DE4225225A1 - Drehmomentbegrenzer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehmomentbegrenzer zum Übertragen von Drehmoment und zum Begrenzen des übertragenen Drehmoments.

Drehmomentbegrenzer werden benutzt, um ein Drehmoment von einer Welle auf ein rotierendes Bauteil, beispielsweise eine Rolle, Walze oder dergleichen zu übertragen und die Drehmomentübertragung zu unterbrechen, wenn die auf das rotierende Bauteil einwirkende Last einen bestimmten Wert überschreitet. Bisher sind Drehmomentbe­ grenzer mit Schraubenfeder und Drehmomentbegrenzer mit Reibplatte bekannt.

Bei einem Schraubenfeder-Drehmomentbegrenzer erfolgt das Ein- und Ausschalten der Drehmomentübertragung nur bei Drehbewegungen in einer Richtung. Wenn die Welle des Drehmomentbegrenzers sich in der anderen Richtung dreht, läßt sich die Drehmo­ mentübertragung nicht ein- und ausschalten.

Dagegen erfolgt das Ein- und Ausschalten der Drehmomentübertragung bei einem Reibplatten-Drehmomentbegrenzer in beiden Drehrichtungen. Das Ein- und Ausschal­ ten der Drehmomentübertragung geschieht jedoch in beiden Drehrichtungen der Welle bei dem gleichen Drehmoment. Es ist unmöglich, in der einen Drehrichtung einen Grenzwert für das übertragene Drehmoment vorzugeben, der sich von dem Grenzwert für die Drehmomentübertragung in der entgegengesetzten Drehrichtung unterscheidet. Wenn es notwendig wird, daß das Drehmoment, das von einer Welle in der einen Dreh­ richtung auf ein rotierendes Bauteil übertragen wird, sich von dem Drehmoment we­ sentlich unterscheidet, das bei Drehung der Welle in der entgegengesetzten Drehrich­ tung übertragen wird, müssen zwei Drehmomentbegrenzer verwendet werden, die sich hinsichtlich der Richtung der Drehmomentübertragung und der Größe des übertragba­ ren Drehmoments unterscheiden. Dies erhöht nicht nur die anfallenden Kosten, son­ dern macht auch die Montage schwieriger.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kompakten Drehmomentbegrenzer zu schaffen, der einen einfachen Aufbau hat und der es erlaubt, Drehmomente bis zu Grenzwerten zu übertragen, die sich für beide Drehrichtungen voneinander unterschei­ den.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß gelöst durch einen Drehmomentbegrenzer mit ei­ nem Außenring, an dessen Innenumfangsfläche eine Mehrzahl von Schrägflächen aus­ gebildet ist, einem in dem Außenring sitzenden Innenring, einer sich durch den Innen­ ring hindurcherstreckenden Welle, zwischen den Schrägflächen und einer zylindrischen Außenumfangsfläche des Innenringes angeordneten Rollen, an einer Seite der Rollen sitzenden Drehmomentstellfedern, welche die Rollen in Richtung auf einen verengten Raum zwischen den Schrägflächen und der zylindrischen Außenumfangsfläche drücken, und einer zwischen dem Innenring und der Welle sitzenden Schraubenfeder, die sich um die Außenumfangsfläche der Welle klemmen kann, deren eines Ende an dem Innenring festgelegt ist und die so angeordnet ist, daß sie sich festzieht, wenn die Welle in einer Richtung entgegengesetzt der Richtung rotiert, in welche die Drehmomentstellfedern die Rollen drücken.

Wenn die Drehung einer Welle auf ein rotierendes Bauteil, beispielsweise eine Rolle oder Walze, über den vorstehend gekennzeichneten Drehmomentbegrenzer übertragen werden soll, wird das rotierende Bauteil mit einer Bohrung versehen, die zur einen Seite hin offen ist. Der Drehmomentbegrenzer wird in die Bohrung eingesetzt, und der Außenring wird so angeordnet, daß er sich nicht mit Bezug auf das rotierende Bauteil dreht. Auf die Öffnung der Bohrung wird ein Deckel aufgesetzt, der ein Herausrutschen des Drehmomentbegrenzers aus der Bohrung verhindert.

Wenn sich in diesem zusammengebauten Zustand die Welle in solcher Richtung dreht, daß sich die Schraubenfeder festzieht, wird die Drehung der Welle über die Schrauben­ feder auf den Innenring und über die Rollen weiter auf den Außenring übertragen, so daß sich das rotierende Bauteil zusammen mit dem Außenring dreht. Wenn in diesem Zustand die auf das rotierende Bauteil einwirkende Last zunimmt und die Kraft, mit welcher der Innenring die Rollen in Richtung auf eine Außereingriffsstellung drückt, mit der Kraft der Drehmomentstellfedern ins Gleichgewicht kommt, tritt Schlupf zwi­ schen dem Innenring und den Rollen auf. Die Drehmomentübertragung wird auf diese Weise unterbrochen.

Wenn sich dagegen die Welle in der entgegengesetzten Richtung dreht, weitet sich die Schraubenfeder diametral auf. Kommt die Kraft, mit welcher sich die Schraubenfeder auf der Welle festzieht, mit der Reibungskraft zwischen der Schraubenfeder und der Welle ins Gleichgewicht, tritt ein Schlupf zwischen der Welle und der Schraubenfeder auf; die Welle kann leerlaufen.

Wenn bei einem Leerlauf die Welle den Innenring berühren sollte, könnte es zu einer Beschädigung der Außenfläche kommen, weil der Innenring für gewöhnlich aus einem harten Werkstoff gefertigt ist. Um einen solchen Oberflächenschaden zu verhindern, ist die Schraubenfeder vorzugsweise im axial mittleren Bereich des Innenringes angeord­ net, und zwei Öl enthaltende Lager sitzen an beiden Enden der Innenumfangsfläche des Innenringes, wobei die Lager Axialbewegungen der Schraubenfeder begrenzen. Die Welle ist in den ölhaltigen Lagern abgestützt.

Bei der Montage des Drehmomentbegrenzers in dem rotierenden Bauteil wird die aus Außenring, Innenring, Rollen und Drehmomentstellfedern bestehende Anordnung in die Bohrung des rotierenden Bauteils eingesetzt. Der Deckel wird an der offenen Seite der Bohrung montiert, um zu verhindern, daß die zuvor genannte Anordnung aus der Bohrung herausrutscht. Dann wird die Welle in den Innenring eingesetzt. Weil bei die­ sem Montagevorgang der Innendurchmesser der Schraubenfeder zunächst kleiner als der Außendurchmesser der Welle ist, wenn die Welle in den Innenring eingeführt wird, wird der Innenring durch die Schraubenfeder in Axialrichtung verschoben, der Innen­ ring könnte ohne weitere Vorkehrungen aus der Bohrung herausrutschen. Dadurch würde die Montage behindert. Um den Zusammenbau zu erleichtern, ist vorzugsweise die Innenseite des Deckels gegenüber der einen Stirnfläche des Innenringes angeordnet, um den Innenring an einem Herausrutschen zu hindern.

Der Drehmomentbegrenzer nach der Erfindung erlaubt es, Drehmoment unterschiedli­ cher Größe in der einen und der anderen Drehrichtung zu übertragen. Er besteht aus wenigen Einzelteilen, und sein Aufbau ist einfach. Infolgedessen sind die Fertigungsko­ sten niedrig.

Durch die Verwendung zweier ölhaltiger Lager an der Innenumfangsfläche des Innen­ ringes wird ferner die Welle im Leerlauf außer Berührung mit dem aus hartem Werk­ stoff gefertigten Innenring gehalten. Auf diese Weise wird die Außenfläche der Welle gegen Beschädigung geschützt. Die beiden ölhaltigen Lager verhindern außerdem eine Axialbewegung der Schraubenfeder. Der Innenring und die Schraubenfeder können da­ her nicht außer gegenseitigen Eingriff kommen. Dadurch wird die Effizienz des Zu­ sammenbaus verbessert.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Drehmomentbegrenzer nach der Er­ findung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Teillängsschnitt eines Drehmomentbegrenzers gemäß einer ab­ gewandelten Ausführungsform,

Fig. 4 einen Längsschnitt eines Drehmomentbegrenzers gemäß einer weiter abgewandelten Ausführungsform, und

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Drehmomentbegrenzer entsprechend einer weiter abgewandelten Ausführungsform.

Der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte, insgesamt mit 10 bezeichnete Drehmoment­ begrenzer ist in einem rotierenden Bauteil 1 montiert. Bei dem rotierenden Bauteil 1 handelt es sich um eine Rolle. Der Drehmomentbegrenzer kann jedoch auch bei ande­ ren Anordnungen vorgesehen werden, beispielsweise bei Walzen, Zahntrommeln, Zahnrädern oder Riemenscheiben.

Das rotierende Bauteil ,ist aus Kunstharz gefertigt und mit einer Axialbohrung 2 ver­ sehen, die am einen Ende offen ist. Der Drehmomentbegrenzer 10 ist in die Bohrung 2 eingesetzt. Ein Deckel 3 ist in die Öffnung der Bohrung 2 eingepaßt, um den Drehmo­ mentbegrenzer 10 am Herausrutschen zu hindern.

Der Drehmomentbegrenzer 10 weist einen Außenring 11, einen Innenring 12 und eine sich durch den Innenring 12 hindurcherstreckende Welle 13 auf. Mehrere axial verlau­ fende Nuten 14 sind in der Außenumfangsfläche des Außenringes 11 ausgebildet. Das rotierende Bauteil 1 ist an seiner Innenumfangsfläche mit Rippen 4 versehen, die sich in die Nuten 14 einlegen, Ulm für eine drehfeste Verbindung zwischen dem rotierenden Bauteil 1 und dem Außenring 11 zu sorgen.

Der Außenring 11 weist an seiner Innenumfangsfläche eine Mehrzahl von in gleichen Abständen angeordneten Schrägflächen 15 auf. Zwischen jeder der Schrägflächen 15 und einer zylindrischen Außenumfangsfläche 16 des Innenringes 12 sitzt eine Rolle 17. Die Schrägflächen 15 können gerade oder gekrümmt sein. Die Rollen 17 werden in Ta­ schen 19 eines Käfigs 18 aufgenommen, der zwischen dem Außenring 11 und dem In­ nenring 12 sitzt. An einer Seite jeder Rolle 17 ist eine Drehmomentstellfeder 20 ange­ ordnet, welche die betreffende Rolle 17 in Eingriff mit der Schrägfläche 15 und der zy­ lindrischen Außenumfangsfläche 16 drückt. Am einen Ende des Innenringes 12 ist eine Ausnehmung 21 ausgebildet, die eine Schraubenfeder 22 (Fig. 1) aufnimmt. Die Schraubenfeder 22 zieht sich um die Außenumfangsfläche der Welle 13 fest, und ihr ei­ nes Ende ist an dem Innenring 12 festgelegt.

Um die Schraubenfeder 22 mit dem Innenring 12 zu kuppeln, weist, wie in Fig. 2 darge­ stellt ist, die Schraubenfeder 22 an ihrem einen Ende einen diametral abgewinkelten Schenkel 23 auf, der in eine Nut 24 eingreift, die in der Innenumfangsfläche des Innen­ ringes 12 ausgebildet ist. Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 3 trägt die Schraubenfeder 22 an ihrem einen Ende einen in Axialrichtung abgebogenen Schenkel 25, der in einen Ausschnitt 26 eingreift, der in dem geschlossenen Ende der die Feder 22 aufnehmenden Ausnehmung 21 ausgebildet ist. Wenn sich die Welle 13 in einer solchen Richtung dreht, daß die Rollen 17 außer Eingriff mit den Schrägflächen 15 und der zylindrischen Außenumfangsfläche 16 kommen, wird die Schraubenfeder 22 durch den Kontakt mit der Welle 13 festgezogen.

Wenn die Schraubenfeder 22 um die Welle 13 herum festgezogen wird (Richtung des Pfeils A in Fig. 2), wird die Drehbewegung der Welle 13 über die Schraubenfeder 22 auf den Innenring 12 übertragen. Die Drehung des Innenringes 12 wird ferner über die Rollen 17 auf den Außenring 11 übertragen.

Wenn in diesem Zustand das von dem Innenring 12 auf den Außenring 11 ausgeübte Drehmoment eine vorbestimmte Federkraft der Drehmomentstellfedern 20 übertrifft, bewegen sich die Rollen 17 in Richtung auf die erweiterten Räume zwischen den Schrägflächen 15 und der zylindrischen Außenumfangsfläche 16 des Innenringes 12, und zwar entgegen der Rückstellkraft der Drehmomentstellfedern 20. Auf diese Weise kommt es zu einem Schlupf zwischen dem Innenring 12 und den Rollen 17, wodurch die Drehmomentübertragung zu dem Außenring 11 unterbrochen wird.

Wenn sich die Welle 13 in Richtung des Pfeils B dreht, wird die Schraubenfeder 22 auf­ geweitet, und die Kraft, mit welcher sich die Schraubenfeder 22 gegen die Welle 13 an­ legt, nimmt ab. Wenn es zu einem Gleichgewicht zwischen der Klemmkraft und der Reibungskraft zwischen Schraubenfeder 22 und Welle 13 kommt, tritt Schlupf ein, so daß sich die Welle 13 frei drehen kann. Während des Leerlaufs der Welle drehen sich die Welle 13 und der Innenring 12 mit Bezug aufeinander. Der Innenring 12 wird daher vorzugsweise aus einem Öl aufnehmenden Sintermetall gefertigt, um die Schmiereigen­ schaften zwischen dem Innenring 12 und der Welle 13 zu verbessern.

Bei Drehung der Welle 13 in Richtung des Pfeils A wird die Drehmomentübertragung unter dem Einfluß der Federkraft der Drehmomentstellfedern 20 ein- und ausgeschal­ tet. Dreht sich die Welle 13 in der entgegengesetzten Richtung, erfolgt ein Ein- und Ausschalten der Drehmomentübertragung unter den, Einfluß der Klemmkraft, mit wel­ cher sich die Schraubenfeder 22 an der Welle 13 festklemmt. Durch Einstellen der Fe­ derkraft der Drehmomentstellfedern 20 auf einen Wert, der sich von der Klemmkraft der Schraubenfeder 22 erheblich unterscheidet, kann dafür gesorgt werden, daß das bei Drehung der Welle in der einen Richtung übertragene Drehmoment ein anderes als das maximale Drehmoment ist, das bei Drehung der Welle in der entgegengesetzten Rich­ tung übertragen wird.

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist der Drehmomentbegrenzer nicht mit der in Fig. 1 dargestellten Federaufnahmeausnehmung 21 ausgestattet. Die Schraubenfeder 22 sitzt vielmehr im axial mittleren Teil des Innenringes 12. Die Schraubenfeder 22 weist an ihrem einen Ende einen diametral abgewinkelten Schen­ kel 27 auf, der in eine Axialnut 28 in der Innenumfangsfläche des Innenringes 12 ein­ greift. Zwei Öl enthaltende Lager 29 sind an beiden Enden der Innenumfangsfläche des Innenringes 12 angeordnet. Die Lager 29 verhindern axiale Bewegungen der Schrauben­ feder 22.

Weil bei dieser Ausführungsform die Welle 13 in den beiden Lagern 29 gelagert ist, wird die Welle 13 außer Kontakt mit dem aus hartem Werkstoff gefertigten Innenring 12 gehalten. Die Außenfläche der Welle 13 ist auf diese Weise gegen Beschädigungen bei Drehung mit Bezug auf den Innenring geschützt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist der Deckel 3, der ein Herausrutschen des Drehmomentbegrenzers 10 aus dem rotierenden Bauteil 1 verhindert, so ausgebildet, daß seine Innenseite der Stirnfläche des Innenringes 12 gegenüberliegt, wodurch Axial­ bewegungen des Innenringes 12 verhindert werden. Wenn bei dieser Ausbildung die Welle 13 in den Innenring 12 eingesetzt wird, wird der Innenring 12 an einer Axialbewe­ gung gehindert. Die Welle 13 läßt sich daher leicht montieren. Weil ferner das eine Ende des einen Öl enthaltenden Lagers 29 aus dem Deckel 3 vorstellt, wird der Deckel außer Kontakt mit einem Sprengring 30 gehalten, der auf der Welle 13 sitzt, um das ro­ tierende Bauteil 1 mit Bezug auf die Welle 13 festzuhalten. Die Drehung des rotieren­ den Bauteils 1 wird daher durch den Sprengring 30 nicht behindert.

Claims (4)

1. Drehmomentbegrenzer mit einem Außenring (11), an dessen Innenumfangsfläche eine Mehrzahl von Schrägflächen (15) ausgebildet ist, einem in dem Außenring sitzenden Innenring (12), einer sich durch den Innenring hindurcherstreckenden Welle (13), zwischen den Schrägflächen und einer zylindrischen Außenumfangsflä­ che (16) des Innenringes angeordneten Rollen (17), an einer Seite der Rollen sitzenden Drehmomentstellfedern (20), welche die Rollen in Richtung auf einen verengten Raum zwischen den Schrägflächen und der zylindrischen Außenumfangsfläche drücken, und einer zwischen dem Innenring und der Welle sitzenden Schraubenfeder (22), die sich um die Außenumfangsfläche der Welle klemmen kann, deren eines Ende (23, 27) an dem Innenring festgelegt ist und die so angeordnet ist, daß sie sich festzieht, wenn die Welle (13) in einer Richtung entge­ gengesetzt der Richtung rotiert, in welche die Drehmomentstellfedern (20) die Rollen (17) drücken.

2. Drehmomentbegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (22) an einem mittleren Bereich der Innenumfangsfläche des In­ nenringes (12) angeordnet ist, und daß zwei Öl enthaltende Lager (29) an beiden Enden der Innenumfangsfläche des Innenringes sitzen und Axialbewegungen der Schraubenfeder begrenzen.

3. Drehmomentbegrenzeranordnung mit einem rotierenden Bauteil (1), das eine am einen Ende geschlossene Axialbohrung (2) aufweist, in welcher der Drehmoment­ begrenzer nach Anspruch 1 oder 2 sitzt, wobei der Außenring (11) an einer Dre­ hung mit Bezug auf das rotierende Bauteil (1) gehindert ist, sowie mit einem Deckel (3), der in der Axialbohrung (2) angeordnet ist und dessen Innenseite der einen Stirnfläche des Innenringes (12) gegenüberliegt.

4. Drehmomentbegrenzeranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Öl enthaltenden Lager (29) im Bereich des Deckels (3) angeordnet ist und mit seinem einen Ende aus einer Mittelöffnung (5) des Deckels nach außen vorsteht.