DE2724526A1

DE2724526A1 - Reibungskupplung mit kontrolliertem schlupfmoment, insbesondere fuer drehmomentbegrenzungseinrichtungen, schaltkupplungen und bremsdynamometer

Info

Publication number: DE2724526A1
Application number: DE19772724526
Authority: DE
Inventors: Michel Dossier
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1976-06-01
Filing date: 1977-05-31
Publication date: 1977-12-15
Also published as: IT1117547B; JPS5320050A; BE854993A; SE7706326L; FR2353752A1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

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8 MÖNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 «20

MOHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

AGENCE NATIONALE DE VALORISATION DE LA

RECHERCHE (ANVAR),

13, rue Madeleine Michelis

F-92522 Neuilly sur Seine

Frankreich

Reibungskupplung mit kontrolliertem Schlupfmoment, insbesondere für Drehmomentbegrenzungseinrichtungen, Schaltkupplungen und Bremsdynamometer

Die Erfindung betrifft eine Reibungskupplung mit genauem kontrolliertem Schlupfmoment, insbesondere für Drehmomentbegrenzungseinrichtungen, Schaltkupplungen und Bremsdynamometer, und zwar wird bei dieser Reibungskupplung das bekannte Prinzip der Schaltkupplungen mit Konen oder Scheiben zur übertragung eines Drehmoments zwischen zwei Teilen, die sich um die gleiche Achse drehen können, angewandt, welches seinerseits einen vorher eingestellten oder einen gesteuerten begrenzten Wert nicht überschreitet.

In den bekannten Einrichtungen dieser infrage stehenden Art wird das Unterdrucksetzen von Reibungselementen, Konen oder Scheiben, von denen die einen in Rotation mit dem ersten an- -sp- zukuppelnden Teil fest bzw. formschlüssig verbunden sind,

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und von denen die anderen mit dem zweiten Teil in Rotation fest bzw. formschlüssig verbunden sind, durch die direkte Wirkung einer voreingestellten oder gesteuerten Axialkraft erzielt, und der grundsätzliche Nachteil dieser Einrichtungen besteht darin, daß die Drehmomentgrenze des Schlupfes, die durch diese Axialkraft erzeugt wird, direkt von den Reibungskoeffizienten zwischen den Reibungselementen abhängt, und diese Koeffizienten sind, wie man weiß, relativ wesentlichen Veränderungen unterworfen, wodurch sich eine Instabilität und Unregelmäßigkeit der übertragenen Drehmomente ergibt, was einen Mangel an Genauigkeit und Dauerbeständigkeit im Falle von Drehmomentbegrenzungseinrichtungen bedeutet und sich durch Ratter- bzw. Zitterphänomene im Falle von Schaltkupplungen oder Bremsen bemerkbar macht. Ein anderer Nachteil dieser Einrichtungen besteht im Fall von Drehmomentbegrenzungseinrichtungen darin, daß das Schlupfmoment für die beiden Rotationsrichtungen allgemein das gleiche ist, obwohl es im Gegenteil hierzu wünschenswert wäre, daß die Wertgrenzen des Drehmoments je nach dem Drehsinn unterschiedlich sind: Das ist beispielsweise der Fall für einen dynamometrischen Spannbzw. Anziehschlüssel für Muttern oder Gewindebolzen, bei dem es wünschenswert ist, im Drehsinn des Losschraubens ein wesentlich höheres Drehmoment als im Drehsinn des Anziehens anzuwenden, damit ein Lösen der Schrauben bzw. Muttern selbst dann möglich ist, wenn beispielsweise eine Blockierung durch Rost vorliegt.

Es wurde bereits vorgeschlagen, den Antrieb von zwei koaxialen Teilen mit Hilfe einer Hülse durchzuführen, die mit einer Schraube auf der einen der beiden Wellen oder auf dem einen der beiden Teile montiert ist und mit einer Reibungseinrichtung zum Antrieb der anderen Welle zusammenwirkt. Aber diese Einrichtung, war nur der Wirkung einer Druckfeder ausgesetzt. Darüber hinaus bewirkt die Funktion der Anordnung eine Axial-

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bewegung der einen Welle bezüglich der anderen, welche der Kompression der Feder entspricht.

Mit der Erfindung soll eine Reibungskupplung geschaffen werden, die es ermöglicht, in dem einen Drehsinn eine genaue Einstellung der Drehmomentgrenze des Schlupfes durchzuführen, und zwar trotz unvermeidbarer Veränderungen der Reibungskoeffizienten; und weiterhin soll es diese Reibungskupplung gestatten, im anderen Drehsinn jeden Schlupf auszuschalten oder wenigstens einen viel höheren Wert der Drehmomentgrenze des Schlupfes zu erreichen. Mit der Erfindung soll eine axiale Relatiwerschiebung der beiden in Betracht stehenden Wellen vermieden werden, diese sollen vielmehr immer in Anschlag bzw. Anlage bleiben.

Zum Erfüllen dieser Forderung und zum Ausschalten der vorerwähnten Nachteile der vorhandenen Reibungskupplungen wird mit der Erfindung grundsätzlich ein Mechanismus der infrage stehenden Art in der Weise angeordnet bzw. aufgebaut, daß das eine der beiden aneinander anzukuppelnden Teile zwei Abstützungsoberflachen besitzt, und zwar eine Oberfläche, die mit einer oder mehreren spiralförmigen Steigungen versehen ist, welche beispielsweise durch Schraubengewinde gebildet sein können, sowie eine Drehoberfläche, die einen Axialanschlag bildet; diese beiden Oberflächen haben als Achse die gemeinsame Drehachse, während das zweite Teil in Anlage bzw. Abstützung an diesem Axialanschlag gehalten wird, und zwar durch eine Hülse, in die spiralförmige Steigungen geschnitten sind, die ihrerseits mit den spiralförmigen Steigungen des ersten Teils zusammenwirken; diese Hülse stützt sich auf dem erwähnten zweiten Teil über eine Reibungsoberfläche ab, die ebenfalls in Drehung um die gemeinsame Achse ist, wobei der Axialdruck dieser Abstützungen durch ein Betätigungsdrehmoment erzeugt wird, das zwischen dem erwähnten ersten Teil und der Hülse durch eine voreingestellte Torsionsfeder oder durch

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AQ

irgendeine andere mechanische, elektromagnetische, hydraulische, pneumatische, etc. Einrichtung ausgeübt wird, welche in der Lage ist, ein solches Drehmoment zu erzeugen und es in gewünschter Weise in seiner Stärke zu verändern, und zwar in der Art und Weise, daß dann, wenn das erste Teil beispielsweise das zweite Teil durch die Reibung der Hülse zu einer Drehbewegung antreiben soll, die im Sinne des auf die Hülse ausgeübten Betätigungsdrehmoments ist, eine Regulierung der Drehmomentgrenze der übertragung stattfindet, wobei die Resultierende aus den Reibungsdrehmomenten, denen die Hülse unterworfen ist, im Gleichgewicht mit dem Betätigungsdrehmoment steht, das auf die Hülse ausgeübt wird, während sich im anderen Antriebssinn diese Drehmomente addieren, so daß sie einen viel höheren Axialdruck der Reibungsoberflächen erzeugen und infolge dessen den Grenzwert des Schlupfmoments auf ein Niveau bringen, das ebenfalls viel höher ist oder sogar die Möglichkeit jedes Schlupfes unterdrückt.

Bei der Verwirklichung der Erfindung, wie sie nachstehend näher an Beispielen erläutert wird, ist es vorteilhaft, verschiedene andere Anordnungen vorzusehen, von denen verschiedene Ausführungsformen später erläutert werden, insbesondere die folgenden; bestimmte dieser Anordnung können, wie es vorliegend der Fall ist, für sich verwendet werden.

Gemäß einer dieser Anordnungen ist eine Einrichtung vorgesehen, die dazu geeignet ist, der Drehmomentgrenze des Schlupfes der Hülse auf dem zweiten anzukuppelnden Teil einen Wert zu geben, der so hoch wie möglich ist, so daß ein gegebener Axialdruck erzeugt wird. Diese Einrichtung umfaßt beispielsweise neben anderen möglichen Realisierungen die Auswahl eines Radius, der für die aktiven Auflageflächen der Oberfläche der Reibung ausreicht; die Wahl einer konischen Form für diese Oberfläche

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der Reibung; die Anwendung von Belägen mit hohem Reibungskoeffizienten; die Vervielfachung dieser Oberfläche zwischen zwei Sätzen von aufeinandergelegten Scheiben, die formschlüssig bzw. fest in der Rotation miteinander verbunden sind, und zwar so, daß abwechselnd die einen Scheiben mit der Hülse und die anderen mit dem zweiten Teil verbunden sind, das zu diesem Zweck mit longitudinalen bzw. in Längsrichtung verlaufenden Rillen versehen ist, in denen diese Scheiben axial durch Laschen bzw. Lappen, Klauen o. dgl. gleiten können, die zu diesem Zweck vorgesehen sind, wobei diese Stapelung der Scheiben zwischen dem axialen Anschlag des ersten Teils und einem axialen Anschlag, der auf bzw. an der Hülse vorgesehen oder in sonstiger Weise ausgebildet ist, enthalten sein und zusammengedrückt werden können.

Umgekehrt kann man eine geeignete Einrichtung vorsehen, mit der es möglich ist, den Reibungen auf den Abstützungsoberflachen des ersten Teils so geringe Werte wie möglich zu geben, d.h. einerseits dem axialen Anschlag, der beispielsweise neben anderen möglichen Realisierungen einen Antireibungsbelag oder einen Antireibungsüberzug bekommen kann, oder der als Doppeldruckkugellager oder als Doppeldrucknadellager etc. ausgebildet sein kann, und andererseits den spiralförmigen Steigungen, die in ähnlicher Weise mit einem Antireibungsbelag versehen sein können, oder die als Schraube mit einer Rollbewegung auf Kugeln, mit Rollen, mit Ausgleichkegelschrauben etc. aufgebaut sein können, also in jeder bekannten Art und Weise, durch die die Reibung der beiden Teile, die mittels der spiralförmigen Steigungen relativ zueinander geführt sind, so niedrig wie möglich gehalten wird.

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-Js-

Gemäß einer anderen Anordnung ist vorgesehen, daß in den infrage stehenden Kupplungen die spiralförmigen Steigungen eine Ganghöhe haben, die so gering wie möglich ist, so daß ein gegebenes Betätigungsdrehmoment einem Wert des erzeugten Axialdruckes entspricht, der so hoch wie möglich ist, wobei diese Steigung trotzdem groß genug sein muß, daß jeder Effekt einer Verklemmung vermieden wird, der sich einer Lösung bzw. Entkleramung der Hülse und des zweiten Teils von ihren jeweiligen Anlagen auf den Steigungen und auf dem axialen Anschlag des ersten Teils entgegenstellt.

Nach einer anderen Anordnung ist in den Kupplungen der infragestehenden Art, die wenigstens einen axialen Anschlag aufweisen, dieser Anschlag auf dem ersten Teil durch ein Kugelgelenk abgestützt, damit der Axialdruck der Verklemmung gleichmäßig auf die Reibungsoberflächen ungeachtet irgendwelcher evtl. Fehler in der Parallelität verteilt wird.

Gemäß der Erfindung sind insbesondere bestimmte Anwendungsarten wie auch bestimmte Ausführungsarten der oben erläuterten Anordnungen vorgesehen; und die Erfindung wird insbesondere für die verschiedensten neuen industriellen Produkte angewandt, bei denen die infrage stehenden Mechanismen und die oben erwähnten Anordnungen Anwendung finden können; die Erfindung kann bei den geeigneten Spezialelementen mit deren Anlagen, Anordnungen und Maschinen, die derartige Mechanismen aufweisen, angewandt werden.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 9 der Zeichnung anhand einiger Anwendungs- und Ausführungsbeispiele von Kupplungen gemäß der Erfindung näher erläutert, wie beispielsweise Drehmomentbegrenzungseinrichtungen mit einstellbarer Torsionsfeder, einer dynamometrischen Bremse und einem dynamometrischen Schlüssel; es zeigen:

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"ti

Fig. 1 schematisch einen Axialschnitt durch eine Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach der Erfindung mit einer Schraube mit Kugeln und einem Doppeldruckkugellager ;

Fig. 2 einen Aufbau der gleichen Art, jedoch in abgewandelter Ausführungsform;

Fig. 3 schematisch einen Axialschnitt durch eine dynamometrische Bremse mit einer konischen Reibungsoberfläche, wobei das Betätigungsdrehmoment durch
Verschiebung eines Gewichtes längs einer horizontalen Stange eingestellt werden kann;

Fig. 4 und 4a einen Axialschnitt bzw. einen Querschnitt durch eine Drehmomentbegrenzungseinrichtung, in der das Betätigungsdrehmoment durch eine Spiralfeder erezeugt wird, und zwar mit zwei Varianten für die Einstellung der Spannung dieser Spiralfeder auf einen voreingestellten Wert;

Fig. 5 und 5a einen Axialschnitt bzw. einen Querschnitt einer Drehmomentbegrenzungseinrichtung nach der Erfindung mit Reibungsscheiben;

Fig. 6 eine Drehmomentbegrenzungseinrichtung mit einer Vielzahl von Scheiben, durch die zwei Wellen
Ende-an-Ende aneinander angekuppelt sind, wobei in die eine Welle Rillen bzw. Längsnuten eingeschnitten sind, während in die andere Welle
spiralförmige Neigungen eingeschnitten sind, und wobei die Hülse, welche diese Wellen vereinigt, einem Betätigungsdrehmoment einer Spiralfeder

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ausgesetzt ist, die unter Torsion gehalten wird, und wobei schließlich der axiale Anschlag sphärisch ist;

Fig. 7 einen Axialschnitt durch eine Drehmomentbegrenzungseinrichtung mit Scheiben und mit einem axialen elastischen Anschlag; und

Fig. 8 und 9 einen Axialschnitt bzw. eine Axialansicht eines dynamometrischen Schlüssels gemäß der Erfindung.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist eine Kupplung mit Begrenzung des Moments zwischen einer Nabe M, welche das erste oben im einzelnen aufgeführte Teil bildet, und einem anderen antreibenden oder angetriebenen Organ, wie beispielsweise einem Zahnrad P, welches das zweite Teil bildet, untergebracht.

Auf der Nabe M sind spiralförmige Steigungen oder Nuten H einge schnitten, auf denen sich über Kugeln eine Hülse F abstützt, in die reziprokte Steigungen eingeschnitten sind. Diese Steigungen, die einen mittleren Radius r haben, bilden einen mit einer Ebene, die senkrecht zur gemeinsamen Achse A-A verläuft.

Eine Torsionsfeder R übt auf die Hülse F eine Betätigurgskraft c aus, die das Bestreben hat, diese Hülse F auf die Nabe M "aufzuschrauben" und infolgedessen das Zahnrad P gegen ein Doppeldruckkugellager B, das fest bzw. formschlüssig mit der Nabe M verbunden ist. Die Abstützung der Hülse F auf dem Zahnrad P erfolgt über einen Reibungsbelag G, der einen mittleren Radius q hat und einen Reibungskoeffizienten X besitzt.

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Die Torsionsfeder R ist mit ihren beiden Enden eingespannt, und zwar einerseits bei E in einem Anschlag der Hülse F, und andererseits bei D in einem Ring V, der mittels einer Mutter N auf der Nabe M aufgrund eines konischen Einsteckendes K arretiert ist, diese Art der Befestigung ermöglicht die Voreinstellung· des Betätigungsmoments c.

Eine Momentbeschränkungseinrichtung, die in dieser Weise aufgebaut ist, veranschaulicht das Prinzip der Erfindung in einfacher Weise.

Betrachtet man zunächst den Fall, in dem sich das Zahnrad P bezüglich der Nabe M im entgegengesetzten Sinn zu dem Betätigung sdrehmoment c dreht, das durch die Torsionsfeder R auf die Hülse F ausgeübt wird, dann muß es den Reibungswiderstand des Belags G überwinden, der auf das Zahnrad ein Schlupfmoment g ausübt. Die Hülse ist ihrerseits umgekehrt dem gleichen Moment g im entgegengesetzten Sinn ausgesetzt, das vom Betätigungsdrehmoment c abzuziehen ist, wenn man das resultierende Drehmoment c - g bestimmen will, welches das Betreben hat, die Hülse F auf die Nabe M aufzuschrauben und über die mit Kugeln versehene Schraube eine axiale Einspannung bzw. Verklemmung a zu erzeugen, welche der folgenden Gleichung gehorcht :

1) c-g = a. r. tg Oi..

Diese Einspannung bzw. Verklemmung ist es, die das Schlupfmoment bestimmt:

2) g = a. q. tg X

aus der sich ergibt, daß das Schlupfmoment g als Funktion des Betätigungsdrehmoments c der folgenden Formel gehorcht:

709850/100«

- ie -

q. tgX
^{g = C}*

r.tgO< + q.tgX »

Diese Formel zeigt, daß dann, wenn q . tgX groß in Bezug auf r.tgO^ ist, das Schlupfmoment g kleiner als das Betätigungsdrehmoment c aber fast gleich diesem ist, und daß sein Wert nur wenig von evtl. Änderungen des Reibungskoeffizienten X beeinflußt wird. Man wird infolgedessen eine Kupplung dieser Art so aufbauen, daß man einerseits r undOC Werte gibt, die so klein wie möglich sind, während man andererseits q und X Werte gibt, die so groß wie möglich sind.

Es sei jetzt schon darauf hingewiesen, daß die eine Art und Weise zum Erhöhen der Reibung, die an der Stelle der Beläge G erzeugt wird, durch einen Axialdruck a darain besteht, diese Beläge auf konischen Oberflächen mit dem Halbwinkel/u an der Spitze anzuordnen, wie in den Figuren 3 und 4 angedeutet ist, so daß der tangentiale Reibungskoeffizient durch sin β geteilt wird. Eine andere Art zum Erhöhen der Reibung besteht, wie die Fig. 2 und die Figuren 5 bis 8 veranschaulichen, darin, die Reibungsoberflächen durch zwei Reihen von aufeinandergelegten Scheiben zu vervielfachen, wobei diese Scheiben abwechselnd fest bzw. formschlüssig mit der Hülse oder dem zweiten Teil verbunden sind.

Diese Maßnahmen sind so wirksam bzw. erfolgreich, weil sie es ermöglichen, die Kugeln oder Rollkörper im Bereich der spiralförmigen Steigungen und an der Stelle des axialen Anschlags wegzulassen.

Wenn man jetzt den anderen Rotationssinn betrachtet, d.h. den Fall, bei dem das Zahnrad P das Betreben hat, sich im gleichen Sinn zu drehen, wie ihn das Betätigungsdrehmoment hat, das auf die Hülse F ausgeübt wird, dann addieren sich das Reibungs-

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- IA -

moment g und das Betätigungsdrehmoment c im Sinne der Verklemmung bzw. Einspannung der Hülse, und das Reibungsmoment nimmt den folgenden Wert an:

q.tgX

4) g' = c.

- q-tgx

Diese Formel zeigt, daß das Moment g· viel größer als das Moment g ist und daß es zur gleichen Blockierung kommt, wenn q.tgX viel größer als r.tgO( ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß man, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, um diese Blockierung zu vermeiden, eine Begrenzung der axialen Verklemmung vorsehen kann, und zwar durch die Kombination eines Anschlags, der den Laufweg der Hülse im Sinne der Verklemmung bzw. Einspannung begrenzt, mit einer Einrichtung, welche das elastische Zurückspringen des axialen Anschlags ermöglicht.

Es seien nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 9 eine Anzahl von Anwendungs- und Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben, in denen die obigen Konzeptionen verwirklicht sind.

In der Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, deren Funktionsweise die gleiche geblieben ist.

Zwei Wellen M und P, die koaxial sind und sich an ihren entsprechenden Enden gegenseitig durchdringen, sind gegeneinander durch ein Doppeldruckkugellager B abgestützt. Eine Hülse F ist mit einer Schraube H (spiralförmige Nuten und Kugeln) auf der Welle M montiert und einem Drehmoment unterworfen, das das Bestreben hat, die Hülse aufzuschrauben und so eine Reibung in der aus- und einrückbaren Kupplung zu erzeugen, und zwar mittels Scheiben G, welche die Hülse mit einem

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Element P₁ der Welle P verbinden. Dieses Drehmoment, daa konstant einwirkt, wird mittels einer Torsionsfeder R erzielt, die spiralförmig zwischen die Hülse F und die Welle P eingefügt ist.

Man erhält die gleichen Resultate wie oben, und es sei darauf hingewiesen, daß sich keine relative Axialverschiebung zwischen den Wellen P und M ergibt, die bei B im Anschlag miteinander bleiben.

Gemäß dem Anwendungsbeispiel der Fig. 3 ist ein Bremsdynamometer nach der Erfindung verwirklicht worden, in dem das Betätigungsdrehmoment c durch eine Masse W (welche die obige Feder R ersetzt) erzeugt wird, und zwar kann sich diese Masse längs einer mit Teilungen bzw. einer Skala versehenen Horizontalstange T verschieben, die ihrerseits quer zur Hülse F verläuft; diese Anordnung ermöglicht die Einstellung des erwähnten Drehmoments. Die Nabe M ist in diesem Falle ortsfest in einen Sockel S eingesteckt und mit diesem verkeilt. Die Reibungsoberfläche G ist konisch, der Halbwinkel an der Spitze beträgtyö' mit den Belägen, welche den Reibungskoeffizienten X haben. Die Drehmomentgrenze des Schlupfes wird daher, wenn die Hülse P das Bestreben hat, sich im entgegengesetzten Sinn zu dem Sinn des Drehmoments zu drehen, welches durch die Gewichte der Masse W ausgeübt wird, durch die folgende Gleichung wiedergegeben:

q = c

q. tgX
sinß

sinyQ

Ein solches Bremsdynamometer kann ebenfalls mit einer Stapelung von Reibungsscheiben eher als mit einer konischen Reibungsoberfläche verwirklicht werden.

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k5
/θ

Die Fig. 4 veranschaulicht den Anwendungsfall einer Kupplung, die das Drehmoment zwischen zwei Teilen begrenzt, welche ihrerseits von einer Hülse P und einer Nabe M gebildet werden, und zwar ohne daß Kugeln oder andere Rollelemente im Bereich des axialen Anschlags sowie im Bereich der spiralförmigen Steigungen eingefügt sind. Das Betätigungsdrehmoment wird von einer Feder R in spiralförmigem Streifen erzeugt, die in Fig. 4a, welche einen Schnitt nach der Linie a-a darstellt, besonders gut ersichtlich ist.

Die Feder ist an ihren Enden eingespannt, nämlich einerseits in der Hülse F und andererseits in einem Einstellring V, der fest bzw. formschlüssig mit der Nabe verbunden sein kann, und zwar beispielsweise mittels eines Stifts Y oder mittels einer Zähnung Z, die durch eine Mutter N mit Druck beaufschlagt wird, ähnlich wie in Fig. 1, wobei es jede dieser Einrichtungen ermöglicht, die Spiralfeder auf ein vorbestimmtes Drehmoment einzustellen.

Die Fig. 5 und 5a veranschaulichen einen anderen Anwendungsfall mit einer Begrenzung des Drehmoments gemäß der Erfindung, und mit einer Stapelung von Reibungsscheiben sowie ohne RoIl-Zwischenelemente im Bereich der spiralförmigen Steigung und im Bereich des axialen Anschlags B. Indem die Bemerkungen zur Figur 1 wieder aufgenommen werden, sei darauf hingewiesen, daß der Radius r der spiralförmigen Steigungen hier 12 mm ist (als Beispiel angegeben) und daß ihr Reibungskoeffizient tg γ* beispielsweise in der Größenordnung von 0,15 liegt sowie ihre Neigung0< z.B. einen Wert in der Größenordnung von 15° hat. Andererseits stützen sich die Reibungsscheiben G gegeneinander gemäß einem mittleren Radius von q = 20 mm (als Beispielswert) ab, mit einem Reibungskoeffizienten (tgX), der hat beispielsweise die Größenordnung von 0,30. Die Zahl der Reibungsoberflächen η beträgt hier n« 11, und die Oberfläche

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des axialen Anschlags hat den Radius p, der im vorliegenden Fall gleich dem Radius q ist, und weiterhin liegt der Reibungskoeffizient tgψ beispielsweise in der Größenordnung von 0,15. Die Gleichung 3 erhält dann folgende Form:

p.tg(0+ n.q.tgX
6) g» = c

r.tg (<K +ψ) + n.q.tgX

Durch eine numerische Berechnung ist es möglich, die geringe Empfindlichkeit der Drehmomentgrenze des Schlupfes gegenüber Veränderungen der Reibungskoeffizienten klarzumachen, und diese Eigenschaft ist einer der Hauptvorteile der Erfindung. Zunächst sei davon ausgegangen, daß die Werte der Parameter genau gleich den obigen Werten sind, so daß man einen ersten Wert von g" erhält:

₇n „ _ 20 χ 0,15 +11 x 20 χ 0,30 = 0,968.c '' ^g 1 " * 12 x 0,44 + 11 χ 20 χ 0,30

Danach sei angenommen, daß die Reibungskoeffizienten um 10 % variieren, so daß tg^von 0,15 ausgehend zu 0,165 wird, tgX ändert sich von 0,30 auf 0,33» tg^nimmt, ausgehend von 0,15 den Wert 0,135 an, so daß man einen zweiten Wert von g" erhält:

8) ff» - c 20 χ 0,165 + 11 x 20 χ 0,33 _ η 978 c ^OJ 6 2 " ^c· 12 χ 0,42 + 11 χ 20 χ 0,33 ~ ^u»^y'^ö'^c

Man erkennt, daß sich beim gleichen Betätigungsdrehmoment c die Drehmomentgrenze des Schlupfes nicht um mehr als 1 % verändert, während sich die Reibungskoeffizienten um 10 % verändern .

Es ist klar, daß dieses Ergebnis noch verbessert werden kann, wenn man Rollelemente im Bereich des axialen Anschlags und der spiralförmigen Steigungen verwendet; diese Anordnung hat

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die Wirkung, daß die Reibungskoeffizienten tg^ und tg^ praktisch annulliert werden. Mit den gleichen numerischen Werten wird die Gleichung 7 dann zu:

α) „ι· _ _c 11 x 20 χ 0,33 - 0 953 c

^' S₁-C- 12 χ 0,27 + 11 x 20 χ 0,30 ~ ^u»^y:?:)-^c

und die Gleichung 8 wird zu:

10) σ» = 11 x 20 χ 0,33 = 0 957 c

' ^s 2 12 χ 0,27 + 11 χ 20 χ 0,33 ^u»??' -°

Dieses Mal ändert sich die Drehmomentgrenze des Schlupfes um nur 4 %o.

Man kann weiterhin den Winkel 0( herabsetzen, das bedeutet, daß man eine geringere Ganghöhe der Schraube nimmt, beispielsweise kann man den Wert (X = 5 nehmen 9 und 10 die folgenden Werte annehmen:

11) ε» = H ^x 1° ^x °'³⁰ = 0 9843

^{y e} 1 12 χ 0087 + 11 χ 20 χ 030 ^,?σ^

weise kann man den Wert (X = 5 nehmen, so daß die Gleichungen

11	χ	20	χ 0,	30	χ 20	χ 0,	30
\Ί	χ	υ,	087 +	11
11	χ	20	χ 0,	33

₁₂) _ffit - 11 x 20 χ 0,33

'*' ^g 2 ~ 12 χ 0,087 + 11 x 20 χ 0,33

und die Veränderung des Schlupfmoments beträgt nicht mehr als 1,4 %o trotz einer Veränderung des Reibungskoeffizienten um 10 %.

Man kann schließlich diese Stabilität des übertragenen Drehmoments noch weiter verbessern, indem man den Radius q erhöht, den Radius r vermindert und die Anzahl η der Scheiben vermehrt bzw. vervielfacht, aber die vorstehenden Berechnungen veranschaulichen die eine der wesentlichen Eigenschaften der Kupplungen gemäß der Erfindung in genügendem Umfang, welche

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Eigenschaft darin besteht, daß ein Drehmoment übertragen, wird, dessen Veränderungen so genau, wie man will, den Veränderungen eines Betätigungsdrehmoments folgen, und zwar trotz evtl. Veränderungen der Reibungskoeffizienten; daraus ergibt sich die Möglichkeit, aufgrund dieses Prinzips nicht nur Drehmomentbegrenzungseinrichtungen oder genaue Bremsdynamometer zu bauen, sondern auch Bremsen und Kupplungen zum Ein- und Ausdrucken, die frei von Rattern sind.

Bezüglich der Schaltkupplungen ist zu sagen, daß sich das erfindungsgemäße Prinzip insbesondere gut bei Schaltkupplungen anwenden läßt, die elektromagnetisch betätigt werden, und diese Betätigung kann so angeordnet bzw. ausgebildet werden, daß ein variables Moment bzw. Drehmoment anstatt einer Axialkraft, wie das in den konventionellen Schaltkupplungen der Fall ist, ausgeübt wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß das variable Moment bzw. Drehmoment auch durch mechanische, hydraulische oder pneumatische Betätigungseinrichtungen erzeugt werden kann.

Die Fig. 6 veranschaulicht eine Anwendung einer Reibungskupplung gemäß der Erfindung, bei der zwei aneinander angekuppelte Wellen P und M Ende-an-Ende angeordnet sind, wobei in die eine dieser Wellen spiralförmige Steigungen eingeschnitten sind, während in die andere Rillen bzw. Längsnuten eingeschnitten sind; die Hülse F umgibt diese Wellen und arbeitet mit einer von ihnen durch reziproke Steigungen und eine Spiralfeder R mit einstellbarer Torsion zusammen, während sie mit der anderen Welle durch einen Stapel von Reibungsscheiben G, die zwischen einen axialen Anschlag B₁, der mit der ersten Welle fest bzw. formschlüssig verbunden ist, und einen axialen Anschlag B, der mit der Hülse fest bzw. formschlüssig verbunden ist, gedrückt sind, wobei diese Anschläge B mittels eines Kugelgelenks

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ο montiert sind, damit evtl. Abweichungen der Parallelität kompensiert werden und sichergestellt wird, daß die Scheiben voll gegeneinander anliegen.

Die Fig. 7 zeigt einen Axialschnitt durch eine Drehmomentbegrenzungseinrichtung mit Scheiben und mit einem elastischen axialen Anschlag B.

Dieser Anschlag B ist angebaut bzw. angelehnt an einen Stapel von elastischen Unterlegscheiben C, die um einen eingestellten Betrag vorkomprimiert sind, und zwar in der Art, daß dann, wenn die Nabe das Bestreben hat, daß Teil P im Sinne einer Vergrößerung der axialen Einspannung bzw. Verklemmung der Scheiben anzutreiben, oberhalb eines vorbestimmten Drehmoments ein Ausweichen dieser elastischen Unterlegscheiben erfolgt, bis die Hülse gegen einen Anschlag K zur Arrettierung kommt, der auf der Nabe ausgebildet ist, ab wann der Axialdruck aufhört zuzunehmen und man eine Drehmomentbegrenzungseinrichtung der klassischen Art hat, während man im anderen Sinn eine Präzisions-Drehmomentbegrenzungseinrichtung hat, die gemäß den Prinzipien der Erfindung funktioniert.

Die Fig. 8 und 9 zeigen schemat.isch das Prinzip eines dynamometrischen Schlüssels gemäß der Erfindung. Die Nabe M ist fest bzw. formschlüssig mit dem Stiel Z verbunden, während das Teil P einen Vierkant Q zum Antreiben von Buchsen oder anderen Teilen trägt. Das "Betätigungsdrehmoment", das auf die Hülse F ausgeübt wird, wird durch die Auslenkung einer Blattfeder L erzeugt, die mittels einer Schraube I, J einstellbar ist, welche ihrerseits von dem Stiel getragen wird.

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Claims

Patentansprüche

[ 1.JReibungskupplung mit kontrolliertem Schlupfmoment, insbe- ^— sondere für Drehmomentbegrenzungseinrichtungen, Schaltkupplungen und Bremsdynamometer, mit zwei koaxialen Teilen, die durch eine Reibungseinrichtung verbunden sind, deren Reibung durch axiale Verschiebung einer Hülse beeinflußbar ist, die ihrerseits mit einer der Stirnflächen bzw. mit einem der Teile durch spiralförmige Steigungen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hülse (F) und dem einen der Teile (M, P) eine Einrichtung (R, T, L) vorgesehen ist, die ein Betätigungsdrehmoment auf die Hülse ausübt.
2. Reibungskupplung, insbesondere nach Anspruch 1, mit kontrolliertem Schlupfmoment, insbesondere für Drehmomentbegrenzungseinrichtungen, Schaltkupplungen und Bremsdynamometer, mit zwei koaxialen Teilen, die durch eine Reibungseinrichtung miteinander verbunden sind, deren Reibung durch die koaxiale Verschiebung einer Hülse beeinflußbar ist, die ihrerseits mit einer dieser Stirnflächen bzw. mit einem dieser Teile durch spiralförmige Steigungen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Teile (M, P) beständig mittels eines Anschlags (B) aufeinander abstützen, der zwischen den Drehoberflächen, die jeweils mit diesen Teilen formschlüssig bzw. fest verbunden sind, eingefügt ist, und daß die Hülse (F), die axial verschiebbar ist und sich gegen die Reibungseinrichtung (G) abstützt, der Wirkung derjenigen Einrichtung (R, T, L) unterworfen ist, die ein Betätigungsdrehmoment erzeugt, insbesondere einer Torsionsfeder, die zwischen die Hülse (F) und das eine der Teile (M, P) eingefügt ist, wobei die

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ORIGINAL NSPECTEO

Anordnung so ausgebildet ist, daß die Reibung unter (Jem Einfluß des Betätigungsdrehmoments und/oder des Motordrehmoments, das auf eines der beiden Teile angewandt wird, veränderlich wirksam sein kann, ohne daß daraus eine relative Axialverschiebung dieser Teile resultiert (Fig. 1 und 2).
3. Reibungskupplung nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die ein Betätigungsdrehmoment erzeugt, insbesondere im Fall, dass das eine der beiden Teile, zwischen denen ein Drehmoment angewandt wird, ortsfest ist, beispielsweise von einer Stange (T) gebildet wird, die ein einstellbares Gewicht (W) trägt oder ein Gewicht (W) dessen Position einstellbar ist, und die mit der Hülse F, welche auf dem ortsfesten Teil (M) angebracht ist, fest bzw. formschlüssig verbunden ist (Fig. 3).
U. Reibungskupplung nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, welche ein Betätigungsdrehmoment erzeugt, von einer Blattfeder (L) gebildet wird bzw. eine solche Blattfeder umfaßt, die quer zur Hülse (F) ist und deren Ende sich auf einem einstellbaren Organ (I, J) abstützt, das fest bzw. formschlüssig mit dem einen der beiden Teile (M, P) der Kupplung verbunden ist (Fig. 8 und 9).
5. Reibungskupplung nach Anspruch 1 oder 1 und 2, insbesondere vom elektromagnetischen Typ, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die ein Betätigungsdrehmoment erzeugt, eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung aufweist.

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6. Reibungskupplung nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung, die ein Betätigungsdrehmoment erzeugt, eine mechanische, hydraulische oder pneumatische Betätigungseinrichtung aufweist.
7. Reibungskupplung nach Anspruch 1 oder 1 und 2, d a d ur c h gekennzeichnet, daß die beiden Teile (M, P), insbesondere eine treibende und eine getriebene Welle, sich mittels eines Doppeldruckkugellagers (B) oder eines anderen Anschlags oder einer anderen Einrichtung gegeneinander abstützen, das bzw. der bzw. die sich zwischen den Querabstützungsoberflächen auf der Achse befindet, während das Betätigungsdrehmoment durch eine Torsionsfeder (R) erzeugt wird, die zwischen die Hülse (F) und ein Element (V) des Teils (M) oder der Welle, welche bzw. welche diese Hülse trägt, eingefügt ist, wobei die Axialverschiebung der Hülse durch eine entsprechende Deformation der Torsionsfeder kompensiert wird, ohne daß die beiden Teile einer relativen Axialverschiebung unterworfen werden.
8. Reibungskupplung nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibung zwischen der Hülse (F) und dem zweiten Teil (P) mittels wenigstens eines konischen Belags (G) erzeugt wird (Fig. 3 und 4).
9. Reibungskupplung nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie spiralförmige Steigungen (H) aufweist, die einen Weg haben, der so gering wie möglich ist, damit ein gegebenes Betätigungsdrehmoment einem erzeugten Axialdruckwert entspricht, der so hoch wie möglich ist, wobei dieser Weg trotzdem groß genug ist, daß jeder Effekt einer Klemmung bzw. Verkeilung vermieden wird,die der Entklemmung der Hülse ( F) und des zweiten Teils (P) von

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ihren jeweiligen Abstützungen auf den Steigungen und dem axialen Anschlag (B) des ersten Teils (M) entgegen wirkt.
10. Reibungskupplung nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Anschlag (B) auf dem zweiten Teil (M) mittels eines Kugelgelenks (0) angeordnet ist, so daß der axiale Verklemmungsdruck gleichförmig auf die Reibungsflächen aufgeteilt wird, unabhängig davon, ob ein evtl. Fehler in der Parallelität vorliegt (Fig. 6).
11. Reibungskupplung nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Anschlag (B) zwischen den beiden Teilen (M, P), die aneinander angekuppelt werden, oberhalb eines bestimmten Axialdrucks elastisch zurückspringen kann, wobei der Lauf der Hülse (F) bezüglich des ersten Teils im Sinn der Verklemmung sonst durch einen geeigneten Anschlag (K) beschränkt wird, insbesondere mit elastischen Unterlegscheiben (C); so daß es diese Einrichtung ermöglicht, das Schlupfmoment auf einen voreingestellten Wert zu begrenzen, wenn das erste Teil (M) das Bestreben hat, das zweite Teil (P) im entgegengesetzten Sinn zum Betätigungsdrehmoment anzutreiben, das seinerseits auf die Hülse angewandt wird (Fig. 7).
12. Reibungskupplung nach Anspruch 1 oder 1 und 2 sowie insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einen dynanometrischen Schlüssel eingebaut ist, wobei die Einrichtung, die zum Erzeugen des Betätigungsdrehmoments eingefügt ist, von einer Blattfeder (L) gebildet ist, die quer zur Hülse (F) ist und längs des Stiels (Z) verläuft, der fest bzw. formschlüssig mit dem ersten Teil (M) verbunden ist, wobei sich das Ende der Blattfeder auf einem einstellbaren Anschlag (I, J)

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abstützt, der von dem Stiel getragen wird (Fig. 8 und, 9).
13. Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, für zwei koaxiale Wellen, von denen eine durch die andere angetrieben wird und die mittels einer Buchse miteinander vereinigt sind, welche ihrerseits fest bzw. formschlüssig mit einer der Wellen verbunden ist und mit Reibungsbelägen zusammenwirkt, die zwischen die Buchse und eine Hülse eingefügt sind, welche durch spiralförmige Nuten oder eine ähnliche Anordnung mit einer Nabe verbunden ist, die fest bzw. form schlüssig mit der anderen Welle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Reibungskupplung in eine Drehmomentbegrenzungseinrichtung eingebaut ist, wobei die Beläge (G) mit geeigneten axialen Anschlägen (B) zusammenwirken, und zwar in Kombination mit wenigstens einer Torsionsfeder (R), die um die Achse der Nabe (M) herum verläuft und auf die Hülse (F) einwirkt (Fig. A bis 7).
14. Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ein Bremsdynamometer bzw. eine dynamometrische Bremse eingebaut ist, wobei die Beläge (G) zwischen eine ortsfeste Nabe (M), die die Hülse (F) trägt, mit der sie durch spiralförmige Steigungen (H) verbunden ist, und die Welle (P), auf welche das Drehmoment zur Anwendung gebracht wird, eingefügt ist; wobei die Hülse der Wirkung eines veränderbaren Drehmoments unterworfen ist, das beispielsweise durch ein einstellbares Gewicht (W) oder ein Gewicht (W) mit einstellbarer Position gemäß dem Anspruch 3 erzeugt wird (Fig. 3).

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15. Reibungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie in eine Schaltkupplung eingebaut ist, und zwar zwischen zwei Wellen (M, P) so daß die eine dieser Wellen durch die andere angetrieben wird, wobei eine Buchse vorgesehen ist, die fest bzw. formschlüssig mit einer dieser Wellen verbunden ist, und wobei ferner Reibungsbeläge (G) zwischen die Buchse und eine Hülse (F) eingefügt sind, die mittels spiralförmiger Nuten (H) oder mittels ähnlicher Vorrichtungen mit einer Nabe (M) verbunden ist, welche fest bzw. formschlüssig mit der anderen Welle verbunden ist; wobei die Hülse (F) der Wirkung eines variablen und/oder progressiven Betätigungsdrehmoents ausgesetzt ist, das von einer elektromagnetischen, mechanischen, hydraulischen oder pneumatischen Betätigungseinrichtung herkommt.

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