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Dokumentenidentifikation DE102006011179A1 13.09.2007
Titel Überlastkupplung mit Klemmnabe
Anmelder Chr. Mayr GmbH + Co KG, 87665 Mauerstetten, DE
Erfinder Vogl, Norbert, 86899 Landsberg, DE
DE-Anmeldedatum 10.03.2006
DE-Aktenzeichen 102006011179
Offenlegungstag 13.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.09.2007
IPC-Hauptklasse F16D 7/08(2006.01)A, F, I, 20060310, B, H, DE
Zusammenfassung Überlastkupplung mit einer Nabe 1 mit einem Nabenklemmabsatz 1.1, auf diesem angeordneten Klemmring 2, ausgeführt mit einem Klemmschlitz, der mittels einer Klemmschraube 7 überbrückt wird und einem formschlüssig arbeitendem Drehmomentübertragungsmechanismus, dessen Ansprechdrehmoment mittels einer über die Nachstellmutter 3 einstellbaren Vorspannung von Tellerfedern 6 verändert werden kann, wobei in Drehrichtung eine formschlüssige Festlegung zwischen Nabe 1 und Klemmring 2, durch einen in einen Längsschlitz 1.2 und einer Aussparung 1.3 des Nabenabsatzes 1.1. eingreifenden Radialbohrung 2.6 des Klemmringes 2 befindlicher Stift 5 vorliegt.
Um einen einfachen Federwechsel und somit Drehmomenteinstellung vornehmen zu können, sollte eine Klemmnabe geschaffen werden, wwelche eine spielfreie Drehmomentübertragung für hochdynamische Antriebe erfüllt und außerdem ausreichende Sicherheit zur Drehmomentübertragung erfüllt. Durch die spezielle zweiteilig gestaltete Klemmnabe wird eine kompakte Bauform, einfache Montage und Demontage und höhrere Sicherheit in der Klemmverbindung erreicht (Zeichnung Fig. 4).

Beschreibung[de]
Stand der Technik:

Für den Einsatz in der Antriebstechnik müssen Sicherheitskupplungen neben einem präzisen Überlastschutz folgenden Anforderungen genügen:

  • – Geringes Massenträgheitsmoment für hohe Dynamik des Antriebsstranges.
  • – Einfache Montage und Demontage der Kupplung in der Anlage.
  • – Spielfreiheit und hohe Übertragungssicherheit der Welle-Nabe-Verbindung.
  • – Komfortable Ablesung und Veränderung des eingestellten Drehmoments.
  • – Problemloser Umbau der Kupplung auf andere Drehmomentbereiche.
  • – Formschlüssige Sicherung der Nachstellmutter gegen Verdrehen.

Bei Klemmnaben von Überlastkupplungen nach dem Stand der Technik kommt es im Bereich des Klemmschlitzes grundsätzlich zu elastischen Verformungen, die eine überlagerte elastische oder auch plastische Biegung der Klemmschraube zur Folge haben. Um hier Brüche der Klemmschraube sicher auszuschließen, müssen die Anzugsmomente und damit die erzielten Klemmkräfte reduziert werden.

Aus DE 103 14 219 ist eine Überlastkupplung bekannt, die anhand einer Skalierung und einer zugeordneten Referenzmarke eine direkte Ablesung des an der Kupplung eingestellten Überlastdrehmomentes ermöglicht. Gleichzeitig wird durch die Skalierung eine direkte Verstellung des eingestellten Überlastdrehmomentes wesentlich erleichtert.

Überlastkupplungen nach dem Stand der Technik wie DE 103 14 219 sind unabhängig vom jeweils vorliegenden Einstellbereich mit einer Zahl von Tellerfedern bestückt, mit der alle für die Kupplung vorgesehenen Drehmomentbereiche abgedeckt werden.

Je nach Drehmomentbereich wird die benötigte Zahl von Federn so eingebaut, dass sie ihre Funktion als Tellerfedern erfüllen und die übrigen Federn werden um 180° gewendet und fungieren als Ausgleichsscheiben. Falls ein Kunde durch Änderung bei der Ermittlung des an der Überlastkupplung einzustellenden Drehmoments eine nicht passende Federschichtung erhält, muss die Federschichtung und damit der Drehmomentbereich geändert werden.

Aufgabenstellung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Klemmnabe zu schaffen, welche grundsätzlich die Forderung des Marktes nach einer spielfreien Drehmomentübertragung für hochdynamische Antriebe erfüllt. Außerdem sollte eine ausreichende Sicherheit der Drehmomentübertragung vorhanden sein.

Die Skalierung sollte aus Platzgründen auf der Zylindermantelfläche des Klemmringes angeordnet sein und eine drehfeste Verbindung zwischen Nabenkörper und Klemmring erfolgen.

Als weitere Aufgabe wird ein einfacherer Federwechsel und somit Drehmomenteinstellung vorgesehen.

Lösung:

Eine kompakte Bauform bzw. ein geringes Massenträgheitsmoment der Kupplung wird durch die spezielle Gestaltung der Klemmnabe erzielt, die erfindungsgemäß 2-teilig gestaltet ist und aus Nabenkörper und Klemmring mit Klemmschraube besteht.

Wesentlich für die Realisierung der genannten kompakten Bauform ist neben der speziellen Nabengestaltung die Werkstoffwahl, wobei für den Klemmring vorzugsweise vergütete Stähle zum Einsatz kommen.

Die vom Markt geforderte einfache Montage und Demontage der Kupplung in der Anlage wird ebenfalls durch die Gestaltung der 2-teiligen Nabe realisiert, wobei die zur reibschlüssigen Verbindung von Welle und Nabe nötige Klemmkraft vorzugsweise mit nur einer tangential angeordneten Klemmschraube erzeugt wird.

Außerdem wird eine spielfreie Drehmomentübertragung, die für hochdynamische Antriebe ein wesentliches Kriterium darstellt, erzielt.

Mit der erfindungsgemäßen Klemmnabe sind höhere Anzugsmomente der Klemmschraube und somit höhere Klemmkräfte erreichbar, indem am Klemmring bzw. an der Klemmnabe zwischen Gewinde und Durchgangsbohrung bzw. Kopfsenkung für die Klemmschraube bei der Fertigung ein gewisser Vorhaltewinkel realisiert wird. Dadurch werden die Biegemomente auf die Schraube minimiert und gleichzeitig die Sicherheit der Klemmverbindung erhöht.

Wie bei der bekannten Überlastkupplung DE 103 14 219 ist auch bei der erfindungsgemäßen Kupplung mit 2-teiliger Nabe vorgesehen, die Skalierung aus Platzgründen auf der Zylindermantelfläche des Klemmringes anzuordnen.

Dazu ist eine drehfeste Verbindung zwischen Nabenkörper und Klemmring nötig, die bei der erfindungsgemäßen Überlastkupplung durch eine Schraube oder einen Stift, vorzugsweise eine Spannhülse realisiert ist, die in eine radial angeordnete Bohrung des Klemmringes eingepresst ist und in einen Schlitz des Nabenabsatzes eingreift, was eine in Drehrichtung formschlüssige Verbindung ergibt.

Durch die beschriebene Winkelfixierung zwischen Klemmring und Nabe wird somit auch die formschlüssige Sicherung der Nachstellmutter mittels einer Schraube zwischen Klemmring und Nachstellmutter ermöglicht.

Bei der erfindungsgemäßen Kupplung wird nach vollständigem Entfernen der Klemmschraube der Klemmring von der Nabe abgenommen, die Nachstellmutter demontiert und der Federwechsel kann stattfinden.

Eine vollständige Entnahme der Klemmschraube ist erforderlich, da sich der Schraubenschaft mit der Zylindermantelfläche des Klemmabsatzes am Nabenkörper überschneidet bzw. in einer tangentialen Ausnehmung des Klemmabsatzes am Nabenkörper liegt.

Dadurch wird eine formschlüssige Fixierung des Klemmringes auf dem Nabenkörper gegen axiale Verschiebung erreicht.

Des weiteren stellt die besondere geometrische Zuordnung zwischen der Lage der Spannhülse und der Klemmschraube sicher, dass der Klemmring nur in einer genau definierten Lage auf der Nabe geklemmt werden kann.

Um die Montage des Klemmringes auf der Nabe in nur einer genau definierten Position zu ermöglichen, wird bei der erfindungsgemäßen Kupplung vorgeschlagen, die beiden nabenseitigen Klemmschlitze in unterschiedlicher Breite und unterschiedlicher axialer Länge auszuführen.

Durch diese Maßnahme in Kombination mit der zur Kupplungsaußenseite versetzten Lage des klemmringseitigen Stiftes wird eine absolut seiten- und winkelgetreue Montage des Klemmringes auf der Nabe sichergestellt.

Ausführungsbeispiele:

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

1 die Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Überlastkupplung.

2 eine Explosionsdarstellung der Überlastkupplung.

3 eine Ansicht der Drehmomentskalierung mit Referenzmarke an der Nachstellmutter.

4 einen Längsschnitt durch die Kupplung.

5 einen Querschnitt durch die Kupplung im Bereich der Klemmschraube.

6 eine weitere Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Überlastkupplung mit geschlitzter Klemmnabe und einseitiger Längsschlitz-Erweiterung.

Die Gesamtansicht 1 bzw. die Explosionsdarstellung 2 zeigen die wesentlichen Bauteile der erfindungsgemäßen Kupplung.

Auf einem mit Längsschlitzen 1.2 versehenen Klemmabsatz 1.1 der Nabe 1 ist konzentrisch der Klemmring 2 mit Klemmschraube 7 angeordnet, der durch einen in einen Längsschlitz 1.2 eingreifenden Stift 5 gegen Verdrehen gesichert ist. Auf der Nabe 1 befindet sich die Nachstellmutter 3, mit deren Hilfe die Tellerfedern 6 axial gegen den formschlüssigen Drehmomentübertragungsmechanismus (Druckscheibe, Kugeln, Druckflansch – nicht näher beschrieben) der Kupplung vorgespannt werden. Die Nachstellmutter 3 verfügt über axiale auf einem zur Kupplungsachse konzentrischen Teilkreis liegende Bohrungen 3.3, in die die in einem Gewinde des Klemmringes 2 liegende Sicherungsschraube 4 eingreift. Dadurch wird eine formschlüssige Sicherung der Nachstellmutter 3 realisiert. Die formschlüssige Sicherung kann dann aktiviert werden, wenn die Sicherungsschraube 4 einer Bohrung 3.3 der Nachstellmutter 3 gegenübersteht, bzw. wenn die Markierungskerbe 2.1 des Klemmringes 2 mit einer Markierungskerbe 3.2 der Nachstellmutter 3 fluchtet.

Am Umfang des Klemmringes 2 ist eine Drehmomentskalierung 2.2 angeordnet, auf der mittels der Referenzmarke 3.1 der Nachstellmutter 3 das an der Kupplung eingestellte Drehmoment direkt abgelesen werden kann. Die Lage der Referenzmarke 3.1, vorzugsweise als farbiger Markierungspunkt auf der Nachstellmutter 3 ausgeführt, und die Lage der Drehmomentskalierung 2.2 auf dem Klemmring 2 werden bei der Kalibrierung der Kupplung definiert. Das dargestellte Ausführungsbeispiel der Kupplung ist auf 40 Nm eingestellt.

In 3 ist eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Kupplung dargestellt, auf der nochmals die Zuordnung zwischen der auf dem Klemmring 2 angeordneten Drehmomentskalierung 2.2 und der Referenzmarke 3.1 der Nachstellmutter 3 zu sehen ist.

Ebenfalls zu sehen ist die zum Eindrehen der Sicherungsschraube 4 erforderliche Fluchtung zwischen der Markierungskerbe 2.1 des Klemmringes 2 und einer der Markierungskerben 3.2 der Nachstellmutter 3.

4 zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Kupplung. Primär ist die Anordnung des Klemmringes 2 auf dem Absatz 1.1 der Nabe 1 zu sehen. Dargestellt ist außerdem nochmals die Funktion der formschlüssigen Sicherung mittels im Klemmring 2 befindlicher Sicherungsschraube 4 und Bohrung 3.3 der Nachstellmutter 3.

Dabei fluchten Markierungskerbe 2.1 und Markierungskerbe 3.2.

In 5 ist ein Querschnitt durch die Kupplung in der Ebene der Klemmschraube 7 dargestellt.

Zu sehen ist die drehfeste formschlüssige Verbindung zwischen dem in einer radialen Bohrung 2.6 des Klemmringes 2 befindlichen Stift 5, vorzugsweise einem Schwerspannstift und dem in einem Absatz 1.1 der Nabe 1 befindlichen Längsschlitz 1.2.

Weiterhin ist in 5 die Lage des Schaftes 7.1 der Klemmschraube 7 in einer Aussparung 1.4 (siehe auch 2 – Aussparung 1.4) am Absatz 1.1 der Nabe 1 dargestellt. Dadurch kann ein zusätzlicher Formschluss zwischen Klemmring 2 und Nabenabsatz 1.1 sichergestellt werden, der eine axiale Verschiebung bzw. ein Abfallen (z.B. beim Transport) des Klemmringes 2 von der Nabe 1 sicher verhindert. Als weiteres erfindungsgemäßes Detail in 5 ist eine Schrägstellung zwischen Gewinde 2.5 und Durchgangsbohrung 2.4 bzw. Kopfauflage 2.9 für den Schaft 7.1 bzw. den Kopf der Klemmschraube 7 im Klemmring 2 zu sehen. Die genannte Schrägstellung stellt sich als Winkelversatz &agr; zwischen der Achse des Gewindes 2.7 und der Achse der Durchgangsbohrung 2.8 dar. Die Schrägstellung führt zur Minimierung der durch elastische oder teilplastische Verformung des Klemmringes 2 während der Klemmung auf die Schraube 7 zusätzlich wirkenden Biegemomente.

Die Klemmung der Nabeneinheit bestehend aus Nabe 1, Klemmring 2 und Klemmschraube 7 erfolgt auf der dargestellten Welle 8.

6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Kupplung als Explosionsdarstellung. Auch hier besteht die Kupplung aus einer Nabe 1, auf deren Klemmabsatz 1.1 konzentrisch der Klemmring 2 mit Klemmschraube 7 angeordnet ist. Der Klemmring 2 ist auf der Nabe 1 durch einen Stift 5, der radial in die Längsschlitz-Erweiterung 1.3 der Nabe 1 ragt formschlüssig gegen Verdrehung gesichert.

Durch die einseitig angeordnete Längsschlitz-Erweiterung 1.3 ist sichergestellt, dass der Klemmring 2 nur in einer Winkellage auf der Nabe 1 montierbar ist. Die aus der Klemmringmitte zur Außenseite der Kupplung versetzte Lage der für den Stift 5 vorgesehenen Radialbohrung 2.6 im Klemmring 2 verhindert zudem in Kombination mit der darauf abgestimmten Länge der Klemmschlitz-Ennreiterung 1.3 die seitenverkehrte Montage des Klemmringes 2 auf dem Nabenabsatz 1.1. Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Kupplung ist bei der Kupplung nach 6 eine formschlüssige Sicherung der Nachstellmutter 3 durch eine in den Klemmring 2 eingeschraubte Sicherungsschraube 4 gewährleistet, die in eine der Bohrungen 3.3 der Nachstellmutter 3 eingreift. Zur Drehmomentverstellung wird die Sicherungsschraube 4 aus dem Klemmring 2 und damit aus der Bohrung der Nachstellmutter 3 zurückgedreht und lässt damit eine Verdrehung der Nachstellmutter 3 auf der Nabe 1 und damit eine Veränderung der Vorspannung der Federn 6 zu.

Das an der Kupplung eingestellte Drehmoment ist wie bei den eingangs beschriebenen Ausführungsformen zwischen Referenzmarke 3.1 und Drehmomentskala 2.2 direkt ablesbar. Die dargestellte Kupplung ist demnach auf 70 Nm eingestellt.

1
Nabe
1.1
Naben-Klemmabsatz
1.2
Längsschlitz
1.3
Längsschlitz-Erweiterung
1.4
Aussparung
2
Klemmring
2.1
Markierungskerbe (am Klemmring)
2.2
Drehmomentskala
2.3
Klemmschlitz
2.4
Durchgangsbohrung
2.5
Gewinde (für Klemmschraube)
2.6
Radialbohrung (für Stift)
2.7
Gewindeachse
2.8
Kopfsenkungsachse
2.9
Kopfauflagefläche
3
Nachstellmutter
3.1
Referenzmarke
3.2
Markierungskerbe (an der Nachstellmutter)
3.3
Axiale Bohrung (für Sicherungsschraube)
4
Sicherungsschraube
5
Stift
6
Tellerfeder
7
Klemmschraube
7.1
Klemmschraubenschaft
8
Welle
&agr;
Winkelversatz
E
Schnittebene


Anspruch[de]
Überlastkupplung, mit

– einer Nabe (1) mit einem Naben-Klemmabsatz (1.1) auf diesem angeordneten Klemmring (2), ausgeführt mit einem Klemmschlitz (2.3), der mittels einer Klemmschraube (7) überbrückt wird, und

– mit einem auf der Nabe (1) angeordneten formschlüssig arbeitenden Drehmomentübertragungsmechanismus, dessen Ansprechdrehmoment mittels einer über die Nachstellmutter (3) einstellbaren Vorspannung von Federn, vorzugsweise Tellerfedern (6) verändert werden kann,

dadurch gekennzeichnet, dass die Nabeneinheit 2-teilig ausgeführt ist und aus einer Nabe (1) mit einem Klemmring (2) besteht, die mittels einer Klemmschraube (7) reibschlüssig auf der Welle (8) geklemmt wird, wobei in Drehrichtung eine formschlüssige Festlegung zwischen Nabe (1) und Klemmring (2) durch einen in einen Längsschlitz (1.2) und wahlweise einer Aussparung (1.3) des Nabenabsatzes (1.1) eingreifenden in einer Radialbohrung (2.6) des Klemmringes (2) befindlichen Stift (5) vorliegt.
Überlastkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (5) vorzugsweise als Schwerspannstift ausgeführt ist. Überlastkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die Winkelfixierung zwischen Nabe (1) und Klemmring (2) eine formschlüssige Sicherung der Nachstellmutter (3) mittels einer in eine Axialbohrung (3.3) greifende Sicherungsschraube (4) des Klemmringes (2) realisiert ist. Überlastkupplung nach Ansprüchen 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass über die Winkelfixierung zwischen Nabe (1) und Klemmring (2) eine Kalibrierung der Kupplung und damit eine direkte Drehmomentablesung an der Kupplung mittels einer Drehmomentskala (2.2) auf dem Klemmring (2) und einer Referenzmarke (3.1) auf der Nachstellmutter (3) ermöglicht wird. Überlastkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser von Nabe (1 ), Gewinde der Nachstellmutter (3) und Naben-Klemmabsatz (1.1) bzw. Innendurchmesser des Klemmringes (2) so abgestuft sind, dass nach Demontage von Klemmring (2) und Nachstellmutter (3) ein Ausbau der Federn, vorzugsweise Tellerfedern (6) möglich ist. Überlastkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überschneidung zwischen Klemmschraubenschaft (7.1) und Naben-Klemm-Absatz (1.1) in der Weise existiert, dass der Klemmschraubenschaft (7.1) in einer Aussparung (1.4) des Klemm-Absatzes (1.1) liegt und somit eine Sicherung gegen axiale Verschiebung zwischen Nabe (1) und Klemmring (2) bildet. Überlastkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (2) zwischen Gewinde (2.5) und Durchgangsbohrung (2.4) einen Winkelversatz (&agr;) aufweist, wobei die Kopfauflagefläche (2.9) zur Durchgangsbohrung (2.4) des Klemmringes (2) senkrecht steht. Überlastkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gewindeachse (2.7) und Kopfsenkungsachse (2.8) vorzugsweise in der Schnittebene (E) schneiden. Überlastkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Längsschlitze (1.2) der Nabe (1) eine Längsschlitz-Erweiterung (1.3) aufweist, die etwas breiter als der Durchmesser des Stiftes (5) ist, wobei die Breite der Längsschlitze (1.2) kleiner als der Durchmesser des Stiftes (5) ist. Überlastkupplung nach den Anspruch 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialbohrung (2.6) für den Stift (5) am Klemmring (2) nicht mittig angeordnet, sondern parallel zur Kupplungsachse in Richtung zur Außenseite der Kupplung hin verschoben ist. Überlastkupplung nach Anspruch 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung der Längsschlitz-Erweiterung (1.3) so bemessen ist, dass sich der Klemmring (2) bei seitenverkehrter Montage nicht vollständig auf den Klemm-Absatz (1.1) der Nabe (1) schieben lässt.






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