OVERLOAD CLUTCH

Abstract: 1. Overload safety device in the form of a shappe engaging coupling, disengaging on exceeding of a specific torque, of two coaxially arranged coupling elements (1, 2 ; 33, 34, 36) toothed on their end faces facing one another, of which at least the one (1 ; 36) is axially displaceable and held by at least one presser spring (5, 38) in engagement with the other (2 ; 33, 34), wherein a counter-spring (24, 24' ; 37) acting in the disengaging direction of the coupling elements (1, 2 ; 33, 34, 36) supports the uncoupling of the coupling elements (1, 2 ; 33, 34, 36), characterized in that the counter-spring is a radially elastic spring ring (24, 24' ; 37) which on the one hand is braced on a conical sliding face (2c, 2d, 2e, 41a) of the one coupling element (2 ; 33, 34) and on the other hand bears axially on the other coupling element (1 ; 36).

Description: Uberlastkupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine Überlastkupplung gemäss der älteren deutschen Patentanmeldung P 27 36 329 derselben Anmelderin. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Uberlastkupplung gemäss der genannten älteren Pa tentanmeldung dahingehend zu verbessern, dass das Auskuppeln der Kupplungselemente beim Überschreiten des zulässigen Drehmomentes unterstützt wird und die Kupplungselemente nach dem Auskuppeln in Abstand zueinander gehalten werden, so dass kein Ratschen auftreten kann. Schliesslich soll sich die erfindungsgemässe Überlastkupplung durch kompakte und kostengünstige Bauweise auszeichnen. Diese Aufgabe wird bei einer Überlastkupplung mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 er findungsgemäss dadurch gelöst, dass die Gegenfeder ein radialelastischer Federring ist, der einerseits auf einer konischen Gleitfläche des einen Kupplungselementes verspannt ist und der sich andererseits axial am anderen Kupplungselement abstützt. Durch diese Ausbildung der Gegenfeder lässt sich eine im Auskuppelsinn wirkende Axialkraft erzeugen, deren Grösse von der Neigung der konischen Gleitfläche abhängt. Sie ist im Nindestfall so gross, dass das axial verschiebbare Kupplungselement bei übergeschnappter Anpressfeder mit Sicherheit vpm anderen Kupplungselement distanziert wird und kein Ratschen auftritt. Sie kann jedoch auch so gross sein, dass die wirksame Anpresskraft der Kupplungselemente deutlich reduziert wird. In jedem Fall wird die kritische Beanspruchung der Kupplungselemente an den Zahnspitzen kurz vor dem endgültigen Auseinanderfahren der #upplungsele- mente stark verringert. Schliesslich zeichnet sich die erfindungsgemässe Gegenfeder durch geringen Platzbedarf, vor allem in Radialrichtung, aus, was vor allem bei Getriebezahnrädern mit kleineren Durchmessern von bedeutung ist. Als radialelastische Federringe im Sinne der vorliegenden Erfindung eignen sich insbesondere an sich bekannte Sicherungsringe oder Sprengringe. Für solche Kupplungen, bei denen das axial verschiebbare Kupplungselement auf der an das andere Kupp lungselement angeformten Nabe gelagert ist, sind in den Ansprüchen 3 bis 6 vorteilhafte Weiterbildungen angegeben. Selbstverständlich lassen sich aber die radialelastischen Gegenfedern auch bei konstruktiv völlig anders gestalteten Sicherheitskupplungen verwenden. Die Merkmale in den Ansprüchen -7 und 8 bieten die zweckmässige Möglichkeit, die Gegenkraft zum Ende des Ausrückvorganges hin anwachsen zu lassen. Dadurch kann das mit hohem Verschleiss verbundene Tragen der Kupplungselemente an den Zahnspitzen nahezu ganz vermieden werden. Ausserdem eröffnet sich hierdurch die im Anspruch 9 erwähnte Nöglichkeit, mit gewöhn lichen Federelementen anstelle der umschnappbaren Federscheiben zu arbeiten. Sorgt man nämlich durch entsprechende Bemessung des radialelastischen Federringes und der konischen Gleitfläche für eine relativ hohe axiale Gegenkraft, so kann diese gegen Ende des Ausrückvorganges die Anpresskraft auf die Kupp lungselenente überwiegen und ein sicheres Auskuppeln und Distanzieren der Kupplungselemente gewährleisten. Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele; dabei zeigt: Fig. 1 eine erfindungsgemässe Überlastkupplung, die mit umschnappender Tellerfeder ar beitet, im Axialschnitt und Fig. 2 eine erfindungsgemässe Überlastkupplung, die mit nicht umschnappenden Anpressfedern arbeitet, im Axialschnitt. In Fig. 1 sitzt die erfindungsgemässe berlastkupp- lung zwischen einem Zahnrad 1 und dessen Nabe 2. Sie kann stattdessen selbstverständlich zwischen vollkommen anders gestalteten, drehmomentübertragenden Elementen an#geordnet sein. Die Nabe 2 ist über eine Passfederverbindung drehfest an einer Welle 3 festgelegt, die das treibende Element sei. Auf einer zylindrischen Aussenfläche der Nabe 2 sitzt ggf. unter Zwischenlage einer Kunststoffbuchse das Zahnrad 1. Es ist verdrehbar und axial verschiebbar auf der Nabe 2 gelagert, wird aber im Betriebszustand durch eine Tellerfeder 5 in formschlüssigem Eingriff mit der Nabe 2 gehalten. Hierzu weist das Zahnrad 1 an seiner linken Stirnfläche, soweit sich diese in Anlage mit einem radial vorspringenden Bund der Nabe 2 befindet, eine Verzahnung ia auf, die in eine entsprechende Verzahnung 2a der Nabe 2 eingreift. Der Flankenwinkel beider Verzahnungen 1a und 2a ist so gewählt, dass die Übertragung eines Drehmomentes zwischen beiden Verzahnungen eine Axialkraft hervorruft, die im Auskuppelsinn wirksam ist. Zur Drehmomentübertragung zwischen beiden Kupplungselementen bedarf es daher der im Einkuppelsinn wirkenden Anpresskraft der Tellerfeder 5. Diese stützt sich längs ihrem inneren Umfang an einem in die Nabe 2 eingelaassenen Sicherungsring 6 ab. Damit die Tellerfeder 5 mit ihrem äusseren Umfang nicht mit den Zähnen des Zahnrades 1 in Kontakt kommt, ist sie auf einem im Durchmesser reduzierten Bund 2b der Nabe 2 angeordnet. Wesentlich in Fig. 1 ist der radialelastische Federring in Form eines Seegerringes 24 bzw. 24'. Gemäss der oberen Bildhälfte in Fig. 1 ist der Federring 24 auf einer konischen Gleitfläche 2c verspannt, die am Umfang der Kupplungsverzahnung 2a angebracht ist. Aufgrund seiner Eigenspannung hat der Federring ?4 die Tendenz, auf einen geringeren Durchmesser der konischen Gleitfläche 2c zu rutschen, er drückt daher mit seiner rechten Seite gegen die Stirnseite des Zahnrades 1. Übersteigt nun die durch das übertragene Drehmoment zwischen Zahnrad 1 und Nabe 2 erzeugte Axialkraft einen bestimmten Wert, so wird das Zahnrad relativ zur Nabe nach rechts verschoben, wobei die Tellerfeder 5 in eine zurückgezogene Ruhestellung umsohnappt. Dieses Umschnappen wird von dem in seine tiefstmögliche Position rutschenden Federring 24 unterstützt. Der dabei zurückgelegte Axialweg ist etwas grösser als die Verzahnungstiefe, so dass die Kupplungsverzahnungen nicht mehr miteinander in Berührung kommen können. Bei dem in der unteren Bildhälfte dargestellten Ausführungsbeispiel sitzt der Federring 24' in einer Nut 25 des Zahnrades 1 und ist dadurch in beiden Axialrichtungen geführt. In Radialrichtung ist er auf der zylindrischen Lagerfläche der Nabe 2 verspannt. An diese zylindrische Lagerfläche schliesst sich entweder nach einem kurzen axialen Zwischenstück (Einzelheit X) oder unmittelbar (Einzelheit Y) die konische Gleitfläche 2d bzw. 2e an. Bei der Ausbildung gemäss Einzelheit X entwickelt der Federring 24' abgesehen von seiner Reibungskraft zunächst keine der Anpressung der Kupplungselemente entgegenwirkende Kraft. Erst gegen Ende des Ausrück Vorganges kommt der Federring ari die konische Gleit fläche 2d und unterstützt dann den Ausrückvorgang. Zugleich sichert er die Distanzierung der ausgerückten Kupplungselemente. Bei der Ausbildung gemäss Einzelheit Y erzeugt der Federring 24' ebenso wie bei der Ausbildung gemäss Einzelheit Z eine permanente Gegenkraft, die aber aufgrund der geringen Neigung der Gleitfläche 2e relativ niedrig ist. Grundsätzlich kann es zweckmässig sein, die konische Gleitfläche in einer Stufe mit verringertem Durchmesser auslaufen zu lassen, wie dies gestrichelt in der Einzelheit Z dargestellt ist. Diese Stufe ist so positioniert, dass der Federring in diese einrastet, sobald sich die Kupplungselemente ausser Eingriff befinden. Die Stufe gewährleistet somit eine formschlüssige Trennung der Kupplungselemente. Es liegt im Rahmen der Erfindung, den Federring nicht unmittelbar zwischen den beiden Kupplungselementen zu verspannen, sondern ihn über zusätzliche Teile auf das eine oder andere Kupplungselement wirken zu lassen. Auch besteht die Möglichkeit, den Federring nicht gegenüber einem Innenteil, sondern gegenüber einem Aussenteil zu verspannen. Beide Varianten sind in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2 zeigt eine Überlastsicherung zur Verbindung zweier miteinander fluchtender Wellen 31 und 32. Die eine Welle 31 trägt eine mit ihr fest verbundene Lülse 33, die sich radial erweitert und in dieser Erweiterung das eine Kupplungsolement in Form eines Zahnkranzes 34 enthält. Der Zahnkranz 34 ist durch mehrere Stifte 35 fest mit der Hülse 33 verbunden. In axialer Verlängerung der Hülse 33 überdeckt diese das andere Kupplungselement in Form eines mit der Welle 32 drehfest, aber axial verschiebbar verbundenen Nitnehinerringes 36. Dieser Nitnehmerring 36 weist an der dem anderen Kupplungselement zugewandten Stirnseite eine entsprechende Verzahnung auf, über die er mit dem Zahnkranz 34 in Eingriff steht. In der äusseren Zylinderwand des lviitnehmerringes 36 sitzt ein in einer Nut geführt er, radialelastischer Federring 37, der gegen die zylindrische Innenwand der Hülse 33 verspannt ist. Der hitnehmerring 36 wird durch mehrere in einem Führungsring 39 sitzende Druckfedern 38 gegen den Zahnkranz 34 gedrückt, wobei sich die Druckfedern 38 ihrerseits an einer mit der Hülse 33 verbundenen Scheibe 40 abstützen. Zwar könnte diese Scheibe 40 auch mit der Welle 32 verbunden sein, doch hat die zeichnerische Anordnung den Vorteil, dass axiale Relativbewegungen der Wellen zueinander keinen Einfluss auf die Ansprechgenauigkeit der Kupplung haben. Die Axialposition der Scheibe 40 ist ebenso wie die des Ringes 6 in Fig. 1 auf die gewünschte Axialkraft entsprechend dem maximal zulässigen Drehmoment angepasst. Beim Überschreiten dieses Wiomentes wird der Nitnehmerring 36 aus der 1#upplungsverzah- nung herausgedrückt, wobei nach einem Teil des Ausrückweges der Federring 37 längs der konischen Gleitfläche 41a in die Nut 41 der rfiilse 33 hineinschnappt und so die Anpressung der Druckfedern 38 abfängt. Besonders zweckmässig ist es, wenn die Spreizkraft des Federringes 37 in Verbindung mit der konischen Schrägfiäche 41a eine Axialkraft erzeugt, die grösser als die Anpresskraft der Druckfedern 28 ist. Dies ist dann ohne weiteres möglich, wenn die Kupplungsverzahnung relativ steile Flanken aufweist#, -so dass die Kupplungselemente nur mit einer relativ geringen Axialkraft zusammengepresst werden. Treten relativ hohe Axialkräfte auf, so ist es zur Erhöhung der Gegenkraft zweckmässig, mehrere Federringe mit zueinander korrespondierenden Gleitflächen parallelzuschalten. Dieses Prinzip ist selbstverständlich auch in Fig. 1 möglich, indem dort die konischen Gleitflächen in Nuten innerhalb der zylindrischen Lagerfläche der Nabe angeordnet werden. Auch in Fig. 2 kann die konische Gleitfläche 41a in einer Stufe auslaufen, die den eingeschnappten Federring 37 formschlüssig festhält. Selbstverständlich bestehen für die Ausbildung der Verzahnung der Kupplungselemente diverse Profilierungsmöglichkeiten; es können beispielsweise anstelle eines durchlaufenden Zahnkranzes nur wenige, durch plane Zwischenstücke voneinander getrennte Zähne verwendet werden. Wesentlich ist lediglich, dass die Flankenneigung so gewählt wird, dass die auftretenden Umfangskräfte keinesfalls zur Selbsthemmung gegenüber der axialen Ausrückbewegung führen können.

Claims: Patentansprüche 1. Überlastsicherung in Form einer bei Überschreiten eines bestimmten Drehmomentes ausrückenden, formschlüssigen Kupplung aus zwei koaxial angeordneten und an ihren einander zugewandten Stirnflächen verzahnten Kupplungselementen, von denen zumindest das eine axial verschiebbar und durch zumindest eine Federscheibe mit dem anderen in Eingriff gehalten ist, wobei die Federscheibe so dimensioniert und vorgespannt ist, dass sie nach einem Federweg, der geringer als die axiale Eingriffstiefe der Kupplungsverzahnung ist, in eine zurückgezogene Stellung umschnappt und wobei eine im Ausrücksinn der Kupplungselemente wirkende Gegenfeder das Auskuppeln der Kupplungselemente unterstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfeder ein radialelastischer Federring (24, 24', 37) ist, der einerseits auf einer konischen Gleitfläche (2c, 2d, 2e, 41a) des einen Tuupp- lungselementes (2, 33) verspannt ist und der sich andererseits axial am anderen Kupplungelement (1, 36) abstützt. 2. Überlastsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfeder ein Sicherungsring oder Sprengring ist. 3. Überlastsicherung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das verschiebbare Kupplungselement auf einer an das andere Kupplungselement angeformten Nabe gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Gleitfläche (2d, 2e) auf der Nabe (2) angeordnet ist. 4. Überlastsicherung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Gleitfläche (2d, 2e) zwischen einer zylindrischen Lagerfläche der Nabe (2) und einem im Durchmesser reduzierten Bund (2b) angeordnet ist. 5. Überlastsicherung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Federring (24) in einer Nut (25) des verschiebbaren Kupplungselementes (1) geführt ist. 6. Überlastsicherung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Gleitfläche (2c) am Umfang der Kupplungsverzahnung (2a) angeordnet ist und dass sich der Federring (24) an der Stirnseite des anderen upplunselementes (1) abstützt. 7. Überlastsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Gleitfläche aus mehreren axial benachbarten Konusflächen unterschiedlicher Neigung zusammengesetzt ist. 8. Überlastsicherung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Konusflächen in Auskuppelrichtung zunimmt. 9. Überlastsicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle von umschnapp baren Federscheiben (5) gewöhnliche Federelemente (38) zur Anpressung der Kupplungselemente (34, 36) eingesetzt sind. 10. Überlastsicherung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Gleitfläche in eine Nut mündet.

Inventors: SEBULKE, JOHANNES, DR. ING.
Applicants: RINGSPANN ALBRECHT MAURER K.G.
Application year: 1979
Main classification: F16D7
IPC codes: F16D7