DE10059693A1 - Kugelkupplung und Vorrichtung zum Ankuppeln eines Nachlauffahrzeugs an ein Zugfahrzeug - Google Patents

Abstract

Eine Kugelkupplung (1) zum Ankuppeln eines Nachlauffahrzeugs an ein Zugfahrzeug, insbesondere im land- und forstwirtschaftlichen Bereich, weist eine am Zugfahrzeug angeordnete Kupplungskugel (20) auf. Erfindungsgemäß sind auf der Oberfläche (23) der Kupplungskugel (20) wenigstens eine Zone höherer Härte (24) und eine Zone niedrigerer Härte (25) vorgesehen. DOLLAR A Ferner bilden die am Zugfahrzeug angeordnete Kugelkupplung (1) und eine am Nachlauffahrzeug angeordnete Kugelpfanne (60), die miteinander zumindest formschlüssig in Eingriff stehen, eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ankuppeln des Nachlauffahrzeugs an das Zugfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kugelkupplung zum Ankuppeln eines Nachlauf­ fahrzeugs an ein Zugfahrzeug, die eine an dem Zugfahrzeug angeordnete Kupplungskugel aufweist. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Ankuppeln eines Nachlauffahrzeugs an ein Zugfahrzeug, und zwar insbesondere im land- und forstwirtschaftlichen Bereich, die mit einer solchen, am Zugfahrzeug angeordneten Kugelkupplung und einer sich am Nachlauffahrzeug befindenden Kugelpfanne versehen ist, wobei die Kugelpfanne zur Bildung einer gelenkigen Verbindung zwischen Zugfahrzeug und Nachlauffahrzeug zumindest formschlüssig mit der Kupplungskugel zusammenwirkt.

Derartige Kugelkupplungen sind nicht zuletzt von Wohnwagengespannen und dergleichen her allgemein bekannt. Kugelkupplungen werden aber zunehmend auch an land- und forstwirtschaftlichen Fahrzeugen eingesetzt. Grund hierfür ist, dass die bisher in diesem Bereich bevorzugt verwendeten Verbindungseinrichtungen aufgrund der hohen Stütz- und Anhängelasten, die mit den ständig größer und schlagkräftiger werdenden Maschinen und Transportsystemen einhergehen, an ihre Grenzen stoßen. Darüber hinaus zeigte sich, dass Kugelkupplungen aufgrund der Kugelsymmetrie besser der Forderung nach mehr Fahrkomfort nachkommen und eine praxisgerechtere Verschwenkbeweglichkeit bieten.

Gleichwohl sind Kugelkupplungen hohem Verschleiß ausgesetzt. Es ist daher üblich, die Kupplungskugel mit einer verschleißhemmenden Ober­ flächenschicht zu versehen bzw. die Oberfläche der Kupplungskugel verschleißhemmend auszubilden. Eine hohe Verschleißfestigkeit einer aus Metall gefertigten Kupplungskugel lässt sich zum Beispiel durch eine Wärmebehandlung erreichen, bei der zumindest an der Kugeloberfläche eine die Härte und Festigkeit steigernde Martensit-Struktur erzeugt wird. Solchermaßen gehärtete Oberflächen weisen jedoch eine geringere Elasti­ zität auf. Dies macht sich in einem ungünstigeren Reibungsverhalten bemerkbar, das bis hin zur Rissbildung führen kann.

Zum Stand der Technik wird ferner auf die DE 198 26 508 A1 verwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kugelkupplung und eine Vorrichtung zum Ankuppeln eines Nachlauffahrzeugs an ein Zugfahrzeug dahingehend weiterzubilden, dass sich bei vergleichsweise hohen Stütz- und Anhängerlasten ein geringer Verschleiß erzielen lässt.

Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Kugelkupplung gelöst, bei welcher die Kupplungskugel eine Oberfläche aufweist, die mit Bereichen unterschiedlicher Härte versehen ist, wobei wenigsten eine Zone höherer Härte und eine Zone niedrigerer Härte auf der Oberfläche vorgesehen sind. Während die Zonen höherer Härte einem Reibverschleiß entgegenwirken, bleiben die Zonen niedrigerer Härte in ihren Werkstoffeigenschaften im Wesentlichen unbeeinflusst und können somit die gewünschte Elastizität und die günstigen Schmiereigenschaften für das Zusammenwirken von Kugelpfanne und Kupplungskugel bereitstellen.

Zwar ist es aus der DE 198 26 508 A1 von Sattelkupplungen her an sich bekannt, die zum Abstützen der Aufliegerplatte des Nachlauffahrzeugs bestimmte Oberfläche der Sattelplatte nur in erhöhtem Verschleiß aus­ gesetzten Bereichen zu härten. Sattelkupplungen und Kugelkupplungen unterscheiden sich jedoch in Aufbau und Betrieb in wesentlichen Punkten.

Bei einer Sattelkupplung beschränken sich die Relativbewegungen der am Zugfahrzeug angeordneten Sattelplatte und der am Nachlauffahrzeug angeordneten Aufliegerplatte auf Drehungen um eine im Wesentlichen vertikale Achse. Drehungen um eine im Wesentlichen horizontale Achse werden nämlich von der Lagerung der Sattelplatte am Zugfahrzeug aufgenommen. Bei Kugelkupplungen hingegen werden auch die vom Überfahren von Boden­ unebenheiten und dergleichen Einflüssen herrührenden Drehungen um horizontale Achsen und somit in Überlagerung mit Drehungen um die vertikale Achse Drehungen um alle Raumrichtungen durch das Zusammen­ spiel von Kupplungskugel und Kugelpfanne ermöglicht. Die Oberflächen dieser Teile müssen daher eine möglichst perfekte Kugelsymmetrie auf­ weisen. Jedwede Veränderung der Kugeloberfläche, die eine Abweichung von dieser perfekten Kugelsymmetrie nach sich ziehen könnte, wird daher vom Markt bzw. von den Fahrzeugbetreibern abgelehnt.

Erschwerend kommt hinzu, dass der zum Abstützen der Anhängerlast zur Verfügung stehende Flächeninhalt einer Kupplungskugel erheblich kleiner ist als derjenige einer Sattelplatte. Daher war zu erwarten, dass auch relativ geringe Veränderungen der Kugeloberfläche durch Riefen- und Rillenbildung relativ große Abweichungen von der Kugelsymmetrie hervorrufen können, die die Funktionsfähigkeit der Kugelkupplung zumindest erheblich beein­ trächtigen, wenn nicht gar die Kugelkupplung vollständig funktionsuntüchtig machen würden.

Es war daher vernünftigerweise nicht zu erwarten, dass das Vorsehen ver­ einzelter kleiner Zonen höherer Härte auf der Oberfläche der Kupplungskugel zu einer brauchbaren Kugelkupplung führen könnte. Es ist das Verdienst der Erfinder, sich über diese Bedenken hinweggesetzt zu haben. Obgleich noch nicht abschließend verstanden ist, warum man trotz der Stichhaltigkeit der vorstehend diskutierten Bedenken hinsichtlich einer lokalen Härtung der Oberfläche der Kupplungskugel zu einer betriebstauglichen Kugelkupplung gelangt, könnte es sein, dass es gerade die sich in einer Drehung um eine horizontale Achse niederschlagenden Anteile der Relativbewegung von Zug- und Nachlauffahrzeug sind, die aufgrund einer damit einhergehenden "Verschmierung" der Belastung der Gegenfläche durch die Zonen höherer Härte zu der überraschenden Haltbarkeit der Kugelkupplung führen.

Vorteilhaft kann es sein, wenn die wenigstens eine Zone höherer Härte oder/und die wenigstens eine Zone niedrigerer Härte je nach Anwendungs­ fall als punkt- oder linienförmige Fläche ausgebildet ist bzw. sind. Unter einer punktförmigen Fläche ist dabei ein Bereich zu verstehen, der in zwei orthogonalen Hauptrichtungen annähernd die gleichen Abmessungen auf­ weist, wie etwa ein Kreis, ein Quadrat oder auch eine Ellipse geringer Exzentrizität, ein Rechteck und ein Trapez. Im Vergleich hierzu zeichnet sich eine linienförmige Fläche dadurch aus, dass der Bereich in einer der beiden Hauptrichtungen wesentlich größer ist als in der anderen Hauptrichtung. Eine linienförmige Fläche kann zum Beispiel geradlinig, gekrümmt oder auch mäander-förmig verlaufen.

Von Vorteil kann ferner sein, wenn eine Mehrzahl von Zonen höherer Härte hintereinander und durch Zonen niedrigerer Härte voneinander getrennt auf die Oberfläche der Kupplungskugel parallel umrundenden Kreisen angeord­ net sind. Auf diese Weise lässt sich eine gleichmäßige sphärische Verteilung der einzelnen Zonen erreichen, die sich im Hinblick auf einen geringen Reibverschleiß als besonders günstig herausgestellt hat. Im Hinblick auf die unterschiedlichen Anforderungen an eine Kugelkupplung in der Praxis kann es zudem vorteilhaft sein, wenn alternativ oder zusätzlich eine Mehrzahl von Zonen höherer Härte hintereinander und durch Zonen niedrigerer Härte voneinander getrennt auf die parallelen Kreise senkrecht schneidenden meridionalen Kreisbögen angeordnet sind.

Um vor allem bei als punktförmige Flächen ausgebildeten Zonen höherer Härte die Bildung von Riefen oder Rillen auf der Oberfläche der Kupplungs­ kugel und in der Kugelpfanne eines angekuppelten Nachlauffahrzeugs vermeiden zu können, wird ferner vorgeschlagen, dass die Anordnung der Zonen höherer Härte auf den parallelen Kreisen und meridionalen Kreisbögen auf wenigstens zwei benachbarten parallelen Kreisen oder/und auf wenig­ stens zwei benachbarten meridionalen Kreisbögen voneinander verschieden ist. Auf diese Weise kann bei Relativschwenkbewegungen von Kugelpfanne und Kupplungskugel um beliebige Achsen eine gleichmäßige Verteilung der Last über die gesamte Oberfläche der Kupplungskugel erreicht werden. Die unterschiedliche Anordnung der Zonen höherer Härte kann dabei etwa so gewählt werden, dass die Zonen höherer Härte auf Bahnen angeordnet sind, die von dem im gekuppelten Zustand oberen Pol der Kupplungskugel annähernd spiralförmig gekrümmt äquatorwärts verlaufen. Die Krümmung dieser Bahnen hängt dabei in erster Linie von der Anzahl und dem jeweiligen Abstand der parallelen Kreise und meridionalen Kreisbögen voneinander ab. Eine spiralförmige bzw. -artige Anordnung kann aber auch unabhängig von der Anordnung der Zonen höherer Härte auf den parallelen Kreisen und meridionalen Kreisbögen erhalten werden.

Im Hinblick etwa auf eine kraftflussoptimierte Gestaltung können die Zonen höherer Härte auf zumindest zwei benachbarten parallelen Kreisen oder/und auf zumindest zwei benachbarten meridionalen Kreisbögen auch relativ zueinander versetzt angeordnet sein. Denn durch diese versetzte Anordnung der Zonen höherer Härte lässt sich sowohl eine regelmäßige als auch eine den besonderen Zug- und Druckbeanspruchungen im gekuppelten Zustand Rechnung tragende Verteilung der einzelnen Zonen auf der Oberfläche der Kupplungskugel erreichen. Als zweckmäßig hat sich in diesem Zusammen­ hang ferner erwiesen, wenn die Oberfläche der Kupplungskugel wenigstens zwei Kugelschichten aufweist, die sich in der Anzahl oder/und Lage oder/und Größe der Zonen höherer Härte unterscheiden. So könnte bei­ spielsweise eine einer größeren Druckbelastung ausgesetzte Kugelschicht, etwa im Bereich des oberen Pols der Kupplungskugel, insgesamt härter ausgebildet sein als eine äquatoriale Kugelschicht, die zwar einem geringeren Reibverschleiß unterliegt, dafür aber im Hinblick auf eine gute Verschwenkbeweglichkeit zwischen der Kugelpfanne und der in diese ein­ greifende Kupplungskugel eine höhere Elastizität erfordert.

Um die Zonen höherer und niedrigerer Härte auf der Oberfläche der Kupp­ lungskugel kostengünstig ausbilden zu können, kann die Kupplungskugel aus einem wärmebehandelbaren Material, wie etwa Sphäroguss oder schmiedbarer Stahl, gefertigt sein. Als besonders geeignete Wärmebehand­ lungsverfahren für die Kupplungskugel haben sich das Einsatzhärten, Induktivhärten, Nitrieren oder Beschichten mit einem harten Material, wie etwa Nickel, bewährt. Die Zonen höherer bzw. niedrigerer Härte können vorteilhafterweise durch lokales Erwärmen der Kupplungskugel, vorzugs­ weise mittels eines Lasers, gehärtet werden. Hierfür geeignete Laser sind beispielsweise CO₂-Laser, Nd-YAG-Laser oder Halbleiter-Laser, die in der Regel eine mittlere Dauerstrichleistung beziehungsweise gepulste Leistung von wenigstens 2 kW besitzen.

Die Laserhärtung hat gegenüber herkömmlichen Härtungsverfahren den Vor­ teil, dass die Erwärmungszone sehr scharf begrenzt werden kann, wodurch sich die Zonen höherer und niedrigerer Härte auf der Oberfläche der Kupplungskugel präzise gestalten lassen. Darüber hinaus ist es mittels eines Lasers auf einfache Art und Weise möglich, eine vom Zentrum des Laser­ flecks zu dessen Randbereichen hin abfallende Leistungsdichte einzustellen, so dass sich ein allmählicher Übergang im Härteprofil von den Zonen höherer Härte zu den Zonen niedriger Härte hin erreichen lässt. Weiterhin bietet die Verwendung eines in seiner Leistung gewöhnlich einfach zu regulierenden Lasers den Vorteil, die Zonen niedrigerer Härte ohne großen Aufwand entweder gänzlich ungehärtet lassen oder mit einer geringeren Härte als die Zonen höherer Härte versehen zu können.

Alternativ zu dem vorstehend angesprochenen wärmebehandelbaren Material kann die Kupplungskugel grundsätzlich aber auch aus einem Verbundwerkstoff oder jedem anderen geeigneten Material gefertigt sein.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kugelkupplung kann die Kupplungskugel lösbar mit einem an dem Zugfahrzeug befestigten Zapfen verbunden sein. Diese Ausgestaltung bietet die Möglichkeit, die Kupplungskugel auf einfache Art und Weise auszuwechseln, etwa um beschädigte Kupplungskugeln zu ersetzen. Zudem können auf diese Weise aber auch Kupplungskugeln mit unterschiedlich gehärteten Oberflächen oder mit verschieden großen Durchmessern von beispielsweise 40 mm, 50 mm oder 80 mm ohne aufwendige Umrüstarbeiten vorgesehen werden.

Zu den vorstehend diskutierten Zwecken kann es ferner nützlich sein, die Kupplungskugel auf den Zapfen aufstecken zu können, um eine praxis­ gerechte Handhabung sicherzustellen. Zweckmäßigerweise kann die Kupp­ lungskugel durch eine Schraubverbindung an dem Zapfen angeordnet sein, wodurch sich eine sichere Verbindung von Zapfen und Kupplungskugel erreichen lässt. Voteilhaft kann es ferner sein, die Kupplungskugel und den Zapfen drehfest miteinander zu verbinden, so dass die während des Betriebs im gekuppelten Zustand erscheinende Reibbeanspruchung vornehmlich zwi­ schen Kupplungskugel und aufgesattelter Kugelpfanne und nicht zwischen Kupplungskugel und Zapfen auftritt.

In Weiterbildung der Kugelkupplung wird darüber hinaus vorgeschlagen, den Zapfen zwischen seinem der Kupplungskugel zugewandten einen Ende und dem am Zugfahrzeug befestigten anderen Ende mit einer absatzförmigen Verbreiterung zu versehen, die als Auflage für die Kupplungskugel und eine am Zugfahrzeug angeordnete Lagereinrichtung dienende Ringflächen auf­ weist. Das Vorsehen dieser Ringflächen ermöglicht einen nahezu spielfreien Sitz der Kupplungskugel auf dem Zapfen bzw. des Zapfens auf der Lager­ einrichtung. Dies trägt zu einer ruckelfreien und damit verschleißarmen Verbindung zwischen Kupplungskugel und Kugelpfanne bei.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann ferner vorgesehen sein, dass zwischen der Kupplungskugel und der dieser zugewandten Ringfläche der absatzförmigen Verbreiterung oder/und zwischen der Lagereinrichtung und der dieser zugewandten Ringfläche der absatzförmigen Verbreiterung eine Unterlegscheibe vorgesehen ist, um fertigungsbedingte Ungenauigkeiten oder einen durch Verschleiß mit der Zeit entstehenden Spielraum ohne großen Aufwand kompensieren zu können.

Als besonders geeignet hat sich in diesem Zusammenhang zudem erwiesen, wenn die Kupplungskugel an dem an der Ringfläche anliegenden Abschnitt oder/und an dem diesem diametral gegenüberliegenden Pol abgeplattet ist, da sich auf diese Weise neben einer einfachen Fertigung von Kupplungs­ kugel und korrespondierender Ringfläche des Zapfens auch eine günstige Spannungsverteilung innerhalb der Kupplungskugel erreichen lässt.

Im Hinblick auf eine einfache und kostengünstige Fertigung kann es ferner vorteilhaft sein, zwischen der Kupplungskugel und denn Zapfen eine den Zapfen im Inneren der Kupplungskugel radial umschließende Hülse anzu­ ordnen. Durch das Vorsehen einer solchen Hülse lässt sich zum einen ein gegebenenfalls zwischen Kupplungskugel und Zapfen vorhandenes Spiel ausgleichen, wodurch höhere Fertigungstoleranzen von Kupplungskugel und Zapfen zugelassen werden können. Je nach verwendetem Material kann die Hülse zum anderen auch dazu beitragen, eine zwischen Kupplungskugel und Zapfen auftretende Korrosion zu vermeiden.

Um eine einfache Montage zu gewähren, kann es überdies zweckmäßig sein, den Zapfen einstückig auszubilden. Hierzu kann es außerdem zweck­ dienlich sein, wenn der Zapfen mit der Lagereinrichtung verschweißt, verschraubt oder als an dieser sicherbarer Steckbolzen ausgestaltet ist.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Ankuppeln eines Nachlauffahrzeugs an ein Zugfahrzeug, insbesondere im land- und forstwirtschaftlichen Bereich, die mit einer am Zugfahrzeug angeordneten Kupplungskugel und einer am Nachlauffahrzeug angeordneten Kugelpfanne, welche zur Bildung einer gelenkigen Verbindung zumindest formschlüssig miteinander in Eingriff stehen. Diese Vorrichtung macht sich die Eigenschaften und Vorteile der vorstehend beschriebenen Kugelkupplung zu Nutze und ist daher gleichfalls für verhältnismäßig hohe Stütz- und Anhängelasten geeignet.

Vorteilhafterweise kann die auf die Kupplungskugel aufgesetzte Kugelpfanne durch einen Niederhalter fixierbar sein, um eine zuverlässige Verbindung zwischen Zugfahrzeug und Nachlauffahrzeug auch in unebenem Gelände sicherzustellen. Dabei ergibt sich ein zusätzlicher Kraftschluss zwischen Kupplungskugel und Kugelpfanne. Wenn der Niederhalter in Weiterbildung der Vorrichtung durch ein am Zugfahrzeug angeordnetes und vorzugsweise hydraulisch oder pneumatisch bewegbares Hebelwerk betätigbar ist, so wird hierdurch zum einen eine Fernbetätigbarkeit der Kupplungsvorrichtung ermöglicht und kann zum anderen ein ausreichender Kraftschluss zwischen Kupplungskupgel und Kugelpfanne sichergestellt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung kann die der Kupplungskugel zugewandte Innenfläche der Kugelpfanne wenigstens eine Zone höherer Härte und wenigstens eine Zone niedrigerer Härte aufweisen. Hinsichtlich der Vorteile dieser Ausführungsvariante sei hiermit ausdrücklich auf die vorstehende Diskussion der Ausgestaltung der Oberfläche der Kupplungskugel verwiesen.

Selbstverständlich kann die Ausführung der Innenfläche der Kugelpfanne mit Zonen höherer und niedrigerer Härte alternativ oder zusätzlich zu einer entsprechenden Ausbildung der Kupplungskugel vorgesehen werden. Für den letztgenannten Fall wird vorgeschlagen, die wenigstens eine Zone höherer Härte und die wenigstens eine Zone niedrigerer Härte der Innen­ fläche der Kugelpfanne derart anzuordnen, dass über einen vorgegebenen Verschwenkbereich zwischen Kupplungskugel und Kugelpfanne sich eine Zone höherer Härte der Innenfläche der Kugelpfanne im Bereich einer Zone niedrigerer Härte der Oberfläche der Kupplungskugel bewegt und umge­ kehrt. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Zonen höherer Härte von Kupplungskugel und Kugelpfanne aufeinander zu liegen kommen. Dies ist insbesondere im Hinblick auf ein gutes Gleitvermögen von Kupplungs­ kugel und Kugelpfanne von Vorteil.

Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden. Es stellt dar:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Anhänger­ kupplung gemäß der Linie I-I in Fig. 5;

Fig. 2a eine Draufsicht auf eine Kupplungskugel mit schematisch dargestellten Zonen höherer und niedrigerer Härte;

Fig. 2b eine Seitenansicht der Kupplungskugel gemäß Fig. 2a;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Anhängerkupplung gemäß Fig. 1 bei aufgesetzter und durch einen Niederhalter fixierter Kugelpfanne;

Fig. 4a eine Seitenansicht einer Kugelpfanne;

Fig. 4b eine Draufsicht der Kugelpfanne gemäß Fig. 4a;

Fig. 5a eine Seitenansicht der an einer Lagereinrichtung befestigten Anhängerkupplung und des durch ein Hebelwerk betätigbaren Niederhalters; und

Fig. 5b eine Vorderansicht der Anordnung gemäß Fig. 5a.

Die in Fig. 1 dargestellte Kugelkupplung 1 weist einen einstückig aus­ gebildeten Zapfen 10 und eine Kupplungskugel 20 mit einem Durchmesser von ca. 80 mm auf. Die beispielsweise aus Sphäroguss gefertigte Kupplungskugel 20 ist an ihrem dem Zapfen 10 abgewandten Pol 26b abgeplattet und mit einer sich axial erstreckenden Bohrung 21 versehen. Die Bohrung 21 mündet in eine Ausnehmung 22, in die das der Kupplungskugel 20 zugewandte Ende des Zapfens 10 eingesteckt ist. Das andere Ende des Zapfens 10 greift in eine Ausnehmung 31 einer an einem Zugfahrzeug angeordneten Lagereinrichtung 30 ein und ist durch Schweißnähte 32 gesichert. Zwischen der Kupplungskugel 20 und der Lagereinrichtung 30 weist der Zapfen 10 eine absatzförmige Verbreiterung 11 auf, an deren Ober- und Unterseite Ringflächen 12, 13 ausgebildet sind. Die Ringfläche 12 bildet eine Auflage für die Kupplungskugel 20, die an ihrem an der Ringfläche 12 anliegenden Abschnitt 26a gleichfalls abgeplattet ist. Die Ringfläche 13 hingegen stellt eine Auflage für die Lagereinrichtung 30 dar.

Der Zapfen 10 ist ferner mit einer ihn in axialer Richtung mittig durch­ setzenden und ein Innengewinde 15 aufweisenden Bohrung 14 versehen, die mit der Bohrung 21 der Kupplungskugel 20 fluchtet. Die Bohrung 21 weist im Bereich des Pols 2% der Kupplungskugel 20 einen Absatz 21a auf. Ein in die Bohrung 21 versenkte Schraube 40 greift in das Innengewinde 15 ein und verspannt die Kupplungskugel 20 und den Zapfen 10 miteinander. Um die auf diese Weise lösbar miteinander verbundenen Kupplungskugel 20 und Zapfen 10 drehfest zusammenzufügen, sind die Ausnehmung 22 der Kupplungskugel 20 und das in diese ragende Ende des Zapfens 10 mit einem polygonalen, beispielsweise quadratischen, Querschnitt versehen. Zwischen der Ringfläche 12 des Zapfens 10 und dem abgeplatteten Abschnitt 26a der Kupplungskugel 20 ist weiterhin eine Unterlegscheibe 50 angeordnet, durch die etwaig vorhandene fertigungs- oder verschleiß­ bedingte Spielräume zwischen der Kupplungskugel 20 und dem Zapfen 10 bzw. zwischen der Kupplungskugel 20, der Kugelpfanne 60 und dem Niederhalter 70 ausgeglichen werden.

Wie in den Fig. 2a und 2b zu erkennen ist, weist die Kupplungskugel 20 eine Oberfläche 23 auf, die mit im wesentlichen als punktförmige Flächen ausgebildeten Zonen höherer Härte 24 und mit diese voneinander separie­ renden Zonen niedriger Härte 25 versehen ist. Die Zonen höherer Härte 24 sind durch Laserhärtung gefertigt, um eine lokal begrenzte Härtung zu erzielen. Die unter Umständen zuvor von ihrer Gusshaut befreite Oberfläche 23 der Kupplungskugel 20 wird dabei von dem Lichtstrahl beispielsweise eines CO₂-Lasers mit ca. 3 kW mittlerer Dauerstrich-Leistung ausschließlich in den Zonen höherer Härte 24 erwärmt. Die Zonen niedrigerer Härte 25 bleiben in diesem Fall somit ungehärtet. Je nach Anwendungsfall können jedoch auch die Zonen niedrigerer Härte 25 lasergehärtet werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, vor der Laserhärtung die gesamte Kupplungs­ kugel 20 einer Wärmebehandlung, wie etwa Aufkohlen oder Nitrieren, zu unterziehen, um auch den Zonen niedrigerer Härte 25 eine für die auftretenden Beanspruchungen ausreichende Härte zu verleihen.

Den Fig. 2a und 2b ist außerdem zu entnehmen, dass mehrere Zonen höherer Härte 24 hintereinander auf Parallelkreisen 27a angeordnet sind, welche die Oberfläche 23 der Kupplungskugel 20 parallel umrunden. Der Abstand zweier hintereinander befindlichen Zonen höherer Härte 24 beträgt dabei ca. 15°, wie aus Fig. 2a ersichtlich ist. Die Zonen höherer Härte 24 befinden sich zugleich auf Meridianen 27b, welche die Parallelkreise 27a senkrecht schneiden. Im Bereich einer dem Pol 26b zuwandten Kugelschicht 28a der Kupplungskugel 20 sind die Zonen höherer Härte 24 derart ange­ ordnet, dass sie sowohl auf jeweils zwei benachbarten Parallelkreisen 27a als auch auf jeweils zwei benachbarten Meridianen 27b relativ zueinander versetzt sind. Auf diese Weise ergibt sich eine im Hinblick auf die in diesem Bereich der Kupplungskugel 20 während des Betriebs auftretende Beanspru­ chung optimierte Verteilung der Zonen höherer Härte 24. In einer sich äquatorwärts an die Kugelschicht 28a anschließenden Kugelschicht 28b hingegen sind die Zonen höherer Härte 24 in einem größeren Abstand zueinander verteilt. Dies trägt dazu bei, dass in diesem Bereich der Kupplungskugel 20 das für die während des Fahrbetriebs erforderliche Verschwenkbeweglichkeit gute Gleitvermögen zwischen der Kugelkupplung 1 und einer auf diese aufgesattelten Kugelpfanne 60 stärker zum Vorschein kommt.

In der Darstellung gemäß Fig. 3 ist eine Vorrichtung zum Ankuppeln eines Nachlauffahrzeugs an ein Zugfahrzeug im land- und forstwirtschaftlichen Bereich zu erkennen, welche eine Kupplungskugel 20, eine Kugelpfanne 60 und einen Niederhalter 70 umfasst. Wie besonders aus den Fig. 4a und 4b ersichtlich, weist die Kugelpfanne 60 eine die Kupplungskugel 20 zur Bildung einer gelenkigen Verbindung formschlüssig umgreifende Vertiefung 64 auf, deren Innendurchmesser in etwa dem Durchmesser der Kupplungs­ kugel 20 entspricht, so dass die Innenfläche 65 der Vertiefung 64 im gekuppelten Zustand auf der Oberfläche 23 der Kupplungskugel 20 anliegt. An die Vertiefung 64 der durch Gießen oder Schmieden gefertigten und daher einstückigen Kugelpfanne 60 schließt sich ein halsförmiges Ver­ bindungsstück 63 an, das in eine Platte 61 oder in einen nicht dargestellten orthogonalen Flansch mündet. Die Platte 61 ist mit Bohrungen 62 versehen, die der Befestigung der Kugelpfanne 60 an einem Nachlauffahrzeug, etwa einem Anhänger, dienen.

Die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung weist ferner einen Niederhalter 70 auf, der im gekuppelten Zustand die Kugelpfanne 60 auf die Kupplungskugel 20 drückt. Durch den hierdurch bedingten zusätzlichen Kraftschluss ist eine zuverlässige Verbindung zwischen Kugelpfanne 60 und Kupplungskugel 20 sichergestellt, die den im land- und forstwirtschaftlichen Bereich auf­ tretenden Anforderungen an eine hohe Stütz- und Anhängerlast genügt. So können beispielsweise Stützlasten von mehr als 3 t und Anhängerlasten von mehr als 30 t bewerkstelligt werden. Die Fig. 5a und 5b lassen überdies erkennen, dass der Niederhalter 70 durch einen an der Lagereinrichtung 30 des Zugfahrzeugs angeordneten Stecker 71 fixiert ist.

Mit der zuvor beschriebenen Kugelkupplung 1 und der eine solche Kugel­ kupplung 1 verwendenden Vorrichtung zum Ankuppeln eines Nachlauffahrzeugs an ein Zugfahrzeug lassen sich vergleichsweise hohe Stütz- und Anhängerlasten und ein geringer Verschleiß erzielen. Grund hierfür ist in erster Linie, dass die Kupplungskugel 20 mit Zonen höherer und niedrigerer Härte 24, 25 versehen ist. Darüber hinaus tragen die spezielle Anordnung der Zonen höherer und niedrigerer Härte 24, 25 auf der Oberfläche 23 der Kupplungskugel 20 zu einer beanspruchungsgerechten Gestaltung bei, wodurch sich geringe Wartungs- und Instandhaltungskosten sowie eine hohe Standzeit erzielen lassen. Die robuste und damit langlebige Kugel­ kupplung 1 respektive Vorrichtung erlaubt vergleichsweise hohe Fahr­ geschwindigkeiten selbst in schwierigem Gelände und gewährt ein sicheres und schnelles An- und Abkuppeln.

Claims (24)

1. Kugelkupplung (1) zum Ankuppeln eines Nachlauffahrzeugs an ein Zugfahrzeug, insbesondere im land- und forstwirtschaftlichen Bereich, mit einer am Zugfahrzeug angeordneten Kupplungskugel (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (23) der Kupplungs­ kugel (20) wenigstens eine Zone höherer Härte (24) und eine Zone niedrigerer Härte (25) aufweist.

2. Kugelkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zone höherer Härte (24) oder/und die wenigstens eine Zone niedrigerer Härte (25) als punkt- oder linienförmige Fläche ausgebildet ist bzw. sind.

3. Kugelkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Zonen höherer Härte (24) hintereinander und durch Zonen niedrigerer Härte (25) voneinander getrennt auf die Oberfläche (23) der Kupplungskugel (20) zueinander parallel verlaufend umrundenden Kreisen (27a) angeordnet sind.

4. Kugelkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Zonen höherer Härte (24) hintereinander und durch Zonen niedrigerer Härte (25) voneinander getrennt auf die parallelen Kreise (27a) senkrecht schneidenden meridionalen Kreisbögen (27b) angeordnet sind.

5. Kugelkupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Zonen höherer Härte (24) auf den parallelen Kreisen (27a) und meridionalen Kreisbögen (27b) auf wenigstens zwei benachbarten parallelen Kreisen (27a) oder/und auf wenigstens zwei benachbarten meridionalen Kreisbögen (27b) voneinander verschieden ist.

6. Kugelkupplung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zonen höherer Härte (24) auf zumindest zwei benachbarten parallelen Kreisen (27a) oder/und auf zumindest zwei benachbarten meridionalen Kreisbögen (27b) relativ zueinander versetzt angeordnet sind.

7. Kugelkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (23) der Kupplungs­ kugel (20) wenigstens zwei Kugelschichten (28a, 28b) aufweist, die sich in der Anzahl oder/und Lage oder/und Größe der Zonen höherer Härte (24) unterscheiden.

8. Kugelkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungskugel (20) aus einem wärmebehandelbaren Material, vorzugsweise Sphäroguss, gefertigt ist.

9. Kugelkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zone höherer Härte (24) oder/und die wenigstens eine Zone niedrigerer Härte (25) durch lokales Erwärmen der Kupplungskugel (20), vorzugsweise mittels eines Lasers, gehärtet ist.

10. Kugelkupplung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungskugel (20) lösbar mit einem an dem Zugfahrzeug befestigten Zapfen (10) verbunden ist.

11. Kugelkupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungskugel (20) auf den Zapfen (10) aufgesteckt ist.

12. Kugelkupplung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungskugel (20) durch eine Schraubverbindung (40) mit dem Zapfen (10) verbindbar ist.

13. Kugelkupplung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungskugel (20) und der Zapfen (10) drehfest miteinander verbunden sind.

14. Kugelkupplung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (10) zwischen seinem der Kupplungskugel (20) zugewandten einen Ende und dem am Zugfahr­ zeug befestigten anderen Ende mit einer absatzförmigen Verbrei­ terung (11) versehen ist, die als Auflage für die Kupplungskugel (20) und eine am Zugfahrzeug angeordnete Lagereinrichtung (30) dienende Ringflächen (12, 13) aufweist.

15. Kugelkupplung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kupplungskugel (20) und der dieser zugewandten Ringfläche (12) der absatzförmigen Verbrei­ terung (11) oder/und zwischen der Lagereinrichtung (30) und der dieser zugewandten Ringfläche (13) der absatzförmigen Verbreiterung (11) eine Unterlegscheibe (50) vorgesehen ist.

16. Kugelkupplung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungskugel (20) an dem an der Ringfläche (12) anliegenden Abschnitt (26a) oder/und an dem diesem diametral gegenüberliegenden Pol (26b) abgeplattet ist.

17. Kugelkupplung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kupplungskugel (20) und dem Zapfen (10) eine den Zapfen (10) im Inneren der Kupplungskugel (20) radial umschließende Hülse angeordnet ist.

18. Kugelkupplung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (10) einstückig ausgebildet ist.

19. Kugelkupplung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (10) mit der Lagereinrich­ tung (30) verschweißt, verschraubt oder als an dieser sicherbarer Steckbolzen ausgestaltet ist.

20. Vorrichtung zum Ankuppeln eines Nachlauffahrzeugs an ein Zugfahr­ zeug, insbesondere im land- und forstwirtschaftlichen Bereich, mit einer am Zugfahrzeug angeordneten Kugelkupplung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 und einer am Nachlauffahrzeug angeordneten Kugelpfanne (60), die zur Bildung einer gelenkigen Verbindung mit der Kupplungskugel (20) zumindest formschlüssig in Eingriff bringbar ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Kupplungskugel (20) aufgesetzte Kugelpfanne (60) durch einen Niederhalter (70) fixierbar ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (70) durch ein am Zugfahrzeug angeordnetes Steckersystem (71) in seiner geschlos­ senen Stellung fixierbar ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die der Kupplungskugel (20) zuge­ wandte Innenfläche (65) der Kugelpfanne (60) wenigstens eine Zone höherer Härte und eine Zone niedrigerer Härte aufweist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zone höherer Härte und die wenigstens eine Zone niedrigerer Härte der Innenfläche (65) der Kugelpfanne (60) derart angeordnet sind, dass über einen vorgegebenen Verschwenkbereich zwischen Kupplungskugel (20) und Kugelpfanne (60) sich eine Zone höherer Härte der Innenfläche (65) der Kugelpfanne (60) im Bereich einer Zone niedrigerer Härte (25) der Oberfläche (23) der Kupplungskugel (20) bewegt und umgekehrt.