Die vorliegende Erfindung betrifft eine spielfreie mecha¬ nische Überlastkupplung nach dem Oberbegriff des Patentan¬ spruches 1. Eine solche Kupplung ist z.B. aus der DE-PS 30 09 224 C2 von Giurguis bekannt.

Es gibt im Stand der Technik spielfreie mechanische Über¬ lastkupplungen, bei denen das Grenzdrehmoment durch die einstellbare Andruckkraft einer Federanordnung veränderbar ist. Um bei fehlender Zugriffsmöglichkeit zu einer solchen, in eine zu schützende Vorrichtung eingebauten Überlastkupp¬ lung das Grenzdrehmoment dennoch verändern zu können, ist es bereits bekannt, an Stelle der Federanordnung einen Elektro¬ magneten vorzusehen, damit das Grenzdrehmoment auch dann stufenlos einstellbar bleibt.

Spielfreie Überlastkupplungen nach dem Stand der Technik sind insbesondere im Hinblick auf das sogenannte Durchrasten bei Auftreten einer Überlast empfindlich, weil die dadurch zwangsläufig entstehende Abnutzung der Kupplung zu dem Verlust der Spielfreiheit und zum Absinken des eingestellten Grenzdrehmomentes führen kann.

Hiernach ist es die der vorliegenden Erfindung zugrundelie¬ gende Aufgabe, eine spielfreie Überlastkupplung in der eise weiterzubilden, daß sie nach dem Erreichen des Grenzdrehmo¬ mentes bzw. nach dem Ausrasten in freigeschalteter Stellung

verbleibt ohne durchzurasten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst, wobei es je nach Anwendungsfall vor¬ teilhaft sein kann, den Magneten als Permanent- oder als Elektromagneten auszubilden. Aufgrund der Magnetkraft wird die Kupplung nach dem Ausrasten in der ausgerasteten Stel¬ lung gehalten werden, d.h. sie kann bei hohen Drehzahlen, z.B. über 3000 U/min. eingesetzt werden. Es entsteht kein Verschleiß an der Senkungsgeometrie bzw. an den einander gegenüberstehenden Ausnehmungen in den zwei Kupplungshälf¬ ten, in die die Mitnehmerkörper in Gestalt der Kugeln gemeinsam eingedrückt werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß keine kurz¬ zeitigen Drehmomentspitzen beim Durchrasten der Kugeln entstehen.

Wenn der Magnet als Elektromagnet ausgebildet ist, wird die Überlastkupplung und deren elektrische Schaltung besonders einfach, wenn der Elektromagnet während des Betriebes im eingerasteten Zustand dauernd schwach bestromt wird, so daß die Magnetkraft einerseits nicht ausreicht, um über den Luftspalt hinweg die Ankerscheibe und damit die Drehmoment¬ übertragungskörper entgegen der Federkraft anzuziehen. Kommt es zu einem Ausrasten und damit zu einer mechanischen Verschiebung der Drehmomentübertragungskörper bzw. der Ankerscheibe und somit zu einer Verkleinerung bzw. einem

Verschwinden des Luftspaltes zwischen dem Elektromagneten und der Ankerscheibe, dann reicht andererseits die Magnet¬ kraft doch aus, um die Kupplung in der ausgerasteten Stel¬ lung zu halten und sie somit freizuschalten. Zum Wie¬ dereinrasten der Kupplung ist es dann lediglich notwendig, die Stromzufuhr zum Elektromagneten kurzzeitig zu unterbre¬ chen. Wenn der Magnet als Permanentmagnet ausgebildet ist, kann es vorteilhaft sein, in seiner Nähe einen Elektromagne¬ ten anzuordnen, der zum Wiedereinrasten der Kupplung entge¬ gengesetzt zum Permanentmagneten magnetisiert wird.

Aus Gründen der Energieeinsparung und im Interesse eines höheren Grenzdrehmomentes ein und derselben Kupplung kann es vorteilhaft sein, den Magneten als Elektromagneten auszubil¬ den und diesen erst aufgrund einer von einem an der Kupplung vorgesehenen Fühler abgefühlten Ausrastung der Überlastkupp¬ lung mit Strom zu versorgen.

Weiter betrifft die Erfindung in Ausgestaltung des vorbe¬ schriebenen Gegenstandes eine spielfreie mechanische Über¬ lastkupplung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patent¬ anspruchs 10. Solche Überlastkupplungen sind bekannt aus der DE-PS 30 09 224 und DE-OS 40 05 986.

Bei diesen Kupplungen besteht die Gefahr, daß die Drehmo¬ ment-Übertragungskörper in Kugelform, die bei Eintreten des Überlastzustandes aus den Lücken der axial gerichteten

Verzahnung des einen Kupplungskörpers in axialer Richtung ausgewandert sind, zeitweise wieder in diese Lücken zurück¬ treten und dabei nicht nur Geräusche sondern auch Beschädi¬ gungen entweder selbst erleiden und/oder solche an den Verzahnungen verursachen. Beide Erscheinungen sind dem Betrieb unzuträglich und vermindern die Lebensdauer.

Der Erfindung liegt daher die weitere Aufgabe zugrunde, solche Geräusche und/oder Beschädigungen zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 10 gelöst.

Damit ist verhindert, daß die Drehmoment-Übertragungskörper eine unkontrollierte Wanderung in Axialrichtung ausführen und die aufgezeigten Störungen verursachen.

Weitere Merkmale dieser Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 11 bis 15.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrie¬ ben. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform dieser Überlast upplung, wobei die Kupplung oberhalb der Mittellinie eingerastet und unterhalb der Mittel-

linie ausgerastet dargestellt ist;

Fig. 2 eine Seitenansicht von rechts vom Druck- oder Abtriebsflansch 5, wobei mit 18 eine der axial ausgerichteten und auf einer Stirnfläche desselben kreisförmig verteilten Ausnehmungen zur Aufnahme der Drehmomentübertragungskörper in Gestalt der Kugeln 11 angezeigt wird;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Senkungsgeometrie der axialen Ausnehmungen 18 gemäß Blickrichtung X in Fig. 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht von rechts von der Nabe 1 mit dem Antriebsflansch 15 und den radialen Ausnehmun¬ gen 19 am Umfang,

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des äußeren Schalt¬ teils oder Druckringes 6, welcher die Drehmoment¬ übertragungskörper in Gestalt der Kugeln 11 zu¬ gleich in die axialen Ausnehmungen 18 und die radialen Ausnehmungen 19 eindrückt; und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplung.

Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße, z. B. pneumatisch beaufschlagte Überlastkupplung, und zwar die obere Hälfte in der drehmomentübertragen¬ den Stellung der Einzelteile und in der unteren Hälfte in der Stellung nach Eintreten der Überla¬ stung,

Fig. 8 einen vergrößerten Ausschnitt aus der oberen Hälfte der Figur 7, und

Fig. 9 einen vergrößerten Ausschnitt aus der unteren Hälfte der Figur 7.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 handelt es sich um eine mechanische Überlastkupplung, welche bei einem bestimmten eingestellten Drehmoment ausrastet und einen Axialhub aus¬ führt. Dabei würde sie wie eine Durchrastkupplung arbeiten, welche sofort wieder einzurasten versucht, wenn nicht der magnetische Schaltmechanismus in Gestalt des Elektromagneten 13, 14 oder eines an seiner Stelle vorhandenen Permanentma¬ gneten und der damit zusammenwirkenden Ankerscheibe 16 vorhanden wäre, die mit dem Druckring 6 verbunden ist und im eingerasteten Zustand der Kupplung um einen Luftspalt A vom Magnetgehäuse entfernt ist. Durch den magnetischen Schaltme¬ chanismus wird die Kupplung im ausgerasteten Zustand gehal¬ ten und es findet kein Durchrastvorgang statt, weil der Magnet entweder als Permanentmagnet dauernd wirkt oder als Elektromagnet zu Beginn des Ausrastvorganges aufgrund eines Signals vom Fühler 20 aktiviert wird. Bei sehr hohen Dreh¬ zahlen würde das Durchrasten bei Überlast die Kupplung sehr stark verschleißen und es würden außerdem starke Drehmo¬ mentspitzen auftreten. Sobald die Kupplung ausgerastet ist, wird sie also durch den Magneten im ausgerasteten Zustand

gehalten und erst bei Wegnahme der Spannung des Elektro¬ magneten rastet die Kupplung wieder ein. Beim Ausrastvorgang kann die Axialbewegung über einen Endschalter oder Fühler 20 abgegriffen und zugleich Spannung auf den Elektromagnet gegeben werden, damit die Kupplung im ausgerasteten Zustand gehalten wird, falls kein Permanentmagnet Anwendung findet.

Das Drehmoment wird über die zentrale Welle B und die darauf angeordneten Spannelemente 2, 3 und 4 auf die Nabe 1 bzw. den damit fest verbundenen Antriebsflansch 15 und über die Kugeln 11 auf den Druck- oder Abtriebsflansch 5 übertragen. An dem Flansch 5 kann dann ein beliebiges Abtriebselement angeflanscht werden. Die Drehmomenteinstellung erfolgt über die Nachstellmutter 8, welche die Tellerfedern 12 mit einer Axialkraft beaufschlagt und über den Druckring 6 die Kugeln 11 in die axialen Senkungen 18 des Druckflansches 5 und zu¬ gleich in die radialen Senkungen 19 am Umfang des An¬ triebsflansches 15 der Nabe 1 drückt. Wird nun ein bestimm¬ tes eingestelltes Drehmoment überschritten, wandern die Kugeln 11 in Fig. 1 axial nach rechts und drücken den Druckring 6, welcher über Schrauben 17 mit einer Anker¬ scheibe 16 verbunden ist, nach rechts in die ausgerastete Position gemäß der unteren Hälfte der Fig. 1. Der entweder dauernd wirkende Permanentmagnet oder die erst zu diesem Zeitpunkt aktivierte Elektromagnetspule 14, welche in dem Spulenträger 13 eingebaut ist, erzeugt ein Magnetfeld, welches die Ankerscheibe 16 durchflutet und dadurch den

Druckring 6 in der ausgerasteten Stellung hält. Dadurch kann der Druck- oder Abtriebsflansch 5 mit dem angeflanschten Abtriebselement frei auslaufen, ohne daß die Kupplung durch¬ rastet und verschleißt.

Die Fig. 5 zeigt die besondere Ausbildung des Druckringes 6 im Bereich des an den Drehmomentübertragungskörpern in Gestalt der Kugeln 11 angreifenden Teils desselben: Die auf einem Kreis um die zentrale Welle B angeordneten Kugeln 11 liegen in der eingerasteten Stellung der oberen Hälfte der Fig. 1 sowohl in den radialen Ausnehmungen 19 des Antriebs¬ flansches 15 als auch in den axialen Ausnehmungen 18 des Druck- bzw. Abtriebsflansehes 5. Dabei werden die Kugeln 11 durch die rechte Schrägfläche 22 der im Schnitt (Fig. 5) keilförmigen Ringnut 23 des Druckringes 6 in beide Ausneh¬ mungen 18, 19 zugleich eingedrückt _t so daß die Kupplung das Drehmoment spielfrei übertragen kann. Beim Ausrasten der Kupplung wandern die Kugeln 11 in axialer Richtung und treten aus den axialen Ausnehmungen 18 heraus, verbleiben aber nach rechts versetzt (untere Hälfte der Fig. 1) inner¬ halb der radialen Ausnehmungen 19 des Antriebsflansches 15. Für die Dauer der Bestromung des Elektromagneten 13, 14 und der damit einhergehenden Haltekraft desselben wird die Ankerscheibe 16 und somit auch der damit verbundene Druck¬ ring 6 in der freigeschalteten Stellung der unteren Hälfte der Fig. 1 gehalten. Dabei sorgt die in Fig. 5 linke Schräg¬ fläche 24 der keilförmigen Ringnut 23 im Druckring 6 dafür.

daß die vom Druck der ^' Tellerfedern 12 entlasteten Kugeln 11 für die Dauer des freigeschalteten Zustandes nicht in die axialen Ausnehmungen 18 zurückwandern. Die rechte Schrägflä¬ che 22 verläuft in etwa senkrecht zur kegeligen Trennfuge zwischen den beiden Ausnehmungsreihen 18, 19 und die Schräg¬ fläche 24 verläuft in etwa parallel dazu.

Durch den magnetischen Freischaltmechanismus, welcher den Druckring 6 gegen den Federdruck 12 in der ausgerasteten Stellung hält, werden das Durchrasten und damit einhergehend die Drehmomentspitzen verhindert. Durch die spezielle Aus¬ bildung des Druckringes 6, also durch seine Verbindung mit der Ankerscheibe 16 und deren Zusammenwirken mit dem Elek¬ tromagneten 13, 14, werden die Kugeln 11 in der ausge¬ rasteten Stellung gehalten und der Druckflansch 5 mit den Axialsenkungen kann frei umlaufen, ohne daß die Kugeln axial an den Senkungen oder Ausnehmungen 18 anschlagen.

Soweit als Magnet ein Permanentmagnet zur Anwendung kommt, der nach dem axialen Ausrasten die Ankerscheibe 16 dauernd in der Freischaltstellung hält, kann das Wiedereinrasten der Kupplung entweder mechanisch erfolgen, indem die Anker¬ scheibe entgegen der dauernd wirkenden Magnetkraft vom Magnetgehäuse 13 abgezogen wird, oder die Kraft des Perma¬ nentmagneten, der in Fig. 1 oder 6 im Bereich der Spule 14 bzw. 26 anzuordnen wäre, würde durch einen kurzzeitig zu aktivierenden, magnetisch entgegengesetzt wirkenden Elektro-

magneten wie bei 14 bzw. 26 wieder aufgehoben.

Die Ausführungsform der Fig. 6 unterscheidet sich von derje¬ nigen der Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß axial zwischen der Ankerscheibe 16 und dem Magnetgehäuse 27 mit der Spule 26 und/oder dem Permanentmagneten darin ein Rotor 25 vorgesehen ist, der über eine Anzahl von Zylinderschrauben 28 mit der Nabe 1 verschraubt und damit mit der Welle B verbunden ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß bei nach dem Ausrasten der Kupplung bei weiter durchdrehender Welle B keine Relativbewegung zwischen den DrehmomentÜbertragungs- körpern in Gestalt der Kugeln 11 und dem Druckring 6 er¬ folgt. Diese Ausgestaltung der Kupplung trägt also zur Steigerung der Lebensdauer der Kupplung bei.

Weder in der Ausführungsform der Fig. 1 noch derjenigen der Fig. 6 ist der möglicherweise vorhandene Permanentmagnet zeichnerisch dargestellt. Allerdings wäre er etwa im Bereich der Spule 14 bzw. 26 oder einem Teil davon angeordnet, wobei die gegebenenfalls zusätzlich vorhandene Elektromagnetspule zur Aufhebung der Wirkung des Permanentmagneten ebenfalls an dieser Stelle angeordnet wäre.

In den Figuren 7 bis 9 bezeichnet 51 eine Nabe mit einer ringförmigen Verstärkung 51a, die eine einseitige, ebene Druckfläche 51b aufweist, sowie eine radial gerichtete Verzahnung 51c. Das Bezugszeichen 52 bezeichnet einen

Druckflansch mit einer axial gerichteten Verzahnung 52a und 53 bezeichnet eine Druckscheibe mit einer V-förmigen, nach innen offenen Ringnut 53a. Mit 54 ist ein auf der Nabe 51 gleitbarer Ringkolben bezeichnet und 55 ist ein innen hohles Statorteil, das den Ringkolben 54 aufnimmt. Mit 56 ist eine Dichthaube bezeichnet, die stirnseitig auf das Statorteil 55 aufgesetzt ist und die Druckscheibe 53 umgibt. Ein Rillenku¬ gellager 57 ist zwischen der Nabe 51 und dem Druckflansch 52 angeordnet. Ein weiteres Rillenkugellager 58 ist zwischen der Nabe 51 und dem Statorteil 55 angeordnet. Dazu kommt ein Rillenkugellager 59 zwischen der Druckscheibe 53 und dem Ringkolben 54. Mit 60, 61 sind Sicherungsringe gegen eine axiale Verschiebung der Lager 57 und 58 bezeichnet. Ein Sprengring 62 dient zum axialen Sichern des Lagers 58 in der Gegenrichtung. Die Ziffern 63 und 64 bezeichnen Dichtungs¬ ringe zwischen dem Ringkolben 54 und dem Stator 55. Die Drehmoment-Übertragungskörper 65 sind im Ausführungsbeispiel als Kugeln ausgebildet. 66 bezeichnet einen Näherungsinitia¬ tor (Sensor), der den Beginn des axialen Auswanderns der Druckscheibe 53 bei Einsetzen des Überlastzustandes bzw. beim Ausragsten der Kupplung feststellt. 67 ist eine An¬ ordnung von Tellerfedern, die die Druckscheibe 53 in axialer Richtung (in den Figuren nach links) belastet. Die Ziffer 68 bezeichnet einen Anschluß zur Zu- und Abführung eines hy¬ draulischen oder pneumatischen Druckes, der den Ringkolben 54 in Richtung auf die zusammengedrückte Stellung der Tel¬ lerfederanordnung 67 belastet.

In der drehmomentübertragenden Stellung nach Figur 7 oben und Figur 8 liegen die Drehmoment-Übertragungskörper 65 in den Zahnlücken der Verzahnungen 51c an der Nabe 51 und 52a an dem Druckflansch 52 an und übertragen so das Drehmoment in spielfreier Weise an ein angetriebenes Aggregat, das am Druckflansch 52 angeflanscht ist. Diese drehmomentübertra¬ gende Stellung wird dadurch aufrechterhalten, daß Druckflüs¬ sigkeit oder -gas vom Anschluß kommend den Ringkolben 54 auf seiner Rückseite belastet und ihn so in der Zeichnung nach rechts in die Stellung drängt, in der die Federanordnung 67 zusammengedrückt ist und die Drehmoment-Übertragungskörper 65 in beide Reihen von Zahnlücken eingreifen und so das Drehmoment übertragen. Bei Einsetzen der Überlast wandern die Drehmoment-Übertragungskörper 65 mit der Druckscheibe 53 um ein zunächst geringes Maß axial nach links, welche Auswanderung vom Sensor 66 festgestellt und als Signal an eine nicht gezeigte Steuereinrichtung weitergegeben wird, die ihrerseits einen Steuervorgang auslöst, durch den der Druck rückseitig des Ringkolbens 54 abgebaut wird, so daß die Federanordnung 67 die Druckscheibe 53 ganz in die linke Stellung verschiebt _r in der die Drehmement-Übertragungs- körper 65 ganz aus den Lücken der axial gerichteten Verzah¬ nung 52a heraus gewandert sind, so daß keine Drehmoment- Übertragung mehr stattfindet. Dabei bleiben die Drehmoment- Übertragungskörper 65 in der V-förmigen Ringnut 53a der Druckscheibe 53 und können daher in der Axialrichtung weder

vorwärts noch rückwärts wandern, also auch nicht in die Zahnlücken bei 52a oszillierend ein- und ausrasten. Die damit verbundenen schädlichen Wirkungen sind damit vermie¬ den.

Nach Beseitigung der Überlast wird durch den Sensor 66 ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung gegeben, die für die erneute Zufuhr von Druckflüssigkeit oder -gas zur Rückseite des Ringkolbens 54 sorgt, so daß dieser unter Zusammendrückung der Tellerfederanordnung 67 nach rechts wandert und so die drehmomentübertragende Stellung der Einzelteile wieder herstellt, also das Einrücken der Drehmo¬ ment-Übertragungskörper 65 in die Verzahnungen 51c und 52a.

Anstelle des Ringkolbens 54 mit Druckbeaufschlagung kann auch eine Ankerscheibe treten, die unter der Wirkung eines Magneten, entweder eines Elektromagneten oder eines Perma¬ nentmagneten, steht, wobei letztere noch durch einen Elek¬ tromagneten überlagert sein kann, so daß die Ankerscheibe bei Einsetzen der Überlast freigegeben und bei Wegbleiben der Überlast unter der Magnetkraft wieder in die Stellung zur Drehmomentübertragung verschoben wird. Auch andere Überlastkupplungen mit einander benachbarten, axial bzw. radial ausgerichteten Verzahnungen, in die solche Drehmo¬ ment-Übertragungskörper hineingedrückt werden, können von den Lehren der vorliegenden Erfindung Gebrauch machen. Insbesondere kann die V-förmige Ringnut 53a sich auch radial

nach außen öffnen, wenn die Ubertragungskörper 65 in die Zahnlücken einer einwärts gerichteten ümfangsverzahnung sowie einer Axialverzahnung gedrückt werden.

Bezugszeichenliste

Luftspalt

Zentrale Welle

Nabe a ringförmige Verstärkung b Druckfläche c radial gerichtete Verzahnung Druckflansch a axial gerichtete Verzahnung Druckscheibe a V-förmige Ringnut Ringkolben Statorteil Dichthaube Rillenkugellager Rillenkugellager Rillenkugellager Sicherungsring Sicherungsring Sprengring Dichtungsring Dichtungsring Dreh_n__πιent-Übertragungskörper Näherungsinitiator (Sensor) Tellerfedern Anschluß für hydraulischen oder pneumatischen Druck