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Dokumentenidentifikation DE3742658C2 23.08.1990
Titel Sicherheitskupplung
Anmelder J.M. Voith GmbH, 7920 Heidenheim, DE
Erfinder Elsner, Ernst, 7922 Herbrechtingen, DE
DE-Anmeldedatum 16.12.1987
DE-Aktenzeichen 3742658
Offenlegungstag 06.07.1989
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.08.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.08.1990
IPC-Hauptklasse F16D 7/00
IPC-Nebenklasse F16D 1/08   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung zum drehfesten Verbinden zweier koaxialer Bauteile gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einer aus der DE-OS 29 23 902 (= US-PS 42 64 229) bekannten Sicherheitskupplung dieser Gattung kommt eine Drehmomentübertragung zwischen einer Welle und einer Nabe dadurch zustande, daß in einer zwischen beiden Bauteilen koaxial angeordneten Hülse eine innenliegende Ringkammer mittels eines Hochdruckmediums unter radiale Spannung gesetzt ist. Dadurch tritt an den innen- und außenliegenden Umfangsflächen eine reibschlüssige Verbindung auf. Durch Abbau des Druckes wird die Verbindung gelöst, insbesondere in der Ausführung als Sicherheitseinrichtung, wenn nach Überlastung der Welle-Nabe-Verbindung durch ein zu hohes Drehmoment eine Relativbewegung eintritt mit zwangsweisem Zerstören eines Verschlußelements für die Ringkammer.

Um die dabei entstehenden Betriebsunterbrechungen und Montagearbeiten zu reduzieren, wurde schon vorgeschlagen (DE-PS 36 43 287), mit der Ringkammer ein selbsttätiges Ventil zu verbinden. Dieses wird bei überlastungsbedingter Verdrehung der Nabe gegenüber der Welle von einem Auslöseorgan geöffnet, so daß eine weitere Zerstörung der Kupplung verhindert ist. Dabei ist die Anordnung des auf den Ventilkörper wirkenden Stößels so getroffen, daß dieser nach Auslösen des Ventils mittels einer Feder aus dem Wirkungsbereich Auslöseorgans gezogen wird. Der Ventilstößel bewegt sich dabei nach radial innen.

Es hat sich gezeigt, daß die Feder, die den Ventilstößel gegen die Fliehkraft bewegen soll, sehr stark bemessen sein muß. Andererseits aber neigt eine stark bemessene große Feder dazu, bei kleiner Drehzahl den Stößel zu stark gegen den unter Innendruck stehenden Ventilkörper zu drücken. Dadurch ist die Dichtheit des Ventils und somit die Zuverlässigkeit der Kupplung nicht immer gewährleistet. Insbesondere aber führt die bekannte Ventilbauart zu relativ großen Abmessungen, weil ferner auch der das Ventil umschließende Auslösering kräftig dimensioniert sein muß.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Zuverlässigkeit des bekannten Auslöseventils zu erhöhen und die Abmessungen zu verringern, wobei die verschleißfreie Betriebsweise erhalten bleiben muß.

Diese Aufgabe wird durch die Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Danach ist das Auslöseventil so an der Nabe befestigt, daß der Stößel nach radial innen gerichtet ist und sich nach radial außen bewegen läßt, was das Öffnen des Ventils bewirkt. Dadurch wird folgender Vorteil erzielt: Der Stößel steht nicht unter der Kraft einer Feder. Er kann schwach bemessen sein und übt daher durch Fliehkraft eine kleine und genau berechenbare Kraft auf den Ventilkörper aus, der unter der Schließkraft durch Innendruck steht. Dadurch läßt sich das ganze Ventil mit kleineren Abmessungen ausbilden.

Durch die im Anspruch 2 angegebene Ausbildung des Auslöseorgans als Ring mit einer kerbartigen Tasche ist eine Abstützung des Stößels gegenüber der massiven Welle gegeben, wodurch ohne aufwendige massive Dimensionierung eine zuverlässige Betätigung des Ventils im Falle einer Verdrehung erzielt ist. Durch Fliehkraft hat der Stößel die Tendenz, am Ventilkörper anzuliegen, so daß er ohne Berührung der Welle in die Tasche eintaucht. In den übrigen Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Sicherheitskupplung mit dem erfindungsgemäßen Auslöseventil;

Fig. 2 einen Schnitt durch das Auslöseventil gemäß Schnittlinie II-II in Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt eine Sicherheitskupplung mit einer Welle 1 und einer Nabe 2 sowie einer koaxial dazwischen angeordneten Spannhülse 3. Die Spannhülse 3 weist eine sich axial erstreckende schmale Ringkammer 4 auf, in die über einen Druckanschluß 5, einen Kanal 7, ein Auslöseventil 6 und einen weiteren Kanal 8 Druckmittel unter hohem Druck zugeführt werden kann. Der Druckanschluß 5 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, in der Nähe des Auslöseventils 6 angeordnet, in der Zeichnung aber in derselben Zeichenebene diametral zum Auslöseventil dargestellt. Das Ausführungsbeispiel zeigt die Anordnung der Sicherheitskupplung an einem Wellenende, an dem eine Scheibe 9a stirnseitig befestigt ist mit einem als Auslöseorgan 9 ausgebildeten ringförmigen Abschnitt, der axial bis in den Bereich des Auslöseventils reicht. Diese Scheibe trägt ferner das eine von zwei Lagern 31, mit denen die Nabe 2 bzw. die Spannhülse 3 auf der Welle 1 drehbar ist, wenn keine Drehmomentübertragung bei entspannter Ringkammer 4 stattfindet. Die radial innere Mantelfläche der Spannhülse 3 hat dann mit der Welle praktisch keinen Kontakt, wodurch eine Zerstörung der Oberflächen vermieden wird. Mit 32 sind Dichtungen bezeichnet, welche den Austritt von Schmiermittel aus den Lagern 31 verhindern.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Auslöseventil 6 entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1. Das Auslöseventil 6 ist von radial innen her in den verdickten Bereich am stirnseitigen Ende der Spannhülse 3 eingeschraubt. Das Ventilgehäuse 12enthält eine axiale Bohrung für einen langgestreckten Stößel 13. Der Stößel 13 weist an seinem inneren Ende einen Ansatz 20 auf, der unter Bildung eines Ringspaltes eine Bohrung 21 im Ventilgehäuse durchdringt und auf den als Kugel ausgebildeten Ventilkörper 18 gerichtet ist. Mit 19 ist der Ventilsitz für den Ventilkörper 18 bezeichnet, wobei eine schwach bemessene Stabilisierungsfeder 23 seine sichere Lage im Auslöseventil bewirkt. Von dem neben dem Auslöseventil 6 angeordneten Druckanschluß 5 führt ein Kanal 7 zu einem äußeren Ringkanal 25 zwischen dem Ventilgehäuse 12 und der Bohrung in der Nabe 2, und eine Bohrung 24 verbindet den Ringkanal 25 mit einem inneren Ringkanal 16 im Bereich des Ansatzes 20 am Stößel 13. Im Bereich der radial äußeren Stirnseite des Ventils 6 mündet der zur Ringkammer 4 führende Kanal 8. Mit 26, 27 sind Dichtungen bezeichnet gegen Austritt von Druckmittel aus den Ringkanälen 25 bzw. 16. Die Dichtung 27 bewirkt ferner, daß sich der Stößel nicht lose im Ventilkörper bewegt.

Zwischen der kerbartigen Tasche 10 im ringförmigen Auslöseorgan 9 und der Stirnseite des Stößels 13 ist ein Wälzkörper, vorzugsweise eine Kugel 30 angeordnet, welche im Ventilgehäuse 12 geführt ist.

In der Ruhestellung der Sicherheitskupplung taucht die Kugel 30 in die Tasche 10 ein, der Ventilkörper 18 des Auslöseventils steht über den Kanal 8 unter Druck auf dem Ventilsitz 19, und der Stößel 13 liegt spannungsfrei zwischen den Kugeln 30 und 18. Bei Rotation übt nur die Fliehkraft des Stößels 13 eine Kraft auf die Kugel 18 aus, ohne diese vom Sitz abzuheben.

Bei überlastungsbedingter Relativdrehung der Welle 1 gegenüber der Nabe 2 wird die Kugel 30 mit dem Stößel 13 radial nach außen gegen die Kugel 18 geschoben, so daß der Druck aus dem Kanal 8 bzw. der Ringkammer 4 durch die Bohrung 21, den Ringkanal 16, die Bohrung 24, den Ringkanal 25 und den Kanal 7 ins Freie entspannt wird. Dadurch kann der Stößel 13 und die Kugel 30 unter der Fliehkraftwirkung ganz in das Ventil 6 eintauchen, ohne auf der Oberfläche des ringförmigen Auslöseorgans 9 zu schleifen und diese zu zerstören. Die Nabe 2 kann sich sodann frei mittels der Wälzlager 31 auf der Welle 1 drehen.

Zur Wiederherstellung der drehfesten Verbindung wird über den Druckanschluß Druckmittel zugeführt, nachdem Welle und Nabe in die Drehlage der Ruhestellung gebracht sind. Bei steigendem Druck wird der Stößel 13 mit der Kugel 30 radial nach innen in die Tasche 10 geschoben, so daß die Kugel 18 auf dem Ventilsitz 19 den Hochdruck in der Ringkammer halten kann. Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Auslöseventil eine zuverlässige und wartungsfreundliche Handhabung einer Sicherheitskupplung.


Anspruch[de]
  1. 1. Sicherheitskupplung zum drehfesten Verbinden zweier koaxial ineinander angeordneter Bauteile, z. B. einer Welle und einer Nabe, mit folgenden Merkmalen:
    1. a) in dem einen der beiden Bauteile ist eine mit einem Druckmittel über einen außenliegenden Anschluß und einen davon ausgehenden Kanal beaufschlagbare Ringkammer vorgesehen;
    2. b) an die Ringkammer ist ein Auslöseventil mit einem beweglichen Ventilkörper angeschlossen, das mit einem Auslöseorgan so in Wirkverbindung steht, daß ein Entweichen des Druckmittels aus der Ringkammer eintritt, wenn das Auslöseorgan, bedingt durch Überlastung, von einer betriebsbereiten Ruhestellung in eine Auslösestellung übergegangen ist;
    3. c) der Ventilkörper ist durch den in der Ringkammer herrschenden Druck in Wirkrichtung "Schließen" beaufschlagbar beaufschlagbar und durch ein Betätigungsorgan, das mit dem Auslöseorgan in Wirkverbindung steht, bei einer Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen mittelbar oder unmittelbar in Wirkrichtung "Öffnen" bewegbar;
    4. d) das Auslöseventil ist von außen in das eine Bauteil einsetzbar und weist ein als langgestreckter koaxial zur Achse des Ventils beweglicher Stößel ausgebildetes Betätigungsorgan auf;
    5. e) der Stößel steht mit dem Ventilkörper in Verbindung und steht in Wirkrichtung "Öffnen" unter der Stellkraft einer Feder, die kleiner ist als die aus dem maximalen Ringkammerdruck resultierende und auf den Ventilkörper wirkende Schließkraft;
    6. f) das auf dem anderen Bauteil befestigte Auslöseorgan ist zur Kupplungsdrehachse koaxial und kreisrund ausgebildet und weist eine Tasche auf, in die das freie Ende des Stößels in Ruhestellung des Auslöseventils berührungsfrei so weit hineinragt, daß bei einer relativen Verdrehung der beiden Bauteile eine Verschiebung des Stößels ins Innere des Auslöseventils mit Wirkrichtung "Öffnen" des Ventilkörpers eintritt, nach Patent P 36 43 287;
  2. dadurch gekennzeichnet, daß
    1. g) das Auslöseventil (6) ist an der Nabe (2) und das Auslöseorgan (9, 9a) an der Welle befestigt ist, wobei das Betätigungsorgan (13) des Auslöseventils nach radial innen gerichtet und im wesentlichen nach radial außen in Wirkrichtung "Öffnen" bewegbar ist.
  3. 2. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der Welle (1) befestigte Auslöseorgan (9) einen ringförmigen Abschnitt aufweist mit einer kerbartigen Tasche (10) an der äußeren Oberfläche, in die das Betätigungsorgan (13) in Ruhestellung berührungsfrei eintaucht.
  4. 3. Sicherheitskupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan als im wesentlichen langgestreckter Stößel (13) ausgebildet und im Gehäuse (12) des Auslaßventils (6) dichtend gelagert ist, wobei das radial innere Ende in die Tasche (10) des ringförmigen Abschnittes (9) reicht und das radial äußere Ende mit dem Ventilkörper (18) in Verbindung steht.
  5. 4. Sicherheitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (13) nach einer durch Überlastung eingetretenen Relativdrehung von einer Flanke der Tasche (10) radial nach außen schiebbar ist, wobei der Ventilkörper (18) von seinem Sitz (19) gehoben wird, eine Druckabsenkung in der Ringkammer (4) bewirkt und mit dem Stößel (13) durch Fliehkraft ins Innere des Auslaßventils (6) bewegt wird.
  6. 5. Sicherheitskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem radial inneren Ende des Stößels (13) und der Tasche (10) ein Wälzkörper, z. B. eine Kugel (30), zur Erleichterung des Auslösevorganges eingelegt ist, wobei dieser im Gehäuse (12) des Auslaßventils (6) geführt ist.






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