CH694524A5 - Sicherheitskupplung. - Google Patents

Description

  



   Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung zur Drehmomentbegrenzung,  insbesondere für die Anwendung bei Handwerkzeugmaschinen wie etwa  Bohrmaschinen und speziell Bohrhämmern. Insbesondere bei mit leistungsfähigen  Motoren ausgestatteten Werkzeugmaschinen wie mittelschweren bis schweren  Bohrhämmern ist die Verwendung einer solchen Kupplung unabdingbar,  um zu verhindern, dass bei einem Festfressen des Bohrers der Motor  zum Stehen kommt und durch einen Überstrom beschädigt wird oder,  schlimmer noch, die Maschine dem Benutzer aus der Hand gerissen wird  und diesen oder andere Personen möglicherweise verletzt. 



   Als Beispiel für eine solche Werkzeugmaschine beziehungsweise eine  darin verwendete Sicherheitskupplung wird auf DE 3 844 311 A1 hingewiesen.  Die dort beschriebene Bohrmaschine verfügt entlang der Achse, auf  der auch der Bohrer montiert wird, über ein Zahnrad mit Rastvertiefungen  und ein Gegenkupplungsteil mit Rastmulden, die flacher ausgebildet  sind als die Rastvertiefungen. In die Rastvertie   fungen sind Rastkörper  eingelegt, die beim Überschreiten eines Grenzdrehmoments die ihnen  zugeordneten Rastmulden unter gleichzeitigem Zusammendrücken einer  axial orientierten Spiralfeder verlassen und so den Motor vom Bohrer  entkoppeln. 



   Es ist auch eine Sicherheitskupplung bekannt, bei der Rastvertiefungen  und Rastmulden sich in radialer Richtung gegenüberliegen und eine  Feder die Rastkörper radial nach innen in die Rastmulden drückt. 



   Diese Konstruktion mit radial beweglichen Rastkörpern ist zwar vorteilhaft,  weil bei ihr das Ausrasten der Kupplung nicht zwangsläufig auch zu  einer axialen Verschiebung von auf einer Welle der Kupplung montierten  Komponenten wie insbesondere Zahnrädern führt; es hat sich jedoch  gezeigt, dass das Grenzdrehmoment, bei dem eine solche Kupplung ausrastet,  sich im Laufe der Lebensdauer der Feder infolge von Setzungserscheinungen  des Materials der Feder relativ stark verschiebt und zu starken Streuungen  neigt.  Vorteile der Erfindung  



   Es hat sich herausgestellt, dass, wenn bei einer Sicherheitskupplung  mit einem Käfig, in dem in Ra   dialrichtung bewegliche Rastkörper  aufgenommen sind, und einem Endstück, in dem Mulden zur Aufnahme  von aus dem Käfig vorspringenden Bereichen der Rastkörper gebildet  sind, und einer Federeinrichtung, die zum Beaufschlagen der Rastkörper  mit einer Kraft in Richtung der Aussparungen dient, das Endstück  den Käfig radial aussen umgreifend angeordnet ist und die Kraft der  Federeinrichtung die Rast-element radial nach aussen treibt, ein  besser reproduzierbares und durch das Setzen der Feder wenig veränderliches  Grenzmoment erhalten wird, und dass sich eine solche Sicherheitskupplung  insbesondere zur Anwendung bei hohen Drehzahlen eignet.

   Der Grund  dafür ist, dass bei einer solchen erfindungsgemässen Kupplung die  bei Drehung des Käfigs auf die Rastkörper wirkende Fliehkraft die  Rastkörper in Richtung der Aussparungen treibt, anstatt die Federeinrichtung  zu belasten. Die Kraft, mit der die Rastkörper in die zugeordneten  Mulden gedrückt werden, ist somit die Summe aus der durch die Federeinrichtung  ausgeübten Kraft und der Fliehkraft, wohingegen es bei der herkömmlichen  Konstruktion die Differenz ist. Es ist offensichtlich, dass sich  Alterungserscheinungen der Feder auf diese Summe anteilig wesentlich  weniger auswirken können als auf die Differenz. 



   Das Endstück, in dem die Mulden gebildet sind, hat vorzugsweise die  Form eines Bechers, in dessen zy   lindrischer Wand die Mulden ausgebildet  sind. Eine grosse Zahl von Mulden am Innenumfang des Bechers ist  erwünscht, damit ein ausgerasteter Rastkörper möglichst schnell wieder  auf eine Mulde zum Einrasten trifft, andererseits darf der Abstand  zwischen Mulden nicht so klein sein, dass dazwischen verbleibende  Stege von darüber hinwegschleifenden Rastkörpern abgetragen werden  können. Von daher ist es zweckmässig, wenn die gesamte Breite der  Mulden in Umfangsrichtung etwa der Hälfte des Innenumfangs des Bechers  entspricht. 



   Für eine sichere, achsfeste Drehmomentübertragung sind wenigstens  drei Rastkörper erwünscht, ihre Zahl kann aber je nach benötigtem  Grenzdrehmoment erhöht werden. 



   Die Rastkörper können kugel- oder zylinderförmig sein, wobei im Fall  eines hohen Grenzdrehmoments die zylindrische Form wegen der grösseren  Kontaktfläche zwischen dem Rastkörper und der Mulde beziehungsweise  insbesondere dem Rand der Mulde bevorzugt ist. 



   Der Käfig ist vorzugsweise mit einem hohlzylindrischen Abschnitt  ausgebildet, der in das Endstück eingreift, wobei die Rastkörper  in Durchbrechungen der Wände des hohlzylindrischen Abschnitts aufge   nommen sind. So kann durch die Durchbrechungen hindurch eine im  Innern des hohlzylindrischen Abschnitts untergebrachte Federeinrichtung  auf die Rastkörper einwirken. 



   Diese Federeinrichtung umfasst vorzugsweise wenigstens eine Ringfeder.  Insbesondere, wenn die Dicke der Wand des hohlzylindrischen Abschnitts  kleiner als der Durchmesser der Rastkörper ist, kann diese Ringfeder  direkt an der inneren Umfangsfläche des hohlzylindrischen Abschnitts  anliegen. Es kann eine einzelne Ringfeder vorgesehen werden, denkbar  ist aber auch die Verwendung einer Vielzahl von dünnen, konzentrisch  ineinander geschachtelten Federn. 



   Damit die Ringfeder zusammengedrückt werden kann, darf sie sich nicht  über einen Winkel von 360 DEG  erstrecken, sondern muss einen sektorförmigen  Ausschnitt besitzen. Um zu verhindern, dass durch eine Drehung der  Feder hinter einer Durchbrechung des Käfigs zu liegen kommt und somit  keine Kraft auf den darin aufgenommenen Rastkörper ausüben kann,  ist zweckmässigerweise eine Verdrehsicherung vorgesehen. Diese kann  aus einer radial orientierten Zunge des hohlzylindrischen Abschnitts  bestehen, die in den Ausschnitt der Ringfeder eingreift; alternativ  kann die Ringfeder auch punktuell an dem    hohlzylindrischen Abschnitt  befestigt sein, zum Beispiel durch Nieten. 



   Eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemässen Kupplung sind Bohrmaschinen,  insbesondere mittelschwere bis schwere Bohrhämmer. Allgemein ist  aber der Einsatz der Kupplung in beliebigen motorgetriebenen Maschinen  denkbar, insbesondere in Maschinen, in denen ein Werkzeug oder Werkstück  über ein Untersetzungsgetriebe von einem Motor angetrieben ist, wobei  in diesem Fall die Kupplung vorzugsweise im hochtourig drehenden  Teil der Maschine zwischen dem Motor und dem Übersetzungsgetriebe  angeordnet ist. Insbesondere hier bietet die erfindungsgemässe Kupplung  ferner den Vorteil, dass sie sehr klein und kompakt gebaut werden  kann, da sie für Drehmomente ausgelegt werden kann, die im Vergleich  zu denen im niedertourigen Teil der Maschine abtriebsseitig vom Untersetzungsgetriebe  relativ klein sind. 



   Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der  nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.  Figuren       Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Maschine mit  einer erfindungsgemä  ssen Kupplung im Schnitt entlang der Achse  der Kupplung;     Fig. 2 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Achse  der Kupplung entlang der in Fig. 1 mit II-II bezeichneten Ebene gemäss  einer ersten Ausgestaltung der Erfindung; und     Fig. 3 zeigt  einen Ausschnitt aus einem Querschnitt entsprechend dem aus Fig.  2 gemäss einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.  



   Die erfindungsgemässe Kupplung ist in Fig. 1 in eine Maschine eingebaut  gezeigt. Bei dieser Maschine kann es sich zum Beispiel um einen Bohrhammer  handeln. Die Kupplung besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen 1,  3, hier als Endstück 1 und Käfig 3 bezeichnet, die ineinander greifen  und um eine gemeinsame Achse drehbar montiert sind. Das Endstück  1 hat die Form eines Bechers, das heisst eines Gefässes mit flachem  Boden 8 und einer im Wesentlichen senkrecht zum Boden verlaufenden,  zylinderförmigen umlaufenden Wand 9. Das Endstück 1 umgreift den  Käfig 3, der hier einen zum Boden 8 parallelen Flansch 10, eine auf  eine Welle 4 aufgepresste Muffe 11 und einen hohlzylindrischen Abschnitt  12 umfasst,    der in Fig. 2 in Draufsicht gezeigt ist.

   Der hohlzylindrische  Abschnitt 12 erstreckt sich konzentrisch zur Muffe 11 und ist durch  Durchbrechungen 13 seiner Wände in vier Teile unterteilt, die sich  jeweils über einen Winkelsektor von knapp 90 DEG  erstrecken. In  jeder der Durchbrechungen 13 ist ein Rastkörper 2 untergebracht,  der die Form eines Zylinders mit zur Achse der Welle 4 parallele  Achse hat. Die Wandstärke des hohlzylindrischen Abschnitts 12 ist  geringfügig kleiner als der Durchmesser der Rastkörper 2. Eine Federeinrichtung  5 in Gestalt einer Ringfeder schmiegt sich an die Innenoberfläche  des hohlzylindrischen Abschnitts 12 an und hält Bereiche der Rastkörper,  die über die Aussen-oberfläche des hohlzylindrischen Abschnitts 12  vorstehen, in Mulden 14 gedrückt, die am Innenumfang der Wand 9 des  Bechers gleichmässig verteilt sind. 



   Jede Mulde hat in Umfangsrichtung des hohlzylindrischen Abschnitts  12 zwei seitliche Flanken 15, an denen ein in die Mulde 14 eingreifender  Rastkörper zu liegen kommt, wenn ein Drehmoment zwischen dem Käfig  3 und dem Endstück 1 übertragen wird. Die Gestalt dieser Flanken  15 bestimmt zusammen mit der Steife der Federeinrichtung 5, die die  Rastkörper 2 in die Mulden 14 drückt, das Grenzdrehmoment, welches  die Kupplung zu übertragen in der Lage ist. 



     Wenn für Rechts- oder Linkslauf unterschiedliche Grenzdrehmomente  erwünscht sind, können die Verläufe der zwei Flanken 15 jeder Mulde  14 unterschiedlich sein. 



   Wenn das Grenzdrehmoment überschritten wird, zum Beispiel weil ein  über die Kupplung angetriebener Bohrer stecken bleibt, werden die  Rastkörper 2 von der Flanke 15, an der sie anliegen, radial nach  innen entgegen der Kraft der Federeinrichtung 5 gepresst; diese weicht  der Kraft nach innen aus, und es kommt zum Überrasten der Kupplung.                                                            



   Die Federeinrichtung 5 hat im hier gezeigten Ausführungsbeispiel  die Form eines Rings mit einem Ausschnitt 16, in den eine radial  nach innen gerichtete Zunge 6 des hohlzylindrischen Abschnitts 12  eingreift. Die Zunge 6 beschränkt eine ansonsten mögliche Drehung  der Federeinrichtung 5 in Umfangsrichtung, so dass ausgeschlossen  ist, dass der Ausschnitt 16 infolge einer Drehung der Federeinrichtung  5 gegenüber einer Durchbrechung 13 zu liegen kommt, und so der in  der Unterbrechung 13 untergebrachte Rastkörper 2 nach innen herausfallen  kann. 



   Die Federeinrichtung 5 ist in der Figur einteilig dargestellt, sie  kann aber auch aus vielen dünnen, konzentrisch ineinander geschachtelten  einzelnen    Ringfedern aufgebaut sein. Eine solche Ausgestaltung  hat den Vorteil, dass sich eine Belastung der Feder durch die nach  innen drückenden Rastkörper auf eine Vielzahl von Einzelfedern verteilt,  die spezifische Belastung jeder einzelnen Feder somit geringer ist  und eine Änderung ihrer Form und/oder ihrer Steife im Laufe des Betriebs  der Kupplung in engeren Grenzen gehalten werden kann, als dies mit  einer einteiligen Federeinrichtung 5 möglich ist. 



   Fig. 3 zeigt einen partiellen radialen Schnitt durch eine Kupplung  gemäss einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Der axiale Schnitt  durch diese Kupplung ist identisch mit dem in Fig. 1 gezeigten und  wird nicht erneut beschrieben. Die Ausgestaltung nach Fig. 3 unterscheidet  sich von der nach Fig. 2 dadurch, dass anstelle der Zunge 7 ein Stift  7, zum Beispiel eine Niete, durch Bohrungen des hohlzylindrischen  Abschnitts 12 und der Federeinrichtung 5 verläuft und so eine punktuelle  Befestigung dieser Federeinrichtung 5 am hohlzylindrischen Abschnitt  12 schafft, die eine Verdrehung beider gegeneinander ausschliesst.  Der Stift hat, wie in der Figur deutlich zu sehen ist, an seinem  radial inneren Ende 17 keinen Kopf, so dass er einer Einwärtsbewegung  der Federeinrichtung 5 durch von ihm benachbarten Rastkörper 2 ausgeübten  Druck nicht entgegenwirkt.

   So ist sichergestellt, dass die Fe   derkonstante,  mit der die Rastkörper 2 von der Federeinrichtung 5 in die Mulden  14 gedrückt werden, für alle Rastkörper die gleiche ist.

Claims (12)

1. Sicherheitskupplung, mit einem um eine Achse drehbaren Käfig (3), in dem in Radialrichtung bewegliche Rastkörper (2) aufgenommen sind, einem drehbaren Endstück, in dem Mulden (14) zur Aufnahme von aus dem Käfig (3) vorspringenden Bereichen der Rastkörper (2) gebildet sind, und mit einer Federeinrichtung (5) zum Beaufschlagen der Rastkörper (2) mit einer Kraft in Richtung der Mulden (14), dadurch gekennzeichnet, dass das Endstück (1) den Käfig (3) radial aussen umgreift und dass die Kraft der Federeinrichtung (5) radial nach aussen gerichtet ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Endstück becherförmig mit in der Wand (9) des Bechers angeordneten Mulden (14) ausgebildet ist.

3.

Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Breite der Mulden (14) in Umfangsrichtung etwa der Hälfte des Innenumfangs des Bechers entspricht.

4. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens drei Rastkörper (2) umfasst.

5. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastkörper (2) zylindrisch geformt sind, mit zu einer Drehachse des Käfigs und des Endstücks parallelen Achsen.

6. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (3) einen hohlzylindrischen Abschnitt (12) umfasst, der in das Endstück (1) eingreift, und dass die Rastkörper (2) in Durchbrechungen (13) der Wände des hohlzylindrischen Abschnitts (12) aufgenommen sind.

7.

Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (5) wenigstens eine Ringfeder umfasst.

8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringfeder gegen Verdrehen gesichert ist.

9. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der hohlzylindrische Abschnitt (12) eine radial orientierte Zunge (6) umfasst, die in einen Ausschnitt (16) der Ringfeder eingreift.

10. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringfeder punktuell an dem hohlzylindrischen Abschnitt (12) befestigt ist.

11. Maschine mit einem Motor und einem über ein Untersetzungsgetriebe von dem Motor angetriebenen Werkzeug oder Werkstück, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zwischen dem Motor und dem Untersetzungsgetriebe angeordnet ist.

12.

Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Bohrmaschinen oder ein Bohrhammer ist.