CH651897A5 - Sicherheitskupplung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitskupplung zum Schutz von Antriebssträngen an Maschinen, insbesondere von Gelenkwellen zur Verbindung landwirtschaftlicher Arbeitsgeräte mit der Zapfwelle eines Schleppers, bestehend aus einer Kupplungsnabe und einer Kupplungshülse, mit in Taschen der Kupplungsnabe geführten federbelasteten Mitnehmerkörpern, die mit keilförmig ausgebildeten Kopfteilen in sich radikal nach aussen verjüngende Ausnehmungen der Kupplungshülse eingreifen.

Auf dem Prinzip der Kupplungsratsche arbeitende Sicherheitskupplungen sind bekannt, bei denen die bei Ratschenkupplungen üblichen Nachteile, wie starke Geräuschbildung, Erwärmung und hoher Verschleiss durch einen Umschalteffekt vermieden werden (DE-PS 8568). Bei der beschriebenen Sicherheitskupplung greifen federbelastete Mitnehmerelemente, die hier als Kugeln ausgebildet sind und in einem Kupplungsteil geführt sind, in als Nuten ausgebildete Rasten des anderen Kupplungsteiles ein. In den Rasten sind prismatische Füllstücke geführt, die nachdem die als Mitnehmer-nehmerkörper dienenden Kugeln durch Eintritt eines Überlastungsfalles aus den Nuten des anderen Kupplungsteiles ausgetreten sind, über Fliehkraft radial nach aussen gedrängt werden und die Nuten im Bereich der Mitnahmeposition für die Kugeln verschliessen. Die Sicherheitskupplung ist damit in den Freigang geschaltet und die Kugeln überlaufen die Füllstücke, ohne dass die unangenehme bei Ratschenkupplungen übliche Ratterwirkung eintritt.

An den äusseren Enden der Nuten sind Durchbrüche vorgesehen, mittels derer, durch Eingriff eines Werkzeuges die Füllstücke wieder in die Ausgangsstellung zurückgeführt werden können, womit die Sicherheitskupplung wieder die Drehmomentübertragungsposition eingenommen hat.

Nachteilig bei der beschriebenen Ausführung ist, dass der Antrieb zum Zwecke des Wiedereinschaltens der Sicherheitskupplung vollkommen abgeschaltet werden muss und ein manueller Eingriff zur Wiederherstellung der Drehmomentübertragungsposition notwendig ist.

Bei Einsatz einer derartigen Sicherheitskupplung zum Schutz von Antriebssträngen zwischen einem Schlepper und einem landwirtschaftlichen Gerät würde das bedeuten, dass der Schlepperfahrer nach jedem Überlastungsfall absteigen müsste, um die Kupplung manuell wieder in die Arbeitsposition zu bringen. Insbesondere beim Bearbeiten eines Feldes, das mit vielen Steinen durchsetzt ist, würde sich daraus für den Schlepperfahrer eine unzumutbare Belastung ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auf den Ratschenprinzip arbeitende Sicherheitskupplung zu schaffen, die bei Überschreitung eines vorgegebenen Nenndrehmomentes selbsttätig auf Durchlauf umschaltet und ohne manuellen Eingriff z.B. durch einfaches Absenken der Antriebsdrehzahl wieder in Drehmomentübertragungsposition zurückschaltet, dabei einfach im Aufbau und dementsprechend kostengünstig in der Herstellung ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,

dass a) die Ausnehmungen der Kupplungshülse in Umfangsrichtung länger als die eingreifenden keilförmigen Kopfteile der Mitnehmerkörper ausgebildet sind,

b) die keilförmigen Kopfteile der Mitnehmer aussen mit Abflachungen versehen sind,

c) in der Drehmomentübertragungsposition der verbleibende Freiraum in den Ausnehmungen jeweils durch verschiebbare Steuerleisten ausgefüllt ist, und d) bei aus den Ausnehmungen ausgerasteten Mitnehmerkörpern der Verschiebeweg der Steuerleisten in Umfangsrichtung gleich oder kleiner als die Kopfweite der Abflachung ist.

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Durch die in Umfangsrichtung gegebene Abstimmung zwischen der Länge der Ausnehmungen, dem Verschiebeweg der Steuerleisten und der Kopfweite der Abflachungen der Mitnehmerkörper wird bewirkt, dass die Steuerleisten nach Eintritt eines Überlastungsfalles durch die Reibungskräfte zwischen den Steuerleisten und den Mitnehmerkörpern in den Ausnehmungen in Drehrichtung mitgenommen und zur Anlage gebracht werden. Dadurch entsteht an der der Drehrichtung abgewandten Seite der Ausnehmungen ein Ausgleichsraum, der jedoch nicht gross genug ist, dass die Kopfteile der Mitnehmer hierin einfallen könnten. Auf der der Drehrichtung zugewandten Seite der Ausnehmungen verbleibt jedoch ein Freiraum, der geometrisch ausreicht, dass die Kopfteile der Mitnehmerkörper um ein gewisses Radial-mass einfallen können, andererseits jedoch nicht so gross ist, dass die Kopfteile der Mitnehmerkörper bei mit Nenndrehzahl weiterlaufender Sicherheitskupplung im Freiraum anschnäbeln könnten.

Hierdurch wird bewirkt, dass nach Eintritt eines Überlastungsfalles die Sicherheitskupplung mit stark vermindertem Moment weiter umläuft. Alle vorgenannten bei Ratschenkupplungen üblichen Nachteile können damit durch die Erfindung vermieden werden.

Bei Absenken der Drehzahl ist es den Kopfteilen der Mitnehmerkörper hingegen möglich, in den der Drehrichtung zugewandten Freiräumen anzuschnäbeln und die Steuerleisten entgegen der Drehrichtung in den Ausnehmungen zurückzudrängen, was durch die beim Antrieb von Landmaschinen üblichen starken Drehschwingungen begünstigt wird, wodurch die Sicherheitskupplung sich selbsttätig wieder in Drehmomentübertragungsposition umschaltet.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der in der Drehmomentübertragungsposition verbleibende Freiraum in den Ausnehmungen durch jeweils beidseitig vom Kopftteil der Mitnehmerkörper angeordnete Steuerleisten ausgefüllt.

Eine derartige Ausbildung der Sicherheitskupplung hat den Vorteil, für Antriebe verwendbar zu sein, die in beiden Drehrichtungen wirksam sein können.

Nach einem weiteren Merkmal einer Ausführungsform der Erfindung stehen die Steuerleisten an der der Drehrichtung abgewandten Seite zur Kupplungsnabe hin aus den Ausnehmungen vor.

Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die Steuerleisten von den Kopfteilen der Mitnehmerkörper formschlüssig in die Durchlaufposition umgesteuert werden. Damit ist eine Abhängigkeit von sich eventuell durch Schmierung oder ähnlichem ändernden Reibungsverhältnissen innerhalb der Sicherheitskupplung vermieden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die radiale Dicke der Steuerleisten in der ihnen jeweils zugeordneten Drehrichtung zunehmend ausgebildet.

Durch die keilförmige Ausgestaltung der Steuerleisten erfahren diese durch die von den Kopfteilen der Mitnehmerkörper auf sie übertragenen Federkraft eine in Drehrichtung wirkende Kraftkomponente.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Steuerleisten in radialer Richtung dicker als die Tiefe der Ausnehmungen ausgebildet, und die Steuerleisten jeweils mit einer in Umfangsrichtung von der Mitte der Ausnehmungen wegweisenden, die innere Ringfläche der Kupplungshülse wenigstens teilweise überdeckenden Nase versehen.

Eine derartige Ausführung hat den Vorteil, dass die Kopfteile der Mitnehmerkörper beim Durchlaufen der Sicherheitskupplung nicht an der Innenwand der Kupplungshülse entlanggleiten, sondern sich an der Innenseite der Steuerleisten, bzw. deren Nasen abstützen. Damit wird jeder Ver-schleiss an der Kupplungshülse vermieden, so dass gegebenenfalls eine partielle Härtung der Kupplungshülse an der Lauffläche entfallen kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein erster Teil der Ausnehmungen mit verschieb-s baren Steuerleisten versehen und ein zweiter Teil ist von Ausnehmungen mit einer der Form der Kopfteile der Mitnehmerkörper entsprechenden Öffnung versehen.

Dadurch, dass ein Teil der Ausnehmungen ohne Steuerfunktion ausgebildet ist, kann ein den jeweiligen Anforde-lo rangen entsprechendes Restmoment eingestellt werden.

Von weiterem Vorteil ist, dass durch das teilweise Aufrechterhalten der vollen Ratschenfunktion das Wiedereinschalten erleichtert wird, wodurch wiederum die Anforderungen an die Herstellungstoleranzen herabgesetzt werden 15 können.

Das teilweise Weglassen der Steuerfunktionen kann in einer einseitig aufgebauten Sicherheitskupplung durch entsprechende Ausbildung eines Teils der Ausnehmungen der Kupplungshülse oder bei hintereinandergeschalteten Rat-20 schenreihen durch entsprechende Ausbildung der Ausnehmungen an einer oder mehrerer dieser Ratschenreihen vorgesehen sein.

Zur Verminderung der Verschleissanfälligkeit und zur Erzielung einer weicheren Charakteristik können die Abfla-25 chungen der keilförmigen Kopfteile vorteilhaft leicht abgerundet ausgebildet sein.

Nachstehend wird die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigt:

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Fig. 1 einen abgewickelten Teilschnitt durch die Sicherheitskupplung in der Drehmomentübertragungsposition,

Fig. 2 in der linken Hälfte die Überlaufstellung eines Mitnehmerkörpers, in der rechten Hälfte die Ausgangsposition 35 für das Wiederumschalten in die Drehmomentübertragungsposition,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Sicherheitskupplung mit zwei in der Drehmomentübertragungsposition beidseitig vom Kopfteil der Mitnehmerkörper angeordneten Steuerlei-40 sten. In der oberen Hälfte ist die Drehmomentübertragungsposition dargestellt, in der unteren Hälfte die Phase des Umschaltens der Sicherheitskupplung von der Freigang- in die Drehmomentübertragungsposition.

Fig. 4 eine Sicherheitskupplung mit Steuerleisten, die mit 45 der Abflachung des keilförmigen Kopfteils der Mitnehmer teilweise übergreifenden Absätzen versehen sind,

Fig. 5 einen Halbquerschnitt durch eine Sicherheitskupplung, bei der der Kopfteil der Mitnehmerkörper mit einer leicht gerundeten Endfläche ausgebildet ist und die Steuerlei-50 sten mit einer die innere Ringfläche der Kupplungshülse wenigstens teilweise überdeckenden Nase versehen sind,

Fig. 6 einen Schnitt durch eine Sicherheitskupplung, worin die obere Hälfte die Mitnehmerkörper in der Funktion als Steuernocken, und die untere Hälfte die Mitnehmerkörper in 55 der Funktion als reine Arbeitsnocken darstellt,

Fig. 7 einen abgewickelten Teilschnitt, bei dem eine Ausnehmung der Kupplungshülse durch einanderstossende Fülleisten dem Kopfteil eines Mitnehmerkörpers angepasst ist, und

60 Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine aus mehreren Ratschenreihen aufgebaute Ratschenkupplung.

Die in der Fig. 1 als treibendes Teil angenommene Kupplungsnabe 2 ist an ihrem äusseren Umfang mit Taschen 10 65 versehen, in denen Mitnehmerkörper 5 durch eine Feder 7 radial nach aussen beaufschlagt gehalten sind. Die gegenüber der Kupplungsnabe 2 drehbar gelagerte Kupplungshülse 1 ist mit umfangsverteilten sich radial nach aussen verjüngenden

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Ausnehmungen 4 versehen, in die die keilförmigen Kopfteile 6 der Mitnehmerkörper 5 zur Drehmomentübertragung eingreifen. Der in den Ausnehmungen 4 nach Eingriff der keilförmigen Kopfteile 5 verbleibende Freiraum wird in der Drehmomentübertragungsposition durch die Steuerleisten 3, 3', 3" oder 3"' ausgefüllt.

Bei Eintritt eines Überlastungsfalles wird die Kupplungshülse 1 abgebremst bzw. schlagartig festgehalten, wodurch die Mitnehmerkörper 5 aufgrund der Formgebung der keilförmigen Kopfteile 6 sowie der Ausnehmungen 4 aus letzteren radial nach innen ausgeschoben werden. Die jeweils von der der Drehrichtung (Pfeile in 2) abgewandten Seite hernachfolgenden Mitnehmerkörper 5 verschieben die Steuerleisten 3 von der der Drehrichtung abgewandten Seite in den Ausnehmungen 4 zu den der Drehrichtung zugewandten Seiten der Ausnehmungen 4 (Fig. 2). Der sich hierdurch an der der Drehrichtung abgewandten Seite bildende Ausgleichsraum 8 in den Ausnehmungen 4 ist aufgrund des vorgegebenen Verschiebeweges der Steuerleisten 3 kürzer als die Abflachungen 9 an den keilförmigen Kopfteilen 6 der Mitnehmerkörper 5. Hierdurch können die-Mitnehmerkörper 5 nicht in die Ausgleichsräume 8 einfallen, sondern gleiten an diesen vorbei.

An der der Drehmomentübertragungsrichtung zugewandten Seite der Ausnehmungen 4 steht aufgrund der eingetretenden Verschiebung der Steuerleisten 3 nicht eine der Grösse der keilförmigen Kopfteile 6 entsprechende Einfallöffnung zur Verfügung, sondern eine gegenüber der Abflachung 9 nur um weniges grössere Öffnungsweite.

Bei Weiterdrehen der Kupplungsnabe 2 mit Nenndrehzahl reicht daher die durch die Feder 7 auf die Mitnehmerkörper 5 in Eingriffsrichtung aufgebrachte Kraft nicht aus, um die Mitnehmerkörper 5 soweit zu beschleunigen, dass sie in den verbliebenen Freiraum 12 wenigstens teilweise einfallen können. Die Sicherheitskupplung dreht daher mit vermindertem Moment weiter.

Durch eine Verminderung der Nenndrehzahl wird die Zeit, die den Mitnehmerkörper 5 zum Einfallen in die verbliebenen Freiräume 12 zur Verfügung steht, soweit vergrössert, dass die keilförmigen Kopfteile 6 der Mitnehmerkörper 5 wenigstens teilweise einfallen bzw. hier anschnäbeln können. Unter der Voraussetzung, dass die die Überlastung ausgelöst habende Ursache inzwischen beseitigt worden ist, fallen die keilförmigen Kopfteile 5 der Mitnehmerkörper 6 unter Verschiebung der Steuerleisten 3 entgegen der Drehrichtung in die Ausnehmungen 4 der Kupplungshülse 1 ein. Das Zurückschieben der Steuerleisten 3 wird durch die in Antrieben von landwirtschaftlichen Maschinen auftretenden Drehschwingungen begünstigt.

Neben der auf die Mitnehmerkörper 6 einwirkenden Federkraft ist der periphere Längenunterschied des Freiraumes 12 zu den Abflachungen 9 mitbestimmend für die Einschaltdrehzahl.

In der linken Hälfte der Fig. 1 ist eine Steuerleiste 3' dargestellt, die um ein endliches Mass radial nach innen aus der Kupplungshülse 1 herausragt. Eine derartige Steuerleiste 3 wird formschlüssig von den Kopfteilen 5 der Mitnehmerkörper 6 aus der Drehmomentübertragungsposition in die Freigangposition verschoben.

Die linke Hälfte der Fig. 2 zeigt in Abwicklung das Überlaufen der Abflachung 9 eines keilförmigen Kopfteiles 6 über den durch Verschiebung der Steuerleisten 3 " sich einstellenden Ausgleichsraum 8 an der der Drehrichtung abgewandten Seite der Ausnehmungen 4. Die hier dargestellte Steuerleiste 3" weist eine in Drehrichtung zunehmende Dicke auf, wodurch zusätzlich zu der sich zwischen der Abflachung 9 und den Steuerleisten 3" einstellenden Reibung eine in Mitnahmerichtung wirkende Kraftkomponente aufgebracht wird.

Die rechte Hälfte der Fig. 2 zeigt in Abwicklung das Stadium des Wiedereinschaltens der Sicherheitskupplung in die Drehmomentübertragungsposition. Der keilförmige Kopfteil 6 des Mitnehmerkörpers 5 hat aufgrund vermindeter Drehzahl Gelegenheit gehabt, in dem verbleibenden Freiraum 12 der Ausnehmung 4 anzuschnäbeln und ist jetzt in der Lage, unterstützt durch die vorhandenen Drehschwingungen, die Steuerleiste 3 entgegen der Drehrichtung soweit zu verschieben, dass der keilförmige Kopfteil 6 voll in den Freiraum 12 der Ausnehmung 4 einfallen kann.

In Fig. 3 ist im Querschnitt eine Sicherheitskupplung dargestellt, bei der in jeder Ausnehmung 4 der Kupplungshülse beidseitig vom keilförmigen Kopfteil 6 der Mitnehmerkörper 5 je eine Steuerleiste 3 angeordnet ist. In dieser Ausführung ist die Sicherheitskupplung in der Lage, in beiden Drehrichtungen als Überlastratsche mit verringertem Freigangdrehmoment zu wirken. Die obere Hälfte der Fig. 3 zeigt die Sicherheitskupplung in der Drehmomentübertragungsposition, die untere Hälfte die Anfangsphase des Umschaltens der Sicherheitskupplung von der Freigang- in die Drehmomentübertragungsposition, wobei die Kupplungsnabe in der durch Pfeil gekennzeichnenden Richtung dreht.

In Fig. 4 ist ein Teilschnitt einer Abwicklung einer Sicherheitskupplung dargestellt, bei der die Steuerleisten 3"' mit in Richtung auf die Kopfteile 6 der Mitnehmerkörper 5 angeordneten Ansätzen versehen sind, durch die der Verschiebeweg der Steuerleisten 3"' mitbestimmt wird.

Der in der Fig. 5 als Halbschnitt dargestellte Querschnitt einer Sicherheitskupplung ist mit Mitnehmerkörpern 5' ausgerüstet, deren Abflachung 9 leicht abgerundet ausgebildet ist.

Die hier dargestellten Steuerleisten 3"" sind in radialer Richtung dicker ausgebildet, als es der Tiefe der Ausnehmungen 4 entspricht und ragen in einen zwischen der Kupplungshülse 1 und der Kupplungsnabe 2 angeordneten Ringraum 16 hinein und weisen jeweils in Umfangsrichtung von der Mitte der Ausnehmung 4 weg verlaufende Nasen 14 auf, durch die die innere Mantelfläche der Kupplungshülse 1 wenigstens teilweise überdeckt wird. Die in Umfangsrichtung verlaufende Länge der Nasen ist dabei derart ausgebildet, dass in der abgeschalteten Position der zwischen zwei Nasen 14 sich bildende Freiraum nicht gross genug ist, dass die Mitnehmerkörper 5 hier anschnäbeln könnten.

In der Fig. 6 ist im Querschnitt eine Sicherheitskupplung dargestellt, die die Kombination von der bisher beschriebenen gesteuerten Ratschenfunktion mit einer herkömmlichen Ratsche darstellt.

Die obere Hälfte der Fig. 6 zeigt die gesteuerte Ratschenausführung, die untere Hälfte eine bekannte Vollratsche.

Die Fig. 6 ist lediglich als Prinzipdarstellung zu betrachten, da man in der Praxis eine gleichmässige Verteilung der beiden Funktionen im gewünschten Verhältnis anstreben wird.

In Fig. 7 ist eine sehr wirtschaftliche Ausführung zum Aufbau einer kombinierten Sicherheitsratsche, bei dem die Ausnehmungen 4 der Kupplungshülse 1 sämtlichst mit dem gleichen Querschnitt hergestellt werden, und die volle Ratschenfunktion durch Einlegen entsprechender Fülleisten 15 erreicht wird.

Die Fig. 8 zeigt einen Halblängsschnitt durch eine mehrreihige Sicherheitskupplung, bei der die Möglichkeit besteht, zum Erreichen der Kombinationswirkung den einzelnen Reihen den Anforderungen angepasst, eine der beiden oben genannten Funktionen zuzuschreiben.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Sicherheitskupplung zum Schutz von Antriebssträngen an Maschinen, insbesondere von Gelenkwellen zur Verbindung landwirtschaftlicher Arbeitsgeräte mit der Zapfwelle eines Schleppers, bestehend aus einer Kupplungsnabe und einer Kupplungshülse, mit in Taschen der Kupplungsnabe geführten federbelasteten Mitnehmerkörpern, die mit keilförmig ausgebildeten Kopfteilen in sich radial nach aussen verjüngende Ausnehmungen der Kupplungshülse eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Ausnehmungen (4) der Kupplungshülse (1) in Umfangsrichtung länger als die eingreifenden keilförmigen Kopfteile (6) der Mitnehmerkörper (5) ausgebildet sind,

   b) die keilförmigen Kopfteile (6) der Mitnehmerkörper (5) aussen mit Abflachungen (9) versehen sind,

   c) in der Drehmomentübertragungsposition der verbleibende Freiraum in den Ausnehmungen (4) jeweils durch verschiebbare Steuerleisten (3) ausgefüllt ist, und d) bei aus den Ausnehmungen (4) ausgerasteten Mitnehmerkörpern (5) der Verschiebeweg der Steuerleisten (3) in Umfangsrichtung gleich oder kleiner als die Kopfweite der Abflachung (9) ist.
2. 2. Beidseitig wirkende Sicherheitskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass e) der in der Drehmomentübertragungsposition verbleibende Freiraum in den Ausnehmungen (4) durch jeweils zwei beidseitig vom Kopfteil (6) der Mitnehmerkörper (5) angeordnete Steuerleisten (3) ausgefüllt ist.
3. 3. Sicherheitskupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass f) die Steuerleisten (3') an der der Drehrichtung abgewandten Seite zur Kupplungsnabe (2) hin aus den Ausnehmungen (4) vorstehen.
4. 4. Sicherheitskupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass g) die radiale Dicke der Steuerleisten (3") in der ihnen jeweils zugeordneten Drehrichtung zunehmend ausgebildet ist.
5. 5. Sicherheitskupplung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass h) die Steuerleisten (3 " " ) in radialer Richtung dicker als die Tiefe der Ausnehmungen (4) ausgebildet sind, und i) die Steuerleisten (3 " " ) jeweils mit in Umfangsrichtung von der Mitte der Ausnehmungen (4) wegweisenden, die innere Ringfläche der Kupplungshülse (1) wenigstens teilweise überdeckenden Nasen (14) versehen sind.
6. 6. Sicherheitskupplung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass k) ein erster Teil der Ausnehmungen (4) mit verschiebbaren Steuerleisten (3 ', 3 ", 3 " ' und 3 " ") versehen ist, und

   1) ein zweiter Teil von Ausnehmungen (4 oder 13) mit einer der Form der Kopfteile (6) der Mitnehmerkörper (5) entsprechenden Öffnung versehen ist.