DE8806205U1

DE8806205U1 - Formschlüssig arbeitende kraftbegrenzende Kupplung

Info

Publication number: DE8806205U1
Application number: DE8806205U
Authority: DE
Original assignee: HAFNER W FERTIGUNGSTECH
Current assignee: HAFNER W FERTIGUNGSTECH
Priority date: 1987-08-19
Filing date: 1988-05-10
Publication date: 1988-06-30
Also published as: CH672945A5

Description

Formschlüssig arbeitende kraftbegrenzende Kupplung

Die Erfindung betrifft eine Kupplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Kupplung ist in der DE 35 36 886 Al (DE-OS) beschrieben. Jeder Rastkugel ist dabei eine einzige StUtzkugei zugeordnet, ohne, dass dazu in der DE-OS

irgendetwas ausgeführt wäre. Man kann nur vermuten, dass durch das axiale Nacheinanderschalten zweier Kugeln in der gleichen Haltebohrung die Dicke der direkt kraftübertragend wirkenden Halteplatte vergrössert werden soll. Eine Minderung der Belastung an den Kugeln und an den damit zusammenwirkenden Teilen ergibt sich nicht, weshalb auch der Verschleiss diesbezüglich unverändert ist. Das ergibt spätestens nach einigem Gebrauch unerwünschtes Spiel.

Je genauer und je spielfreier derartige Kupplungen sein müssen, desto grosser ist der erforderliche Aufwand bei ihrer Herstellung, so dass die, z.B. für Industrieroboter erforderlichen hohen Genauigkeiten mit einem kaum mehr tragbaren Aufwand bezahlt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesem Nachteil abzuhelfen; es soll also eine weitestgehend spielfreie, hochpräzise und doch wirtschaftlich vorteilhaft, fertigbare Kupplung der eingangs genannten Art geschaffen werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Kupplung der eingangs genannten Art, gemäss Kennzeichnung des Anspruchs 1 vorgeschlagen.

Die drei Hauptbestandteile, nämlich die Halteplatte, die Kugel aufnähme und die Druckplatte lassen sich ohne besonderen Aufwand in ausreichender Präzision fertigen; man kann die Haltebohrungen für die Rastkugeln und für die Stützkugeln auf einfachste Weise präzise in der Halteplatte

anbringen, was gleichermassen fUr die als Senkbohrungen ausbildbaren Rastvertiefungen der Kugelaufnahme gilt.

Die Rastkugeln und die StUtzkugeir« sind in ausreichend hoher Präzision im Handel erhältlich.

Oa praktisch nur die genannten Bohrungen und die genannten Kugeln für die Endpräzision der Kupplung massgebend sind und zudem die Abstützung der Rastkugel an zwei odpr drei St-Ützkugei &eegr; ein präzises und verschleissarrnss Widerlager ergibt, ist eine dauerhafte Spielfreiheit zu erzielen.

Die Einstellung der Kupplung kann Über das Spannen der Feder bzw. Federn auf einfache Weise erfolgen. Zu einer bevorzugten Ausführungsform wird noch im Zusammenhang mit der Zeichnungsbeschreibung näher eingetreten werden. Dadurch kann die Kraft, weiche das Druckglied an die Stützkugeln presst nötigenfalls eingestellt werden. Es kann auch nachreguliert werden, wenn dies trotz des geringen Verschleisses einmal nötig werden sollte.

Insbesondere bei kleineren Baugrössen, bei denen man mit nur zwei Stützkugeln pro Rastkugel auskommen kann, ist es vorteilhaft, wenn jede Stützkugel in einer eigenen Stützbohrung der Halteplatte geführt ist. Diese Bauweise kann aber auch bei drei Stützkugeln pro Rastkugel vorteilhaft sein, wenn man eine genaue Lagebestimmung jeder Stutzkugel wünscht.

Bei drei Stützkugeln pro Rastkugel kann es aber auch vorteilhaft sein, wenn die drei Stützkugeln in einer gemeinsamen Stützbohrung der Halteplatte angeordnet sind, wobei dann diese Stützbohrung konzentrisch zur Kaltebohrung der Rastkugel angeordnet sein sollte. Das kann den Kugeln mehr Bewegungsfreiheit geben und spart naturgemäss zwei Bohrvorgänge pro Rastkugel ein.

Bei der in der DE 35 36 886 Al wiedergegebenen Kupplung hat man in der Druckfläche vertiefte Stützzonen vorgesehen, damit die Flächenpressung zwischen der Druckfläche un jeder Stützkugel geringer wir4. Bei der erfindungsgemässen

Kupplung kann man eine ebene, d.h. flache Druckfläche verwenden, weil durch die Mehrzahl der Stützkugeln die Flächenpressung reduziert ist. Diese flache Druckfläche lässt sich arbeitssparender herstellen, und vereinfacht die Bauweise.

Man kann bei einer erfindungsgemässen Kupplung die Rastkugel und die zugehörigen Rastvertiefungen in mehreren Reihen anordnen, wodurch man die Flächenpressungen bei gleicher Uebertragungsbeiastung kleiner halten kann. Auch dies kommt der Dauerhaftigkeit und der Spielfreiheit zugute.

Cs dient der einfachen Bauweise, wenn man die Rastvertiefungen in der Kugelaufnahme als sich verjüngende Bohrungen ausführt, beispielsweise als Senkbohrungen.

Beim Ausrasten der Rastkugeln aus den Rastvertiefungen der Kugel aufnähme tritt naturgemäss ein sehr starker Abfall der übertragbaren Kraft ein, die nahezu Null werden kann. Dadurch könnte ein unerwünschtes freies Bewegen angetriebener Teil eintreten; es könnte z.B. ein während des Antreibens gehobenes Teil unerwünschterweise, eventuell sogar sehr rasch absinken. Das kann man in an sich bekannter Weise verhindern, wenn man einen Reibbelag zwischen der Kugelaufnahme und der Halteplatte vorsieht, wodurch eine bremsende Wirkung erzielt werden kann. Durch geeignete Mittel lässt sich der Reilbwert einstellen. Eine bevorzugte Ausführungsform wird später im Zusammenhang mit der Zeichnung näher besprochen werden.

Die Erfindungsgemässe Kupplung kann als

Rotationskupplung zur Drehmomentbegrenzung dienen, wobei sie eine zur Rastrichtung parallele Drehachse hat.

Durch eine an sich bekannte, bezüglich der Drehachse asymmetrische Anordnung der Rastkugeln kann man bewirken, dass die ausgerasteten Kugeln erst nach einem gewis^c»n Drehwinkel wieder einrasten können.

Man kann die erfindungsgemässe Kupplung aber auch als Linearkupplung ausbilden.

In beider. Fällen wirken sich die Vorteile gieicherrasssen günstig aus.

_ 7

Die Erfindung wird nachstehend anhand der rein schematischen Zeichnung beispielsweise besprochen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Endansicht einer das übertragbare Drehmoment begrenzenden Rotationskupplung nach Pfeil I in Fig. 2,

Fig. 2 eine Seitenansicht dieser Rotationskupplung nach Pfeil II in Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrösserten Schnitt durch diese Rotationskupplung nach Linie III-III in Fig. 1, Fig. 4 in weiterer Vergrösserung einen Ausschnitt aus

Fig. 3, welcher die eingerastete Stellung einiger Teile der Rotationskupplung darstellt,

Fig. 5 den Ausschnitt gemäss Fig. 4, jedoch im ausgerasteten Zustand,

Fig. 6 eine Draufsicht auf den Halteplattenteil des Ausschnitts nach Pfeil A in Fig.

Fig. 7 eine verkleinerte Draufsicht auf einen Ringteil der Halteplatte nach Pfeil A in F1g. 5, ohne Kugeln, welche die hler bevorzugte asymetrische Verteilung der Haltebohrungen zeigt,

F1g. 8 eine 1m Massstab der F1g. 7 gehaltene Draufsicht auf einen R1ngte1l der Kugel aufnahme nach Pfeil B 1n Flg. 5, welche die hler bevorzugte asymetrische Verteilung der Rastbohrungen zeigt,

Fig. 9 eine andere Anordnung der Haltebohrungen und der

daruntergezeichneten Rastbohrungen (ohne Haltering und ohne Kugel aufnahme) zur Darstellung der Möglichkeit einer Mehrreihigen Anordnung,

Fig. 10 einen der Fig. 4 ähnlichen Ausschnitt, nach Linie X-X geschnitten, jedoch mit drei Strützkugein und einer eingerasteten Rastkugel,

Fig. 11 einen der Fig. 10 ähnlichen Ausschnitt, jedoch mit ausgerasteter Rastkugel,

Fig. 12 eine Draufsicht auf auf den Haltering des Ausschnitts nach Pfeil XII in Fig. 10,

Fig. 13 eine Seitenansicht einer mit einem Aufspanntisch einer Werkzeugmaschine verbundene und durch eine Spindelantrieb antreibbare Linearkupplung,

Fig. 14 einen Schnitt durch die Linearkupplung (ohne Aufspanntisch und ohne Spindelantrieb) nach Linie XIV-XIV in Fig. 13, der auch dem Schnitt nach Linie XIVA-XIVA in Fig. 15 entspricht, und

Fig. 15 einen Schnitt durch die Linearkupplung nach Linie XV-XV in Fig. 14.

Die Fig. 1 bis 12 betreffen die in den F1g. 1 bis 3 als Ganzes dargestellte Rotationskupplung 1, während die Fig. bis 15 die darin dargestellte Linearkupplung betreffen.

Bei der mit zwei Rastkuge1re1hen ausgeführten Linearkupplung sind zwei Stützkugeln pro Rastkugel vorgesehen, aber auch

eine Ausführungsform mit nur einer Reihe oder mitmehr als zwei Rastkugelreihe ist möglich. Ebenso wären drei Stützkugeln pro Rastkugel (ähnlich Fig. 10, 11 und 12) möglich.

Es wurden folgende Ueberweisungszeichen Verwendet:

Zeichen	Bezeichnung der Teile	Zeichen
in den		in den
Fig. 1-12		Fig. 13-15
bei cfer		bei der
Rotations		Linear
Kupplung		Kupplung
100	Rotationskupplung	-
-	Linerarkupplung	200
A	Rotationsachse	-
R	Ras«richtung	R
T	lieber tragungsrichtung	T
V	Federverstell richtung	V
1	Halteplatte	IL
-	Nadellager	10
11	Haltebohrung in 1	HL
12	EinzeistUtzbohrung in 1/1L	12L
13	Muitistlizbohrung 1	-
14	Achsrohr an 1	-
141	Achsführung in 14	-
142	KonusfUhrung in 14	-
143	Aussengewinde auf 14	-
144	Aussengewinde auf 14	-
15	Geschlitzte Konusklemmbuchse	-
151	Schlitz in 15	-
16	Spannschrauben fUr 151	-
-	Spannschraube fUr 1L/7L	16L
17	Gespaltene Mutter auf 143	-
-	Spannschraube fUr 6L	17L

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· 4 &lgr;

10

171 Spalt in 17

172 Gewindebohrung in 17

173 Spannschraube in 172

18 Mutter auf 144

181 Fixierschraube in 18

19 Kegelrollenlager auf 14

2 Kugel aufnahme 2L

21 Rastbohrungen in 2 21L

22 Gewindebohrungen in 2 22L

3 Druckglied 3L 31 Druckfläche 31L

4 Rastkugel 4

5 Stützkugel 5L

6 Federscheibenpaket 6L

7 Verbindungsglied für 2 Aufspanntisch an 2L 7L

8 Welle für 1

Spindelmutter an IL 8L Schraubenspindel in 8L 81L

9 Reibbelag

Die Rotationskupplung 100 ist in den Fig. 1, 2 und 3, ganz und in den Fig. 4 bis 12 jeweis teilweise dargestellt. Sie dreht sich um die zur Rastrichtung R parallele Drehachse A, zu welcher die Uebertragungsrichtung T quer verläuft. Diese Rotationskupplung "i90 hat eine in

I; Uebertragungsrichtung T verlaufende Halteplatte 1, in P welcher in Rastrichtung R verlaufende Haltebohrungen 11 bzw.

■ zugehörige Einzelstlitzbohrungen 12 vorgesehen sind. In Jeder Rastbohrung sitzt eine Rastkugel 4 und in jeder EinzeistUtzbohrung je eine Stutzkugel 5, wobei je

Stutzkugeln 5 zu jeder Rastkugel 4 gehören.

Dabei liegen die Rastkugeln 4 in den in Rastrichtung R verlaufenden Rastbohrungen 21 der 1n Uebertragungsrichtung Tver 1 aufenden Kugelaufnahme 2, während die Stutzkugeln an der 1n Uebertragungsrichtung T Druckfläche 31 des Oruckgliedes 3 anliegen.

Auf einem Aussengewinde 143 des mit der Halteplatte 1 einstückigen Achsrohrs 14, in dessen Inneren eine zylindrische AchsfUhrung 141 und eine Konusführung 142 vorgesehen sind,, sitzt eine zwei Spalten 171 aufweisende Mutter 17, weiche zwei Gewindebohrungen 172 und zwei je darin eingreifende Spannschrauben 173 aufweist. Durch das Drehen der Mutter 17 in der FederfeCerstel1 richtung V (Fig. 1) lässt sich das Tellerfederpaket 6 mehr oder weniger spannen, wodurch die Stützkugeln 5 von der Druckplatte 3 gegen die Rastkugeln 4 und letztere in die Rastbohrungen der Kugelaufnahme 2 gedruckt werden. Ist die erforderliche Federspar.nung erreicht, kann man die Spannschrauben 173 anziehen und dadurch die Mutter 17 gegenüber dem Aussengewinde 143 fixieren.

Als Widerlager für die Kugel aufnähme 2 gegenüber dem Achsrohr 14 der Halteplatte 1 ist auf einem Aussengewinde 144 des Achsrohres 14 eine Mutter 18 drehbar, die bei Erreichen der gwünschten Drehlage mit den Fixierschrauben 181 fixierbar ist. Zwischen der Mutter 18 und der Kugel aufnahme 2 ist ein Axial- und Radial wirkendes Kegelrollenlager vorgesehen.

Um die antreibende oder angetriebene Achse 8 mit der Halteplatte 1 zu verbinden, schiebt man die Achse 8 (wie gezeichnet) durch die Konusbuchse 15 in die Achsführung ein und zieht die Spannschrauben 16 an. Dabei wird die Konusbuchse 15 in Konusführung 142 hineingepresst, wodurch sich ihre Schlitze 151 verengen und sie die Achse 8 sicher klemmt.

• · mi * · m »

I · If ·

Um die Kugel aufnähme 2 mit einem antreibenden oder angetriebenen Verbindungsglied 7 sind Gewindebohrungen 22 vorgesehen, in welche nicht dargestellte Schrauben eindrehbar sind.

Wenn nun ein zu grosses !Drehmoment zwischen der Achse und dem Verbindungsglied 7 wirkt rasten die Rastkugeln 4 aus den Rastbohrungen 21 entgegen der Kraft der Feder 6 aus und die Rotationskupplung unterbricht die Kraftübertragung.

Dieses Ausrasten ist durch die Gegenüberstellung der Fig. 4 und 5 deutlich erkennbar. Fig. 6 zeigt in der Draufsicht die Führung der zwei Stützkugeln 4 je in einer Einzelführungsborung 12, wodurch auch eine gute Führung der Rastkugel 4 durch zwei Stutzkugeln sichergestellt ist.

In den Fig. 7 und 8 sieht man, dass in der Halteplatte die Haltebohrungen 11 für die (nicht dargestellten) Rastkugeln sowie in der Kugel aufnahme 2 die entsprechenden Rastbohrungen 21 asymetrisch bezüglich der Drehachse A verteilt sind, so dass erst nach einem ganzen Umgang ein neuerliches Einrasten der ausgerasteten Kupplung erfolgen kann.

Fig. 9 zeigt, dass neben einer solchen asymetrisehen Anordnung auch noch eine mehrreihige Anordnung der Haltebohrungen in der (nicht dargestellten) Halteplatte und der Rastbohrungen 21 in der (nicht ersichtlichen) Kugel aufnähme möglich ist; diese Mehrreihigkeit erlaubt eine höher Kraftübertragung, ohne grosser Druckkräfte zwischen den Kugeln und den mit ihnen zusammenwirkenden Teilen entstehen.

Natürlich kann man auch ohne asymetrisehe Verteilung auskommen, wie dies auch an sich bekannt ist, man hat dan aber nicht den Vorteil, dass eine längerdauernde Drehbewegung bis zum neuerlichen Einrasten möglich ist.

Die Fig. 10 und 11 zeigen den eingerasteten und den ausgerasteten Zustand bei einer Kupplungsvariante mit drei

Stlitzkugein 5 pro Rastkugel 4.

Fig. 12 zeigt in der Draufsicht die Multistützbohrung 13, in welcher alle drei Kugeln Platz finden können.

Damit im ausgerasteten Zustand die Teile, welche durch die Kupplung vorher angetrieben wurden keine unerwünschte freie Beweglichkeit erhalten, ist gemäss Fig. 3 ein Reibbelag 9 zwischen der Halteplatte 1 und der Kugel aufnähme ? ynrnocohon. Den 2üf den Reibbslä" einwirkender? Druck Halteplatte 1 und Kugelaufnahme 2 stellt man durch die Mutter 18 ein, ohne dass die Feder 6 einen einfluss hätte.

Die Linearkupplung 200 ist gemäss Fig. 13 wird durch tinen aus der Schraubenspindel 81L und der Spindelmutter 8L gebildeten Spindelantrien angetrieben. Dazu ist die Spindelmutter 8L mit der Halteplatte IL verschraubt, was in den Fig. 14 und 15 nicht mehr gezeigt wird. Durch das Drehen der Spindel 81L kann die Halteplatte IL in Uebertragungsrichtung T bewegt werden, weiche Bewegung sie durch die in ihren Haitebohrungenl1L sitzenden Rastkugeln 4L auf die Kugelaufnahme 2L überträgt.

In Fig. 13 ist dargestellt, dass die Kugel aufnähme Mittels Spannschrauben 16L mit einem Aufspanntisch 7L verschraubt ist, was in den Fig. 14 und 15 nicht dargestellt 1st. Somit wird die vom Spindelantrieb 8L/81L stammende Bewegung schiiesslich auf den Aufspanntisch 7L übertragen.

Wie man in den Fig. 14 und 15 erkennt weist die Halteplatte IL zwei Reihen von Haltebohrungen 11L für die darin sitzenden Rastkugeln 4L auf.

Jeder Rastkugel 4L sind zwei Stützkugeln 5L zugeordnet weiche in Einzelstützbohrungen 12L der Halteplatte sitzen.

Die Kugelaufnahme 2L hat für jede Rastkugel 5L eine Rastbohrung 21L, in welcher die Rastkugel normalerweise eingerastet ist, weil sie von den Stützkugeln 5L in Rastrichtung R gedrückt wird.

Die Stlitzkugein 5L liegen an der Druckfläche 31L der Druckplatte 3L an, wobei die Druckplatte 3 durch die Tellerfederpakete 6L in Richtung der Stutzkugeln 5L gedruckt wird. Dazu sind die Spannschrauben 17L in der Halteplatte 1 eingeschraubt. Durch Drehen dieser Halteschrauben 17L bzw. ihrer Muttern (nicht bezeichnet) in Richtung des Doppelpfeiles V lässt sich der Druck einstellen.

Als Widerlager dient, ein Nadel layer 10, das zwischen e'ner (nicht bezeichneten) Verlängerung der Halteplatte IL und der Rückseite der Kugel aufnahme 2L wirkt.

Bei Ueberlast ist der Ausrastvorgang der gleiche, wie er für die Rotaionskupplung 100 weiter vorne beschrieben wurde.

Man kann also auch bei einer Linearkupplung die Vorteilhafte einfache Konstruktion der Erfindung gebrauchen und mit Nutzen einsetzen.

Gesamthalt betrachtet erhält man eine wirtschaftlich vorteilhafter Bauweise, hohe Präzision der Kupplungswirkung, Spielfreiheit und Dauerhaftigkeit.

Claims

Schutzansprüche

1. Formschlüssig arbeitende, in Uebertragungsrichtung lastbegrenzende Kupplung, mit einer, mit einem ersten Antriebselement verbindbaren, in Uebertragungsrichtung verlaufenden Halteplatte, welche quer zur Uebertragungsrichtung und somit in Rastrichtung verlaufende Haltebohrungen aufweist, in denen Rastkugeln geführt sind, wobei auf der einen Seite der Halteplatte eine in Uebertragungsrichtung verlaufende Kugelaufnahme angeordnet ist, weiche mit einem zweiten Antriebselement verbindbar ist und i " Rastrichtung Rastvertiefungen aufweist, in weichen Rastvartiefungeii die Rastkugeln in Arbeitsstellung der Kupplung in Rast Achtung federbelastet formschlüssig eingerastet sind, während diese Rastkugeln bei Ueberiast aus den Rastvertiefungen entgegen der in Rastrichtung wirkenden Federlast ausgerückt sind, und wobei auf der anderen Seite der Halteplatte ein in Rastrichtung auf die Halteplatte hin federbelastetes Druckglied vorgesehen ist, welches Druckglied eine in Uebertragungsrichtung verlaufende rastenfreie Druckfläche der Halteplatte zukehrt und die Federlast über an Ihr anliegende und in der Halteplatte geführte Stutzkugeln auf die Rastkugeln überträgt, DADURCH GEKENNZEICHNET,

dass jede Rastkugel (4; 4L) durch mindestens zwei an der Druckfläche (31; 31L) des Druckglieds (3; 3D anliegende, in wenigstens einer Bohrung (12; 12L; 13) der Halteplatte (1; IL) geführte Stutzkugeln (5; 5L) abgestützt 1st.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede, der vorzugsweise zwei, zu einer Rastkugel (4; 4L) gehörenden Stützkugeln (5; 5L) in einer eigenen Stützbohrung (12; 12L) der Halteplatte (1; IL) geführt ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle, der vorzugsweise drei, zu einer Rastkugel (4) gehörenden Stützkugeln (5) in einer ihnen gemeinsamen
■i Stützbohrung (13) der Halteplatte (1; IL) angeordnet sind, wobei diese Stützbohrung (13) konzentrisch zur Haltebohrung j (11) der Rastkugel (4) angeordnet ist.

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Stützkugeln (5; 5L) in
Berührung tretende Druckfläche (31; 31L) des Druckglieds (3; 3'l) eben ausgebildet ist.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastkugeln (4) und die zugehörigen Rastvertiefungen (21) in mehreren Reihen angeordnet sind.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastvertiefungert (21; 21L) in der Kugelaufnahme (2; 2L) als sich verjüngende Bohrungen
ausgebildet sind.

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteplatte (1) und die Kugel aufnahme (2) bei ausgerasteten Rastkugeln (4) durch Reibschluss (9) miteinander verbunden sind (Fig. 3).

8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie a.s drehmontentbegrenzende Rotationskupplung (100 in Fig. 1 bis 3) ausgebildet ist, deren Drehachse (A) parallel zur Rastrichtung (R) verläuft.

9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastkugeln (4) und die zugehörigen Rastvertiefungen (21) hinsichtlich der Drehachse (A) asymmetrisch angeordnet sind.

10. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Linearkupplung (200 in Fig. 13 bis 15) ausgebildet ist.