DE7819690U1 - Sicherheitskupplung - Google Patents

Description

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Sicherheitskupplung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Es sind bereits viele Sicherheitskupplungen bekannt geworden, die bei Überschreiten eines bestimmten Drehmomentes die Antriebsverbindung unterbrechen und dabei gegebenenfalls einen elektrischen Kontakt auslösen. Eine derartige Sicherheitskupplung ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift 25 44 919 bekannt geworden, doch weist diese den grundsätzlichen Nachteil auf, daß sie nach 360° Dre?iung der Antriebswelle wieder einzurasten bestrebt ist, auch wenn die überlast noch andauert,

Es gibt auch schon verschiedene Sicherheitskupplungen, die nach einer überlast im wesentlichen frei auslaufen, jedoch beinhalten die verschiedenen Funktionsprinzipien der Kupplungen einen oder mehrere der nachstehend diskutierten Nachteile.

Beim Ausrasten entsteht ein Abrutschen an den Kugeln und kein Abrollvorgang. Dadurch ist die Kupplung beim Ausrasten mit

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einer sogenannten belastenden Reibung behaftet, welche ein ungenaueres Ausrasten mit sich bringt.

Beim freien Auslaufen nach der überlast erfolgt ebenfalls ein Abrutschen an den Kugeln, wodurch ein hohes Restmoment entsteht, was wiederum zu Wärmeentwicklung führt. Somit kann bei einer solchen Kupplung keine lange Auslaufzeit bzw. keine hohe Drehzahl zugelassen werden.

Nach dem Ausrasten des beweglichen Teils der Kupplung bleibt dieses in manchen Fällen in der ausgerasteten Position. Wenn ein elektrischer Endschalter zur Abschaltung der Maschine verwendet wird/ kann dies dazu führen, daß der Endschalter während des ganzen Auslaufens berührt wird. Um dies zu vermeiden, werden berührungsfreie Endschalter verwendet, die jedoch teuer sind und darüberhinaus eine elektronische Steuerung benötigen.

Bei verschiedenen bekannten Kupplungen spielt die Drehzahl für die Drehmomenteinstellung eine große Rolle, d. h. die Kupplungen sind fliehkraftabhängig.

Bei verschiedenen Kupplungen mußte wegen der Funktionsprinzipien äie Form der Kupplung so gewählt werden, daß sie entweder nicht symmetrisch oder, wenn symmetrisch, dann mit außenliegenden

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Teilen und Nocken versehen waren, was eine ungünstige Form für umlaufende Teile ergab.

Ein Wiedereinrasten entgegen der normalen Drehrichtung kann bei § verschiedenen Antrieben aus Konstruktionsgründen nicht durchgeführt werden.

Bei manchen Konstruktionen werden die Kugeln der Kupplungen beim Wiedereinrasten einem Schiebevorgang unterworfen, wodurch die Einrastkanten innerhalb der Kupplung stark beansprucht und dadurch sehr stark abgenützt werden.

Sicherheitskupplungen mit winkeltreuer Wiedereinrastung rasten auch nach dem Auslauf genau nach 360° wieder ein, d.h. der Antrieb muß innerhalb einer Umdrehung stillgesetzt werden, oder aber es entsteht ein Einrasten und sofortiges Ausrasten, da die überlast noch vorhanden ifit^ Dieses Ein- und Ausrasten beansprucht die Kugel bzw. Rollensenkung sehr stark und führt zu Beschädigungen, wodurch ein sicheres Funktionieren der Kupplung nicht mehr gewährleistet ist.

Diese Nachteile sollen durch die vorliegende Erfindung beseitigt werden, d.h. es soll eine Sicherheitskupplung vorgesehen werden, die bei einer genau einstellbaren, dreh-

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zahlunabhängigen überlast auslöst, wonach kein Restmoment mehr beim freien und ungestörten Auslaufen vorhanden sein soll. Auch ist es erwünscht, die Sicherheitskupplung so auszubilden, daß eine kurzzeitige mechanische Auslösung eines elektrischen Endschalters ohne schleifenden Kontakt vor oder nach dem Auslösen möglich wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruches gelöst.

Beim Ausrasten der Kupplung entsteht ein Abrollvorgang, so daß keine wesentliche Reibung auftritt und dadurch das Auslösemoment immer konstant bleibt. Die Kugeln, die das Drehmoment übertragen, sind in einem Käfig geführt und somit fliehkraftunabhängig. Eine Drehmomentänderung infolge der zunehmenden Fliehkraft bei höheren Drehzahlen tritt nicht auf. Der Kugelkäfig selbst überträgt kein Drehmoment, sondern es entsteht nur ein Abrollvorgang zwischen den beiden Kupplungshälften, d.h. dem Druckflansch und dem Schaltteil.

Nach der überlast, d.h. während des Auslaufens, entsteht kein Restmoment, da das Abrollen auf einem Axiallager zwischen den Kupplungshälften stattfindet. Somit kann eine lange Auslaufzeit und eine hohe Drehzahl der Kupplung zugelassen werden.

Nach dem Ausrasten kann die Kupplung an ihrer Ausgangslage in ümfangsrichtung vorbeirollen ohne wieder einzurasten, obwohl die eine Kupplungshälfte, d.h. das Schaltteil unmittelbar nach dem Auslösen in die axiale Ausgangslage zurückkehrt. Bei Verwendung eines mechanischen Endschalters schleift dieser daher nicht während des ganzen Aus lauf Vorganges am Schaltteil«, Ein solches Schleifen würde den Sndschalterabstand und somit das eingestellte Drehmoment mit der Zeit verändern. Auch wenn der Endschalter ausnahmsweise versagt, kann die zu schützende Maschine nicht überbeansprucht werden, da die Antriebsverbindung auch ohne die Wirkung des Endschalters unterbrochen bleibt.

Die Drehrichtung für die Wiedereinrastung ist beliebig. Auch hierbei erfolgt ein Abrollvorgang und kein Schiebevorgang an den Kugeln. Dies erhöht ebenfalls die Genauigkeit und die Lebensdauer der Kupplung. Das Einrasten selbst wird mittels eines Hakens- und eines Zapfenschlüssels vorgenommen, die am Druckflansch bzw. am Kugelkäfig angesetzt werden. Dadurch kann der Einrastvorgang nur vom Bedienungspersonal vorgenommen werden. Die Wiedereinrastung erfolgt dabei auf die Weise, daß genau die gleiche Winkelbeziehung zwischen den Maschinenteilen eingenommen wird, die vor dem Auslösen vorhanden war.

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Die Kupplung ist von außen her geschlossen und gegen Schmutz abgedeckt. Wegen ihrer Symmetrie und wegen des Vorteils, keine außenliegenden Teile zu haben, ist die Kupplung besonders für hohe Drehzahlen geeignet. Die einfache kompakte Bauform bringt auch preisliche Vorteile.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im nachfolgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

In diesen zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch die Sicherheitskupplung, wobei der zugeordnete Endschalter ebenfalls dargestellt ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die eine Kupplungshälfte, d.h. den Druckflansch, wobei der Schnitt A-B groß herausgezeichnet ist,

Fig. 3 den Kugelkäfig, der durch einen in einen Schlitz eingreifenden Anschlagstift in seiner Drehbarkeit relativ zum Druckflansch begrenzt ist,

Fig. 4 eine Teilschnittansicht längs Linie C-D in Fig.

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Auf einer mit einer Keilnut versehenen Nabe 1 sind die zwei Kupplungshälften, d.h. der Druckflansch 2 und das Schaltteil 3 konzentrisch angeordnet. Das Schaltteil 3 ist axial verschieblich aber drehstarr mit der Nabe 1 verbunden und wird durch Tellerfedern 15, die von einer Elnstellmutter 4 auf der Nabe vorgespannt werden, in Richtung auf den Druckflansch 2 beaufschlagt. Zwischen dem Schaltteil und dem Druckflansch sind die Kugeln 14 vorgesehen, die von einem Kugelkäfig 5 geführt werden und im eingerasteten Zustand in den 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.

Zwischen dem Druckflansch 2 und einem Radialflansch 6 der Nabe 1 ist ein weiteres Axiallager 12 vorgesehen. Außerdem ist ein Gleitlager 7 zur radialen Festlegung des Druckflansches 2 vorgesehen.

Ein Endschalterstift 11 eines Endschalters 10 greift in eine Umfangsnut am Schaltteil 3 ein, so daß die kurzzeitige Axialverschiebung des Schaltteils 3 beim Auslösen der Sicherheits-

kupplung den Endschalter betätigt.

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Auf einer oder beiden Seiten einer jeder kleinen Kugelsenkung 21 sind sehr viel größere Kugelsenkungen 20 vorgesehen, in die die Kugeln 14 beim Auslösen der Kupplung beim Rechtslauf bzw. Linkslauf einfallen derart, daß die gegenüberliegende Kupplungshälfte sich frei drehen kann. Der Anschlagstift 19 im Druckflansch 2 greift in einen konzentrisch zur Achse der ~ Kupplung gekrümmten Schlitz 22 im Kugelkäfig 5 ein (vgl. Fig.

·3), wobei dieser Schlitz eine Winkelausdehnung besitzt, die dem Winkelabstand der großen Kugelsenkungen 20 beiderseits der

kleinen Kugelsenkung 21 entspricht.

Im nachfolgenden soll die Funktion der Kupplung beschrieben werden.

Das Drehmoment geht von der Nabe 1 über vier Mitnehmerklauen aiii Schaltteil so^ie über das Schaltteil 3 selbst und die Kugeln 14 zum Druckflansch 2. An diesem Druckflansch 2 können je nach Bedarf entweder die Antriebsflansche für den zweiten Wellenstumpf oder Antriebselemente wie Kettenräder, Zahnräder usw. vorgesehen werden»

An der Einstellmutter 4 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, gleitet das Schaltteil 3 nach rechts (Fig. 1) und betätigt den Endschalterstift 11. Danach rückt das Schaltteil 3 wieder nach links zurück und liegt dann am Axiallager 18 an und kann frei auslaufen-

Im eingerasteten Zustand wird das Schaltteil 3 durch Federn 15, die Kugeln 14, den Druckflansch 2 und das Axiallager 12 gegen den Radialflansch 6 der Nabe 1 gedrückt. Im ausgerasteten Zustand, d.h. wenn die Kupplung frei ausläuft, wird das Schaltteil 13 durch die Federn 15 gegen das Axiallager 18, den Druckflansch 2 und das Axiallager 12 gegen die Nabe 1 gedrückt. Dies geschieht dadurch, daß die Kugeln 14 aus der Senkung 21 im Druckflansch 2 ausrasten und in eine tiefere Senkung 20 im Druckflansch 2 wandern, wodurch das Schaltteil 3 gegen das Axiallager 18 in Anlage kommt.

Der Kugelkäfig 5 legt den gleichen Weg wie die Kugeln 14 zurück, wenn diese in die tiefere Senkung des Druckflansches 2 wandern. Der Anschlagstift 19 begrenzt, im Zusammenwirken mit dem Schlitz 22 die weitere Bewegung des Kugelkäfigs (Fig. 3 und 4). Der Anschlagstift 19 verhindert ein weiteres Umlaufen des Kugelkäfigs 5, da die Kugeln sonst wieder nach rechts (Fig. 1) in das Schaltteil gedruckt würden, das nach dem Ausrasten frei umläuft.

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Das Wiedereinrasten der Sicherheitskupplung wird dadurch vorgenommen, daß die drei Teile der Kupplung, d.h. der Druckflansch 2, der Kugelkäfig 5 und das Schaltteil 3 mit Hilfe von geeigneten Werkzeugen wieder in die richtige Relativlage zueinander zurückbewegt werden, in der die Kugeln 14 in den KugelSenkungen 21 liegen. Um das Wiedereinrasten der Kupplung zu erleichtern, können auf der Umfangsflache der genannten drei Bauteile Markierungen vorgesehen werden, die zum Zwecke des Einrastens aufeinander ausgerichtet werden müssen.

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Claims (4)

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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 zur Nabe drehbare Kupplungshälfte federbeaufschlagt ist, wobei die Trennebene zwischen den Kupplungshälften mehrere auf einem

Kreis angeordnete, durch einen Kugelkäfig geführte Kugeln aufweist, die im eingerasteten Zustand zur Drehmomentenübertragung von der einen zu der anderen Kupplungshälfte in KugelSenkungen in den einander zugewandten Stirnflächen der beiden Kupplungshälften sitzen, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Kupplungshälften (2 oder 3) auf dem Kreis (17) neben den Kugelsenkungen (21) mit jeweils gleichem Winkelabstand zu den Kugelsenkungen (21) mehr als doppelt so tiefe große KugelSenkungen (20) /| vorgesehen sind, und daß zwischen den Kupplungshälften (2, 3)

ein Axiallager (18) vorgesehen ist, das im ausgerasteten Zustand

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Zustand die Kupplungshälften im wesentlichen auf dem gleichen axialen Abstand zueinander hält wie im eingerasteten Zustand.

2. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß die großen KugelSenkungen (20) auf beiden Seiten neben den Kugelsenkungen {21) vorgesehen sind,

3. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelkäfig (5) relativ zu der einen Kupplungshälfte (2 oder 3) durch einen aus dieser vorstehenden Anschlagsstift (19) , der in einen gekrümmten Schlitz (22) im Kugelkäfig (5) eingreift, lediglich entsprechend dem genannten Winkelabstand verdrehbar ist.

4. Sicherheitskupplung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Axialverschiebung der federbeaufschlagten Kupplungshälfte während des Ausrastvorganges ein Endschalterstift (11) eines Endschalters (10) kurzzeitig betätigbar ist.