21) ortsfest nicht
mitrotierend berührungsfrei im Umfangsbereich des
Außenteils (4) angeordnet und als Näherungsschalter auf
die Lage des Positionsmelders (20) reagierend ausgebildet
ist.
8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Bereich um den Nehmerzylinder
(16) am Außenumfang des Außenteils (4) aus sensorisch
neutralem Material besteht und als Befestigungsplatte
(19) ausgebildet ist.
9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Geberzylinder (12) mit axialer
Wirkrichtung an der Stirnseite der Druckkammer (9, 10)
angeordnet ist, wobei am Kolben (13) des Geber
zylinders (12) ein Stößel (14) angebracht ist, mittels
dem der Kolben (13) im Endbereich des Hubes des Ring
kolbens (7) axial verschiebbar ist.
10. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stößel (14) in der Endlage des
Ringkolbens (7) in der Druckkammer (9, 10) vollständig
in die Stirnseite der Druckkammer (9, 10) eingedrückt
ist, wobei der Kolben (17) des Nehmerzylinders (16)
mit dem Positionsmelder (20) seine äußerste Endlage vor dem
Sensor (21) erreicht hat.
11. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Geberzylinder (12) einen
größeren Durchmesser aufweist als der Nehmerzylinder
(16).
12. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die wirksame Fläche des Kolbens
(13) des Geberzylinders (12) acht Mal so groß ist wie
die wirksame Fläche des Kolbens (17) des Nehmer
zylinders (16).
13. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Hub des Kolbens (13) des Geber
zylinders (12) im Bereich zwischen 1 und 3 mm beträgt,
vorzugsweise zwischen 1 und 1,5 mm.
14. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der Innenraum des Geberzylinders
(12) gegenüber dem in der Druckkammer (9, 10)
herrschenden Hochdruck abgedichtet ist.
15. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens einer der beiden Kolben
(13, 17) des Geber- oder Nehmerzylinders (12, 16) eine
Rückschubfeder aufweist.
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Publications (1)
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---|---|
DE4019747C1 true DE4019747C1 (de) | 1991-09-19 |
Family
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