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Dokumentenidentifikation DE10220032C1 13.11.2003
Titel Kupplung, insbesondere Drehmomentbegrenzungskupplung
Anmelder GKN Walterscheid GmbH, 53797 Lohmar, DE
Erfinder Schott, Wilhelm, Dipl-Ing., 50996 Köln, DE;
Sarfert, Andreas, Dipl.-Ing., 53129 Bonn, DE;
Zubik, John, Lockport, Ill., US
Vertreter Harwardt Neumann Patent- und Rechtsanwälte, 53721 Siegburg
DE-Anmeldedatum 04.05.2002
DE-Aktenzeichen 10220032
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.11.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.11.2003
IPC-Hauptklasse F16D 7/10
IPC-Nebenklasse F16D 3/06   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Kupplung, insbesondere Drehmomentbegrenzungskupplung mit einem Kupplungsgehäuse 2 und einem darin aufgenommenen Kupplungsinnenteil 10. Das Kupplungsinnenteil 10 dient zum Anschluss an eine treibende Welle. Zwischen Kupplungsinnenteil 10 und Kupplungsgehäuse 2 sind Mitnahmeelemente 12 in Form von Sperrkörpern wirksam. Das Kupplungsgehäuse 2 weist einen Anschlussbohrungsabschnitt 6 auf, in dem ein Anschlusselement 18 mit seinem Anschlussabschnitt 19 aufgenommen ist. Die Außenkontur 20 des Anschlussabschnitts 19 folgt der Innenkontur 9 des Kupplungsgehäuses 2 im Bereich des den Anschlussabschnitt 19 aufnehmenden Anschlussbohrungsabschnitts 6 mit einem radialen Abstand, so dass zwischen diesen radiale Verlagerungen und Umfangsverlagerungen sowie Winkelverlagerungen möglich sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Kupplung, insbesondere Drehmomentbegrenzungskupplung. Sie betrifft insbesondere die Verbindung zwischen einem Kupplungsgehäuse und einem Anschlusselement, welches selbst wiederum zum Anschluss an ein treibendes oder getriebenes Bauteil einer Maschine oder eines Aggregates dient.

Kupplungen, insbesondere Drehmomentbegrenzungskupplungen, die als Überlastkupplungen dienen, finden allgemein Einsatz im Antrieb von landwirtschaftlichen Geräten bzw. selbstfahrenden Arbeitsmaschinen und sollen einzelne angetriebene Aggregate oder Baugruppen oder aber auch einzelne Arbeitswerkzeuge bei Überlastung absichern. Wenn beispielsweise einem Antrieb mehrere solcher Kupplungen zugeordnet sind, d. h. gemeinsam angetrieben werden und zur Weiterleitung des Drehmomentes an davon abgezweigt anzutreibende Arbeitswerkzeuge dienen, besteht die Gefahr, dass aufgrund der Arbeitsbreiten und der Flexibilität der Maschinenrahmen und der gemeinsamen Antriebswelle, das Ansprechverhalten der Kupplung beim Überlastfall negativ beeinflusst wird.

Es ist also in solchen Fällen keine Wiederholgenauigkeit beim Abschalten gegeben, weil Zwängungen auftreten.

Die GB 2 180 625 A beschreibt eine Kupplung mit einem mit einer Antriebswelle verbundenen Innenteil, das außen Bogenzähne trägt. Diese Bogenzähne greifen zwischen Zähne einer Schrägverzahnung ein, die in einer Bohrung einer Hülse angeordnet sind. Außen ist die Hülse mit parallel zu einer Längsachse verlaufenden Zähnen versehen, die in eine Verzahnung mit parallel zur Längsachse verlaufenden Zähnen in der Bohrung eines Außenteils eingreifen, so dass die Hülse entlang der Längsachse in Richtung eines Federpaketes bewegt wird, wenn über das Innenteil ein Drehmoment eingeleitet wird. Das Federpaket ist gegen einen Haltering abgestützt, welcher wiederum in der eingerasteten Position durch federbeaufschlagte Nocken, die in Ausnehmungen des Innenteils eingreifen, gehalten ist. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Drehmoments verlassen die Nocken die Einrastposition. Ferner wird dabei die Hülse axial außer Wirkverbindung zu Außenteil und Innenteil gebracht.

Der Aufbau ist kompliziert und kann keine radialen Fehlausrichtungen ausgleichen. Die Ausübung der Funktion des Ausgleichs von Fehlausrichtungen durch Bauteile, die auch die Drehmomentbegrenzung bewerkstelligen sollen, führt zur gegenseitigen Beeinflussung und insbesondere zu einer negativen Beeinflussung hinsichtlich der Drehmomentbegrenzung, da das Federpaket bei einer winkelmässigen Fehlstellung des Innenteils zur Hülse zu einer anderen Beaufschlagung des Halteringes führt, als bei einer Übereinstimmung der Achsen von Innenteil und Hülse.

In der JP 05288224 A (Abstract) in Patent Abstracts of Japan ist eine Kupplung beschrieben, bei der ein erstes Kupplungsteil mit einer ersten Welle und ein zweites Kupplungsteil mit einer zweiten Welle verbunden sind. Das zweite Kupplungsteil ist in dem ersten Kupplungsteil radial geführt und axial auf der zugehörigen Welle gesichert. Das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil greifen über Ausformungen ineinander, die in Drehrichtung zueinander in Anlage gebracht werden können, so dass ein Drehmoment unmittelbar zwischen den beiden Kupplungsteilen übertragen wird. Zusätzlich ist ein Gummielement vorgesehen, das das Drehmoment zwischen den beiden Wellen bis zu einem vorgegebenen Drehmoment überträgt, d. h. bis die beiden Kupplungsteile unmittelbar zueinander in Anlage kommen und an der Drehmomentübertragung beteiligt werden. Fehlausrichtungen der Wellenteile können durch diese Kupplung nicht ausgeglichen werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung, insbesondere Drehmomentbegrenzungskupplung zu schaffen, die unabhängig von der Anordnung im Antriebstrang ein sicheres Ansprechen mit der nötigen Wiederholgenauigkeit gewährleistet.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Kupplung, insbesondere Drehmomentbegrenzungskupplung, umfassend

  • - eine Längsachse,
  • - ein Kupplungsinnenteil
  • - ein Kupplungsgehäuse,

    das rohrförmig gestaltet ist,

    das ausgehend von einem ersten axialen Ende einen Anschlussbohrungsabschnitt aufweist, der in einer die Längsachse rechtwinklig schneidenden Querschnittsebene gesehen, eine umlaufende Innenkontur aufweist, die von einem Kreis abweicht, und

    das in Verlängerung des Anschlussbohrungsabschnitts einen Aufnahmebohrungsabschnitt aufweist, in dem das Kupplungsinnenteil aufgenommen ist, so dass es vom Kupplungsgehäuse koaxial umgeben ist,
  • - Mitnahmeelemente,

    die eine Drehmitnahme zwischen dem Kupplungsgehäuse und dem Kupplungsinnenteil bewirken,
  • - ein Anschlusselement,

    das einen Anschlussabschnitt aufweist, mit dem es in dem Anschlussbohrungsabschnitt des Kupplungsgehäuses aufgenommen ist, der in einer die Längsachse rechtwinklig schneidenden Querschnittsebene eine Außenkontur aufweist, die der Innenkontur des Kupplungsgehäuses mit einem radialen Abstand folgt, so dass Spiel zwischen den beiden gegeben ist, und
  • - Verbindungsmittel,

    die im Bereich des Anschlussbohrungsabschnitts des Kupplungsgehäuses und des Anschlussabschnitts des Anschlusselements angeordnet sind und mindestens einen Durchbruch im Kupplungsgehäuse und je Durchbruch eine(n) diesen mit Spiel durchgreifende(-n) und mit dem Anschlusselement verbundene(n) Schraube oder Stift umfassen.

Von Vorteil bei dieser Ausbildung ist, dass das Kupplungsinnenteil zusammen mit dem Gehäuse gegenüber dem Anschlusselement Bewegungen ausführen kann, so dass Ungenauigkeiten hinsichtlich der Lage des Kupplungsinnenteils, in das das Drehmoment eingeleitet wird, zusammen mit dem Kupplungsaußenteil gegenüber dem Anschlusselement, das zur Ableitung des Drehmomentes dient, dadurch das diese Winkel- und/oder Axialbewegungen und/oder Radialbewegungen zueinander ausführen können, ausgeglichen werden. Hierdurch können Zwängungen vermieden werden. Das Ansprechverhalten der Kupplung bleibt unbeeinflusst.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verbindungsmittel eine begrenzte Winkel- und/oder Axialbewegung zulassen. Sie können auch zusätzlich oder alternativ eine Radialbewegung zulassen. Deren Größe wird an den Anwendungsfall angepasst. Eine Winkelbewegung oder auch radiale Bewegung zwischen dem Anschlusselement und dem Kupplungsinnenteil wird alleine durch die Aufnahme des Anschlussabschnittes mit einem Spalt im Verhältnis zur Innenkontur des Anschlussbohrungsabschnittes des Kupplungsgehäuses erreicht.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Verbindungsmittel im Bereich des Anschlussbohrungsabschnitts des Kupplungsgehäuses und des Anschlussabschnitts des Anschlusselements angeordnet sind und mindestens einen Durchbruch im Kupplungsgehäuse und je Durchbruch eine(-n) diesen mit Spiel durchgreifende(-n) und mit dem Anschlusselement verbundene(-n) Schraube oder Stift umfassen.

Als Stift kommt dabei vorzugsweise ein Kerbstift und als Schraube vorzugsweise eine Innensechskantschraube in Frage. Die Beweglichkeit des Kupplungsgehäuses zum Anschlusselement bzw. umgekehrt wird dadurch erreicht, dass der Stift bzw. die Schraube dem zugehörigen Durchbruch im Kupplungsgehäuse mit Spiel durchgreift. Dazu ist ferner vorgesehen, dass das Anschlusselement eine Aufnahmebohrung für den Stift oder die Schraube aufweist.

Ferner ist vorgesehen, dass das Kupplungsgehäuse über seine gesamte axiale Länge parallel zur Längsachse verlaufende rippenförmige Ausformungen aufweist, die in der Innenkontur des Kupplungsgehäuses Nuten bilden. Solche Kupplungen sind an sich bekannt, wie der DE 17 98 009 U zu entnehmen ist. Bei dieser Ausführungsform sind Anschlussbohrungsabschnitt und Aufnahmebohrungsabschnitt des Kupplungsgehäuses unter Berücksichtung des Spiels zwischen beiden gleich gestaltet. Dies ist besonders wirtschaftlich. Die Außenkontur des Anschlusselementes ist im Bereich des Anschlussabschnittes der Innenkontur des Kupplungsgehäuses folgend mit rippenförmigen Erhebungen und zwischen diesen teilzylindrischen Flächen gestaltet. Jedoch ist ein Spalt vorhanden. Die Stifte bzw. die Schrauben sind vorzugsweise im Bereich der zylindrischen Teilflächen vorgesehen.

Bevorzugte Gestaltungen der Kupplung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Kupplung,

Fig. 2 einen Schnitt II-II gemäß Fig. 1 mit einer ersten Ausführungsform der Verbindungsmittel zwischen Kupplungsgehäuse und Anschlusselement,

Fig. 3 einen Schnitt III-III gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 als Einzelheit eine alternative Ausgestaltung der Verbindungsmittel zu denen gemäß Fig. 2.

Die aus den Zeichnungsfiguren ersichtliche Kupplung umfasst ein auf der Längsachse 1 zentriertes Kupplungsgehäuse 2, das, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, parallel zur Längsachse 1 verlaufend Ausformungen 3 besitzt, die rippenartige Erhöhung an der Außenseite des Kupplungsgehäuses 2 bilden. Wenn das Kupplungsgehäuse 2 röhrförmig mit annähernd gleicher Wandungsstärke gestaltet ist, entstehen im Bereich der Ausformungen 3 an der Innenkontur 9 Nuten 4, die sich mit zylindrischen Teilflächen um die Längsachse 1 in Umfangsrichtung abwechseln. Das Kupplungsgehäuse 2 weist ein erstes axiales Ende 7 und diesem entfernt ein zweites axiales Ende 8 auf. Ausgehend vom ersten axialen Ende 7 dient die Innenkontur 9 des Kupplungsgehäuses 2 als Anschlussbohrungsabschnitt 6 und daran anschließend bis zum zweiten axialen Ende 8 als Aufnahmebohrungsabschnitt 5. In dem Aufnahmebohrungsabschnitt 5 ist das Kupplungsinnenteil 10 mit seiner Außenfläche gelagert. Das Kupplungsinnenteil 10 weist ferner eine zentrale Anschlussbohrung 11 auf, die auf der Längsachse 1 zentriert ist. In radial verlaufenden Bohrungen des Kupplungsinnenteils 10 sind Mitnahmeelemente 12 in Form von Sperrkörpern angeordnet, die federbelastet zur Einnahme einer über die Außenfläche des Kupplungsinnenteils 10 vorstehenden Position hin beaufschlagt werden und mit ihren Köpfen in Drehmomentübertragungsposition in die Nuten 4 des Kupplungsgehäuses 2 eingreifen. Das Kupplungsinnenteil 10 ist zwischen zwei Anlaufscheiben 13 durch Sicherungsringe 14, die in entsprechende Nuten des Kupplungsgehäuses 2 eingreifen, in axialer Richtung gehalten. Ferner sind Dichtungsringe 15 vorgesehen, die den Abschnitt, in dem sich die Mitnahmeelemente 12 befinden, nach außen abdichten.

Zur Abschmierung dient ein Schmiernippel 16 im Kupplungsgehäuse 2.

In dem vom ersten axialen Ende 7 ausgehenden Anschlussbohrungsabschnitt 6 ist ein Anschlusselement 18 mit seinem Anschlussabschnitt 19 aufgenommen. Der Anschlussabschnitt 19 weist im Querschnitt gesehen eine Aussenkontur 20 auf, die der Innenkontur 9 des Kupplungsgehäuses 2 im Bereich des Anschlussbohrungsabschnitts 6 mit radialem Abstand folgt und somit von der Form eines Kreises abweicht. Der Anschlussabschnitt 19 weist zum Eingriff in die Nuten 4 entsprechend verteilt angeordnete rippenförmige Erhöhungen auf. Dazwischen sind zylindrische Teilflächen vorgesehen. Die Außenkontur 20 entspricht jedoch abmessungsmässig nicht Innenkontur 9 sondern ist um ein bestimmtes Maß kleiner gestaltet, so dass das Anschlusselement 18 mit seinem Anschlussabschnitt 19 im Anschlussbohrungsabschnitt 6 des Kupplungsgehäuses 2 gegenüber dem auf der Längsachse 1 festgelegten Kupplungsgehäuse 2 radiale Bewegungen und Winkelbewegungen ausführen kann. Zusätzlich ist auch noch eine Axialbewegung möglich.

Der Anschlussabschnitt 19 ist mit einem Klemmabschnitt 21 verbunden, welcher zwei Backen 23 umfasst, die durch Schlitze 22 getrennt sind und eine zylindrische Klemmbohrung 24 bilden. Darüber hinaus weist auch der Klemmabschnitt 21 eine Längsbohrung auf, durch die eine in die Anschlussbohrung 11 des Kupplungsinnenteils 10 eingesteckte Welle hindurchgeführt werden kann. In den Backen 23 sind Schraubenbohrungen 25 vorgesehen, die von nicht dargestellten Schrauben durchsetzt werden, so dass die beiden Backen 23 gegeneinander verspannt werden können, wenn der Klemmabschnitt 21 beispielsweise auf einem Rohr, das als Eingangswelle für ein Getriebe dient, aufgesetzt ist. Anstelle einer zylindrischen Klemmbohrung 28 kann auch eine profilierte Bohrung vorgesehen werden.

Als Verbindungsmittel 26 zwischen dem Kupplungsgehäuse 2 und dem Anschlussabschnitt 19 des Anschlusselementes 18 sind im Bereich des Anschlussbohrungsabschnitts 6 des Kupplungsgehäuses 2 an diametralen Stellen Durchbrüche 17 vorgesehen, die in Form von Bohrungen mit dem Durchmesser d gestaltet sind. Der Durchmesser d dieser Durchbrüche 17 ist größer als der Außendurchmesser der bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 vorgesehenen Stifte 28 in Form von Kerbstiften, die in entsprechend angeordneten Aufnahmebohrungen 27 des Anschlussabschnitts 19 des Anschlusselementes 18 einsitzen. Aufgrund des Spaltes zwischen der Außenkontur 20 des Anschlusselementes 18 und der Innenkontur 9 des Kupplungsgehäuses 2 im Bereich des Anschlussbohrungsabschnittes 6 und der Bemessung des Aussendurchmessers der Stifte 28 im Verhältnis zu den als Bohrungen gestalteten Durchbrüchen 17 sind sowohl eine Axialbewegung in Richtung der Längsachse 1 zwischen dem Anschlusselement 18 und dem Kupplungsgehäuse 2 als auch Winkelbewegungen, Radialbewegungen oder Umfangsbewegungen möglich, so dass zwischen der Anschlussbohrung 11 und dem Klemmabschnitt 21 Lageabweichungen kompensiert werden.

In Fig. 4 ist eine abweichende Gestaltung der Verbindungsmittel 26 dargestellt. Diese umfassen zwar weiterhin die Durchbrüche 17 im Bereich des Kupplungsgehäuses 2, jedoch sind anstelle von Stiften 28 Innensechskantschrauben 29 vorgesehen. Anstelle als zylindrische Bohrungen sind in diesem Fall die Aufnahmebohrungen 28 als Gewindebohrungen gestaltet. Bezugszeichenliste 1 Längsachse

2 Kupplungsgehäuse

3 Ausformung

4 Nut

5 Aufnahmebohrungsabschnitt

6 Anschlussbohrungsabschnitt

7 erstes axiales Ende

8 zweites axiales Ende

9 Innenkontur

10 Kupplungsinnenteil

11 Anschlussbohrung

12 Mitnahmeelement

13 Anlaufscheibe

14 Sicherungsring

15 Dichtungsring

16 Schmiernippel

17 Durchbruch

18 Anschlusselement

19 Anschlussabschnitt

20 Aussenkontur

21 Klemmabschnitt

22 Schlitz

23 Backen

24 Klemmbohrung

25 Schraubenbohrung

26 Verbindungsmittel

27 Aufnahmebohrung

28 Stift/Kerbstift

29 Schraube/Innensechskantschraube

d Durchmesser


Anspruch[de]
  1. 1. Kupplung, insbesondere Drehmomentbegrenzungskupplung, umfassend

    eine Längsachse (1),

    ein Kupplungsinnenteil (10)

    ein Kupplungsgehäuse (2),

    das rohrförmig gestaltet ist,

    das ausgehend von einem ersten axialen Ende (7) einen Anschlussbohrungsabschnitt (6) aufweist, der in einer die Längsachse (1) rechtwinklig schneidenden Querschnittsebene gesehen, eine umlaufende Innenkontur (9) aufweist, die von einem Kreis abweicht, und

    das in Verlängerung des Anschlußbohrungsabschnitts (6) einen Aufnahmebohrungsabschnitt (5) aufweist, in dem das Kupplungsinnenteil (10) aufgenommen ist, so dass es vom Kupplungsgehäuse (2) koaxial umgeben ist,

    Mitnahmeelemente (12),

    die eine Drehmitnahme zwischen dem Kupplungsgehäuse (2) und dem Kupplungsinnenteil (10) bewirken,

    ein Anschlusselement (18),

    das einen Anschlussabschnitt (19) aufweist, mit dem es in dem Anschlussbohrungsabschnitt (6) des Kupplungsgehäuses (2) aufgenommen ist, der in einer die Längsachse (1) rechtwinklig schneidenden Querschnittsebene eine Außenkontur (20) aufweist, die der Innenkontur (9) des Kupplungsgehäuses (2) mit einem radialen Abstand folgt, so dass Spiel zwischen den beiden gegeben ist, und

    Verbindungsmittel (26),

    die im Bereich des Anschlussbohrungsabschnitts (6) des Kupplungsgehäuses (2) und des Anschlussabschnitts (19) des Anschlusselements (18) angeordnet sind und mindestens einen Durchbruch (17) im Kupplungsgehäuse (2) und je Durchbruch (17) eine(n) diesen mit Spiel durchgreifende(-n) und mit dem Anschlusselement (18) verbundene(-n) Schraube (29) oder Stift (28) umfassen.
  2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (26) eine begrenzte Winkel- und/oder Axialbewegung zulassen.
  3. 3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel (26) eine begrenzte Radialbewegung zulassen.
  4. 4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (18) eine Aufnahmebohrung (27) für den Stift (28) oder die Schraube (29) aufweist.
  5. 5. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsgehäuse (2) über seine gesamte axiale Länge parallel zur Längsachse (1) verlaufende rippenförmige Ausformungen (3) aufweist, die in der Innenkontur (9) des Kupplungsgehäuses (2) Nuten (4) bilden.






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