DE9406199U1

DE9406199U1 - Druckentlastungsvorrichtung

Info

Publication number: DE9406199U1
Application number: DE9406199U
Authority: DE
Original assignee: Renk Tacke GmbH
Current assignee: Renk Tacke GmbH
Priority date: 1994-04-14
Filing date: 1994-04-14
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2004-04-15

Description

Druckentlastungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Druckentlastungsvorrichtung zur Schnell-Entlastung des Schließdrucks einer mit Druckfluid in Kupplungs-Schließstellung gehaltenen Sicherheitskupplung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der DE-PS 29 23 902 ist eine

Druckentlastungsvorrichtung zur Schnellentlastung einer Druckmittelkupplung bekannt, die eine Welle mit einer Nabe verbindet. Solche Kupplungen bestehen im wesentlichen aus einer dünnwandigen Hülse innerhalb der Nabe, die eine sich axial erstreckende Wand einer ringförmigen Kammer bildet, die mit einem Druckmittel beaufschlagt wird, um die Hülse elastisch in radialer Richtung zu deformieren und mit einer Fläche der Welle zu verklemmen. Bei Überlast, d.h. bei Überschreiten des durch die Kupplung übertragbaren Reibmoments kommt es zu Relativverdrehungen zwischen Welle und Nabe, die bei hohen Drehzahlen zu Beschädigungen der Kupplungselemente durch Freßverschleiß oder Abrasionen führen können. Deshalb ist es im Sicherheitsabschaltfall notwendig, die Kupplungsreibverbindung schnell zu lösen, indem die Ringkammer durch Auslaß des Druckfluids entspannt wird.

Gemäß der Erfindung der oben zitierten Schrift kann eine Druckentspannung erreicht werden, indem eine einem Druckmittelauslassungskanal der Ringkammer zugeordnete, als Abscherrohr oder Ventil ausgeführte

Druckentlastungsanordnung vorgesehen ist, die mit der Nabe drehfest verbunden ist, und die durch eine mit der Welle drehende Auslösevorrichtung bei Relativbewegung zwischen Welle und Nabe geöffnet wird. Da die Druckentlastungsanordnung über einen Druckmittelkanal mit der Ringkammer in Verbindung steht, strömt bei Öffnung des Ventils oder der Abscherelemente Druckmittel aus und die Reibverbindung wird gelöst. Zur Wiederherstellung der Betriebsfähigkeit der Druckentlastungsanordnung müssen Welle und Nabe in eine bestimmte Winkellage zueinander ausgerichtet und neue Abscherrohre eingesetzt bzw. die Ventile geschlossen werden.

Dabei ergibt sich als Nachteil, daß das Ausrichten von Welle und Nabe sowie das Einsetzen von neuen Scherelementen einen erheblichen Instandsetzungsaufwand verursachen kann, vor allem wenn die Kupplung von Verkleidungselementen umgeben oder schwer zugänglich ist. Zudem erfordert dieses System eine Bevorratung von relativ kleinen Abscherelementen, die leicht verlegt oder verloren gehen können.

Demgemäß ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Druckentlastungsvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß nach einer im Sicherheitsabschaltfall ausgelösten Druckentlastung eine vollkommen selbsttätige Rücksetzung der Vorrichtung in den betriebsfähigen Zustand erfolgt, ohne daß manuelle Eingriffe erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Der Kern der Erfindung kann wie folgt beschrieben werden:

Eine Relativbewegung zwischen zwei gekuppelten Elementen, wie sie bei Überlast einer Druckmittelkupplung des Standes

der Technik auftritt, versetzt einen gegen eines der gekuppelten Elemente gedrückten Rotationskörper, welcher an einem unteren Teil eines Kolbens drehbar geführt wird, in Drehung. Durch eine kinematische Wirkbeziehung wird diese Drehung in eine Translationsbewegung gewandelt, durch welche ein an einem oberen Ende des Kolbens gebildetes Ventil geöffnet wird, indem durch die Translationsbewegung ein Ventilkörper von einem Ventilsitz abgehoben wird. Dadurch kann Druckfluid aus der unter Druck stehenden Fluidkammer der Druckmittelkupplung ausströmen, wodurch die Reibverbindung zwischen den gekuppelten Elementen größtenteils aufgehoben wird. Da nun am oberen Ende des Kolbens kein Fluiddruck mehr vorhanden ist, drängen Kolben-Federmittel, mit denen sich der Kolben gegen ein mit dem anderen gekuppelten Element verbundenen Gehäuse abstützt, den Kolben mit dem Rotationskörper nach oben von dem dem einen der gekuppelten Elemente weg. Durch Federmittel, die zwischen Kolben und Rotationskörper angebracht sind, wird dieser in seine Ausgangslage zurückgedreht. Nach erneuter Beaufschlagung der Kupplungsfluidkammer mit Druckfluid wird der Ventilkörper gegen den Ventilsitz gepreßt, wodurch das Ventil geschlossen wird. Gleichzeitig wird der Kolben durch den auf seine Oberseite wirkenden Fluiddruck gegen die Wirkung der Kolben-Federmittel in Richtung auf das eine der gekuppelten Elemente gedrängt, wobei der am unteren Ende des Kolbens geführte Rotationskörper wiederum gegen dessen Oberfläche gedrückt wird. Damit befindet sich die Druckentlastungsvorrichtung wieder in der ursprünglichen Auslöseposition.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt :

a) Die Funktionsweise der Druckentlastungsvorrichtung ist wegen der Rotationssymmetrie des Rotationskörpers drehrichtungs- bzw. bewegungsrichtungsunabhängig.

b) Die Funktion der Druckentlastungsvorrichtung ist unabhängig davon, in welcher Stellung die beiden Elemente zueinander gekuppelt werden.

c) Nach einer erfolgten Druckentlastung kehrt die Druckentlastungsvorrichtung gleichzeitig mit einer erneuten Inbetriebnahme der Kupplung durch Druckbelastung selbsttätig in den betriebsfähigen Ausgangszustand zurück und steht für weitere Entlastungen bereit.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar

Fig.l eine schematische Seitenansicht einer Druckmittelkupplung, die in eine Nabe integriert ist und diese mit einer Welle verbindet, und eine Druckentlastungsvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig.2 : eine Vorderansicht entlang der Linie H-II von Figur 1 einer Druckentlastungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Kontaktstellung;

In einer speziellen Anwendung der Druckentlastungsvorrichtung wird sie zur Schnell-Entlastung der Druckmittelkupplung einer Welle 2 und einer Nabe verwendet. Die Kupplung und die Druckentlastungsvorrichtung 1 sind in die Nabe 4 integriert, wie Figur 1 zeigt. Eine Drehmomentübertragung zwischen beiden Elementen kommt durch den Reibschluß zwischen einer Nabeninnenfläche 6 der Nabe und einer Wellenumfangsflache 8 der Welle 2 zustande, wenn

eine ringförmige Fluidkammer 10 mit einem Druckfluid befüllt und expandiert wird, wobei sich eine radial innere Fluidkammerwand 12 in radialer Richtung zur Welle 2 hin elastisch verformt und dadurch eine Klemmung zwischen der Welle 2 und der Nabe 4 entsteht. Ein Gehäuse 14 der Druckentlastungsvorrichtung 1 ist mit der Nabe 4 starr verbunden, wobei eine Mittelachse 16 der Druckentlastungsvorrichtung 1 radial auf der Wellenumfangsflache 8 der Welle 2 steht. Die Druckentlastungsvorrichtung 1 steht durch einen Schlauch oder eine ähnliche Fluidleitung 18 mit der ringförmigen Fluidkammer 10 der Kupplung in Verbindung, wie Fig.l zeigt.

Innerhalb des Gehäuses 14 der Druckentlastungsvorichtung 1 ist entsprechend Fig.2 ein Kolben 20 in Richtung der Mittelachse 16 der Vorrichtung 1 beweglich. An einem unteren Kolbenende ist ein Rotationskörper 22 gegenüber dem Kolben 20 drehbar gelagert. In der gezeigten Ausführungsform von Fig.2 ist der Rotationskörper 22 eine Rolle, in einer anderen Ausführungsform könnte der Rotationskörper 22 auch eine Kugel sein. Die Rolle 22 weist an ihrer Umfangsflache eine Führungsfläche 24 auf und kann gegenüber dem Kolben 20 beliebig verdreht werden. Die Führungsfläche 24 hat einen Verlauf, welcher von einem Kreisbogen um die Rotationsachse 26 der Rolle 22 abweicht. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Führungsfläche eine axial verlaufende konkave Rinne.

Am oberen Teil des Kolbens ist ein Ventil mit einem Ventilsitz 28 gebildet, welcher an der Stirnseite des Kolbens liegt. Ein über die Fluidleitung 18 zwischen der Druckentlastungsvorrichtung 1 und der ringförmigen Fluidkammer 10 kommunizierendes Druckfluid 30 drückt auf die Stirnseite des Kolbens und drängt einen Ventilkörper gegen den Ventilsitz 28, der so ausgebildet ist, daß er die

Lage des Ventilkörpers 32 stabilisiert. Der Ventilkörper 32 ist in der hier gezeigten Ausführungsform eine Schließkugel.

Ein Stößel 34 wird in einer Stößelbohrung 36 des Kolbens 20 geführt, die sich längs der Mittelachse 16 der Vorrichtung 1 erstreckt, wie Figur 2 zeigt. Der Stößel 34 ist in dieser Bohrung 36 relativ zum Kolben 20 in Stößel-Längsrichtung beweglich. Ein erstes Stößelende 38 liegt, wenn die Welle 2 und die Nabe 4 zueinander unverdreht sind, an der Rinnentalflache an. Ein zweites Stößelende 40 liegt an der Schließkugel 32 an. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung könnten die Schließkugel 32 und der Stößel 34 auch zu einer schlegelartigen Einheit verbunden sein.

Ein oberes Bohrungsende 42 der Stößelbohrung 36 mündet in einem unteren Ende eines Druckmittelkanals 44, der sich längs der Mittelachse 16 der Vorrichtung 1 erstreckt und dessen oberes Ende eine im Ventilsitz 28 gebildete Ventilsitz-Öffnung 46 ist, die durch die Schließkugel 32 verschlossen wird. Der Druckmittelkanal 44 besitzt eine seitliche Auslaßöffnung 48, deren Mittelachse, wenn die Rolle 22 an der WeIlenumfangsflache 8 anliegt, mit der Mittelachse einer kreisrunden Gehäuseöffnung 50 fluchtet. Der Stößel 34 erstreckt sich durch den Druckmittelkanal 44 und ragt in die Ventilsitz-Öffnung 46, um an der Schließkugel 32 anzuliegen. Der Radius des Druckmittelkanals 44 ist größer als der des Stößels 34, so daß zwischen der Stößelumfangsflache und der Druckmittelkanalinnenfläche ein Ringkanal 45 gebildet wird.

Zwischen dem Kolben 20 und dem Gehäuse 14 sind Kolben-Federmittel 52, in der gezeigten Ausführungsform eine Tellerfeder, derart angebracht, daß sie den Kolben 20 nach oben, weg von der Welle 2, drängen. Die Steifigkeit der

Tellerfeder 52 ist so bemessen, daß der auf die Stirnseite des Kolbens wirkende Fluiddruck eine Kraft erzeugt, die größer ist als die Kraft der Tellerfeder 52, so daß der Kolben 20 nach unten in Richtung der Welle 2 gedrückt wird, bis die mit dem Kolben 20 geführte Rolle 22 auf die Umfangsflache 8 der Welle 2 unter Druck angepresst wird. Die Druckentlastungsvorrichtung 1 befindet sich dann in der in Figur 2 dargestellten Kontaktstellung.

Verdreht sich im Sicherheitsabschaltfall die Welle 2 gegenüber der Nabe 4 nach rechts oder nach links, wird die Rolle 22 durch den Reibschluß zur Wellenumfangsfläche 8 aus einer Startwinkelposition in eine beliebige Drehlage verdreht. Dadurch wandert das erste Stößelende 38 entlang einer der Seitenwände der Rinne 24 und bewegt sich in der Stößelbohrung 36 translatorisch nach oben, wobei dessen zweites Ende 40 die Schließkugel 32 vom Ventilsitz 28 abhebt. Durch diese kinematische Wirkbeziehung wird die Rotationsbewegung der Rolle 22 in eine Translationsbewegung des Stößels 34 gewandelt.

Nach dem Abheben der Schließkugel 32 vom Ventilsitz 28 strömt Druckfluid durch die Ventilsitz-Öffnung 46 und durch den zwischen Stößelumfangsflache und Druckmittelkanalinnenfläche gebildeten Ringkanal 45 zur Auslaßöffnung 48 im Kolben und von dort durch die Gehäuseöffnung 50 nach außen, so daß die ringförmige Fluidkammer 10 der Sicherheitskupplung entleert und die Reibverbindung zwischen Welle 2 und Nabe 4 größtenteils aufgehoben wird. Da nun kein Gegendruck mehr auf die obere Kolbenstirnseite wirkt, drückt die Tellerfeder 52 den Kolben 20 nach oben und die Rolle 22 hebt von der Wellenumfangsfläche 8 ab. Rückstellfedermittel 54, die zwischen der Rolle 22 und dem Kolben 20 angebracht sind, stellen daraufhin die Rolle 22 wieder in die

Startwinkelposition zurück.

Wird die ringförmige Fluidkammer 10 erneut mit Druckfluid 30 beaufschlagt, um die Reibverbindung zwischen der Welle und der Nabe 4 wiederherzustellen, wird der Kolben 20 gegen die Wirkung der Tellerfeder 52 wieder nach unten gedrückt, so daß die vom Kolben 20 mitgeführte Rolle 22 gegen die Wellenumfangsfläche 8 gepreßt wird. Die Druckentlastungsvorrichtung 1 befindet sich dann wieder in der in Fig.2 dargestellten Kontaktstellung und steht für weitere Schnell-Entlastungen bereit.

Anstelle einer Welle 2 und einer Nabe 4 können aber auch zwei translatorische Bewegungen relativ zueinander ausführende Elemente auf die beschriebene Weise miteinander gekuppelt und die Druckentlastungsanordnung in eines der beiden Elemente integriert werden. Außerdem ist es für die Funktion der Druckentlastungsanordnung unerheblich, mit welchem der beiden Elemente die Druckentlastungsanordnung verbunden ist.

Claims

Schutzansprüche

1. Druckentlastungsvorrichtung (1) zur Schnellentlastung des Schließdrucks einer mit Druckfluid (30) in Kupplungs-Schließstellung gehaltenen Sicherheitskupplung, welche bei Auftreten einer Relativbewegung zwischen einem ersten (4) und einem anderen zweiten gekuppelten Element (2) öffnet;

dadurch gekennzeichnet, daß

1.2 ein Ventil mit einem Ventilsitz (28) und einem dem Druckfluid (30) ausgesetzten und von ihm gegen den Ventilsitz (28) gedrängten Ventilkörper (32) am oberen Teil eines Kolbens (20) gebildet ist.

1.3 ein Druckmittelkanal (44) mit einer im Ventilsitz (28) gebildeten Ventilsitz-Öffnung (46) und einer Auslaßöffnung (48) im Kolben (20) vorhanden ist.

1.4 der Kolben (20) innerhalb eines Gehäuses (14), das mit dem ersten (4) der gekuppelten Elemente (2,4) starr verbunden ist, linear beweglich ist und an dem Gehäuse durch Kolben-Federmittel (52) abgestützt ist.

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1.5 ein Rotationskörper (22) an einem unteren Teil des Kolbens (20) gegenüber diesem drehbar geführt wird und der Rotationskörper durch den Schließdruck der Sicherheitskupplung, der auf den das Ventil bildenden oberen Teil des Kolbens (20) wirkt, auf eine Umfangsfläche (8) des zweiten Elements (2) gegen die Wirkung der Kolben-Federmittel (52) gedrängt wird und sich dadurch in einer Kontaktstellung zum zweiten Element (2) befindet.

1.6 der Rotationskörper (22) in der Kontaktstellung mit der Oberfläche (8) des zweiten Elements (2) derart in Eingriff ist, daß er von diesem zweiten Element (2) ausgehend von einer Startwinkelposition gedreht wird, wenn sich dieses zweite Element (2) relativ zum ersten Element (4) verdreht.

1.7 eine kinematische Wirkbeziehung zwischen dem Rotationskörper (22) und dem Ventilkörper (32) derart besteht, daß durch eine Verdrehung des Rotationskörpers (22) der Ventilkörper (32) translatorisch vom Ventilsitz (28) abgehoben wird und das Druckfluid (30) aus der Sicherheitskupplung durch die Ventilsitz-Öffnung (46) über den Druckmittelkanal (44) durch die Auslaßöffnung (48) aus einer Gehäuseöffnung (50) ausströmen kann.

1.8 die Kolben-Federmittel (52) eine solche Federkraft haben, daß der Kolben (20) nach dem Ausströmen des Druckfluids (30) aus der Sicherheitskupplung durch die Kolben-Federmittel (52) in eine Stellung gedrängt wird, in der der Rotationskörper (22) von der Umfangsflache (8) des zweiten Elements (2)

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abgehoben ist.

1.9 Ruckste11-Federmittel (54) zwischen dem Rotationskörper (22) und dem Kolben (20) derart vorgesehen sind, daß sie nach dem Abheben des Rotationskörpers (22) von der Oberfläche (8) des zweiten Elements (2) den Rotationskörper (22) in die Start-Winkelposition zurückdrängen.

1.10 die Federkraft der Kolben-Federmittel (52) derart bemesssen ist, daß bei erneuter Beaufschlagung der Sicherheitskupplung mit Druckfluid (39) der Ventilkörper (32) gegen den Ventilsitz (28) gedrückt wird und die Ventilsitz-Öffnung (46) verschließt und der Kolben (20) gegen die Wirkung der Kolben-Federmittel (52) in Richtung des zweiten Elements (2) gedrängt wird, wodurch der Rotationskörper (22) wieder gegen die Oberfläche (8) des zweiten Elements (2) gedrückt wird und die Druckentlastungsvorrichtung (1) für weitere Schnell-Entlastungen bereitsteht.

2. Druckentlastungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kinematische Wirkbeziehung zwischen dem Rotationskörper (22) und dem Ventilkörper (32) durch ein Kurvengetriebe realisiert ist, worin ein erstes Stößelende (38) eines Stößels (34) an einer Führungsfläche (24) am Umfang des Rotationskörpers (22) anliegt und ein zweites Stößelende (40) am Ventilkörper (32) anliegt.

3. Druckentlastungsvorrichtung nach einem der

Ansprüche 1 bis 2,

dadurch gekennzeichnet, daß sich der Stößel (34) durch eine Stößel-Bohrung

(36) des Kolbens (20) erstreckt und daß der Stößel

(34) in dieser Bohrung (36) relativ zum Kolben (20) in Stößel-Längsrichtung beweglich ist.

4. Druckentlastungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (34) sich durch den Druckmittelkanal (44) hindurch erstreckt und in die Ventilsitz-Öffnung (46) hineinbewegbar ist, und daß zwischen Stößel (34) und Druckmittelkanalinnenfläche ein Ringkanal (45) gebildet ist, durch den Druckfluid (30) hindurchströmen kann.

5. Druckentlastungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsfläche (24) mindestens ein auf dem Rotationskörper (22) gebildeter Umfangs-Flächenabschnitt ist, welcher einen von einem Kreisbogen um die Rotationsachse (26) des Rotationskörpers (22) abweichenden Verlauf hat.

6. Druckentlastungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsfläche (24) durch eine Rinne gebildet ist, die am Umfang des Rotationskörpers (22) derart gebildet ist, daß der Stößel (34) in jeder Drehrichtung des Rotationskörpers (22) von

ihm betätigt wird.

7. Druckentlastungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper (22) eine Rolle ist, die auf der Oberfläche (8) des zweiten Elements (2) abrollen kann und durch die Haftreibung zwischen diesen beiden Teilen vom zweiten Element (2) verdreht wird, wenn sich das zweite Element (2) relativ zur Rolle (22) bewegt.

8. Druckentlastungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (48) im Kolben (20) und die Gehäuseöffnung (50) Bohrungen sind, deren Mittelpunktsachsen miteinander fluchten, wenn der Kolben (20) sich in einer Stellung befindet, bei welcher der Rotationskörper (22) in Kontakt mit dem zweiten Element (2) ist.

9. Druckentlastungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß als Kolben-Federmittel (52) mindestens eine Tellerfeder vorgesehen ist.