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Die
Erfindung betrifft eine Überlast-Kupplungsvorrichtung
und ein Gerät
mit einer solchen Überlast-Kupplungsvorrichtung.
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Überlast-Kupplungsvorrichtungen
zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle dienen dazu,
das von Antriebswelle zu Abtriebswelle übertragene Drehmoment auf einen
vorgebbaren Grenzwert zu beschränken,
um z. B. bei einem plötzlichen hohen
Widerstand an einem angetriebenen Werkzeug eine Beschädigung des
Werkzeugs und/oder des Antriebs zu verhindern. Überlast-Kupplungsvorrichtungen mit Drehmomentübertragung
durch Reibschluss zwischen einem ersten und einem zweiten Kupplungsteil,
welche im Überlast-Fall
relativ zueinander um eine Drehachse verdrehbar sind, sind häufig auch
als Rutschkupplungen bezeichnet. Bekannt sind beispielsweise Ausführungen
mit vorgespannten Tellerfedern.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Überlast-Kupplungsvorrichtung,
welche zuverlässig
und verschleißarm
arbeitet und einfach und gewichtarm aufgebaut ist, sowie ein Gerät mit einer
solchen Überlast-Kupplungsvorrichtung
anzugeben.
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Erfindungsgemäße Lösungen sind
in den unabhängigen
Ansprüchen
beschrieben. Die abhängigen
Ansprüche
enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
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Die
erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung
ist einfach und kostengünstig
aufgebaut. Die wesentlichen Elemente der Kupplungsvorrichtung folgen
radial aufeinander, so dass sich vorteilhaft eine sehr geringe axiale
Bautiefe realisieren lässt. Vorteilhafterweise
sind die Ringkörperanordnungen und
die Federan ordnung radial zwischen nicht formveränderlichen Bauteilen der Kupplungsvorrichtung eingeschlossen,
so dass sich eine zuverlässig
einstellbare Andrückkraft
der Ringkörperanordnung
an dem zweiten Kupplungsteil ergibt. Die Ringkörperanordnung ist vorteilhafterweise
drehfest oder zumindest mit einer geringer Verdrehbarkeit relativ
zu dem ersten Kupplungsteil mit diesem gekoppelt. In bevorzugter
Ausführung
greift wenigstens ein radialer Vorsprung des ersten Kupplungsteils
in die Ringkörperanordnung
ein. Erstes und zweites Kupplungsteil seien im folgenden als jeweils
einteiliges Bauteil angenommen, können aber auch aus mehreren
Bauteilen zusammengesetzt sein.
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Vorteilhafterweise
ist die ein Drehmoment übertragende
und begrenzende Reibfläche
zwischen einer radial nach außen
weisenden Fläche
der Ringkörperanordnung
und einer radial nach innen weisenden Fläche des zweiten Kupplungsteils
ausgebildet. Vorzugsweise liegen Ringkörperanordnung und zweites Kupplungsteil
unmittelbar ohne Zwischenfügen
einer Reibbelagschicht aneinander. In bevorzugter Ausführung sind
sowohl Ringkörperanordnung
als auch zweites Kupplungsteil zumindest im Bereich der aneinander
anliegenden Flächen
metallisch.
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Besonders
vorteilhaft ist die Unterteilung einer den an der Reibfläche aneinander
anliegenden Flächen
in Umfangsrichtung in alternierend aufeinanderfolgende erste Winkelabschnitte
mit kreisförmigem
Verlauf, an welchen eine Flächenanlage
gegeben ist, und zweite Winkelabschnitte in Form von Vertiefungen
gegen den kreisförmigen
Verlauf, in welchem eine solche Flächenanlage nicht gegeben ist. Der
Umfangsanteil der Vertiefungen liegt vorteilhafterweise zwischen
20 % und 60 %. Vorteilhafterweise sind jeweils wenigstens drei und
höchstens
fünfzehn erste
und zweite Winkelabschnitte, insbesondere in gleichmäßiger Winkelverteilung
vorgesehen. Die Vertiefungen sind vorzugsweise in der radial nach
außen
weisenden Fläche
ausgebildet, insbesondere als sekantenförmige Abflachungen.
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Die
Federanordnung ist vorteilhafterweise in Umfangsrichtung um die
Drehachse und/oder in Richtung parallel zur Drehachse radial gewellt.
Vorzugsweise ist die Federanordnung metallisch. Die Federanordnung
kann insbesondere durch ein als Toleranzring kostengünstig verfügbares Bauteil
gebildet sein. In anderer Ausführung
kann die Federanordnung ein Elastomer enthalten.
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Die
Kupplungsvorrichtung ist durch den geringen Platzbedarf und das
niedrige Gewicht besonders vorteilhaft zum Einbau in ein handgeführtes Arbeitsgerät, insbesondere
ein Schneidgerät,
wie z. B. eine Heckenschere, bei welchem mit einem plötzlichen
Blockieren des über
die Kupplungsvorrichtung angetriebenen Werkzeugs gerechnet werden
muss.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht.
Dabei zeigt:
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1 eine
achsiale Ansicht einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung,
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2 eine
geschnittene Seitenansicht,
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3 einen
vergrößerten Ausschnitt
aus 1.
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In 1 ist
eine bevorzugte Ausführung
einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung
mit Blickrichtung in Richtung einer Drehachse DA skizziert. 2 zeigt
ausschnittsweise eine geschnittene Seitenansicht entlang II-II von 1.
In 3 ist ein vergrößerter Ausschnitt III aus 1 dargestellt.
Die Kupplungsvorrichtung enthält
insbesondere ein erstes Kupplungsteil K1 und ein zweites Kupplungsteil K2,
wobei im skizzierten Beispiel das erste Kupplungsteil innen liegend
bei der Drehachse angeordnet und von dem zweiten Kupplungsteil umgeben
ist. Zwischen sich radial gegenüber
stehende Flächen K1A
und K2I vom ersten bzw. zweiten Kupplungsteil ist eine Ringkörperanordnung
RA und eine Federanordnung FA eingefügt, wobei die Ringkörperanordnung
mit einer radial nach außen
weisenden Fläche RAA
an einer radial nach innen weisenden Fläche K2I des zweiten Kupplungsteils
K2 anliegt und die Federanordnung sich zwischen einer radial nach
außen
weisenden Fläche
K1A des ersten Kupplungsteils K1 und einer radial nach innen weisenden
Fläche
RAI der Ringkörperanordnung
abstützt
und eine radial nach außen
gerichtete Kraft auf die Ringkörperanordnung
ausübt.
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Das
erste Kupplungsteil K1 ist im skizzierten Beispiel als Scheibe mit
Anschlussstrukturen AS für einen
Werkzeugantrieb ausgeführt
und bildet die Abtriebsseite der Kupplungsvorrichtung. Das zweite Kupplungsteil
K2 ist als ein außen
gezahntes Rad, in dessen Außenverzahnung
z. B. ein Antriebsritzel eines Antriebsmotors kämmen kann, ausgeführt und bildet
die Antriebsseite der Kupplungsvorrichtung. In dem zweiten Kupplungsteil
K2 ist eine zur Drehachse DA konzentrische topfförmige Aussparung ausgebildet,
in welcher Ringkörperanordnung
RA, Federanordnung FA und zweites Kupplungsteil einliegen.
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Die
Ringkörperanordnung
RA ist im skizzierten bevorzugten Beispiel durch einen metallischen Ring
gebildet, welcher sich nahezu vollständig um die Drehachse DA erstreckt
und an einer Stelle durch einen Schlitz RS unterbrochen ist. Der
Schlitz RS nimmt bezüglich
der Drehachse vorteilhafterweise einen Winkel von weniger als 45°, insbesondere
weniger als 15° ein.
Ein radialer Vorsprung MV des ersten Kupplungsteils K1 greift in
den Schlitz ein und bildet eine Mitnehmerstruktur, welche den Ring
RA formschlüssig
mit der Drehung des ersten Kupplungsteils koppelt. Eine geringe
Verdrehbarkeit des Rings gegen das erste Kupplungsteil kann durch
einen in Umfangsrichtung verbleibenden Spalt SP zwischen Ring RA
und Vorsprung MV noch gegeben sein, welche aber im Betrieb keine
besondere Rolle spielt, insbesondere unter der im Regelfall gültigen Annahme, dass
eine Drehmomentübertragung
nur in einem Drehsinn um die Drehachse auftritt und daher der Ring
immer mit einer Schnittfläche
seines Schlitzes RS an dem Vorsprung MV des ersten Kupplungsteils anliegt.
Der Ring RA liegt mit seiner radial nach außen weisenden Umfangsfläche RAA
an der radial nach innen weisenden Gegenfläche K2I des zweiten Kupplungsteils
an und bildet mit dieser die ein Drehmoment um die Drehachse DA übertragende
Reibflächenverbindung.
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Die
nach außen
weisende Fläche
RAA des Rings RA ist vorzugsweise nicht vollständig kreisringförmig, sondern
weist an mehreren Stellen Vertiefungen, insbesondere Abflachungen
AF auf, an welchen keine Berührung
mit der Gegenfläche
K2I gegeben ist. Durch diese Maßnahme
wird aber insgesamt eine auch nach mehrfachen Auslösungen gleichmäßige Flächenberührung des
Rings mit der Gegenfläche K2I
des zweiten Kupplungsteils in den Abschnitten zwischen den Abflachungen
verbessert und ein auch längerfristig
nach mehreren Auslösungen
nur wenig variierendes Auslösedrehmoment
gewährleistet.
Die Abflachungen dienen vorteilhafterweise als Fettdepots.
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Der
Ring RA kann in sich selbst beim Einsatz in die Aussparung AU des
zweiten Kupplungsteils elastisch vorgespannt sein, wenn die Außenfläche RAA
des Rings im entspannten Zustand einen geringfügig größeren Durchmesser besitzt als
die Gegenfläche
K2I. In diesem Falle bewirkt die elastische Verengung des Rings
in der Aussparung AU eine radiale Andrückkraft der Ringfläche RAA
an die Gegenfläche
K2I des zweiten Kupplungsteils.
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Vorzugsweise
ist aber die Andrückkraft
der nach außen
weisenden Fläche
RAA des Rings RA im wesentlichen bestimmt durch die Federanordnung FA
zwischen der radial nach innen weisenden Fläche RAI des Rings RA und der
radi al nach außen
weisenden Fläche
K1A des ersten Kupplungsteils. Diese Kraft ist mit guter Genauigkeit
reproduzierbar vorgebbar. Die radiale Spaltbreite SB zwischen erstem Kupplungsteil
und Ringkörperanordnung,
welche durch die Federanordnung überbrückt ist,
liegt vorteilhafterweise zwischen 1 mm, insbesondere 1,5 mm und
10 mm, insbesondere 5 mm. Die Federanordnung FA zwischen erstem
Kupplungsteil K1 und Ringkörperanordnung
ist vorzugsweise durch einen sogenannten Toleranzring gebildet.
Solche Bauteile sind in vielen Größen und Ausführungen
als Standardbauteile kostengünstig
verfügbar.
Sie bestehen typischerweise aus einem in Umfangsrichtung um die Drehachse
und/oder in Richtung parallel zur Drehachse gewellt verlaufenden
federelastischen Blechring.
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Die
Federanordnung ist bezüglich
der Drehung um die Drehachse DA fest mit dem ersten Kupplungsteil
und der Ringkörperanordnung
gekoppelt und daher nur radial belastet. Ein Verschleiß durch
relative Verdrehung der Federanordnung bezüglich erstem Kupplungsteil
K1 und/oder Ringkörperanordnung
kann daher nicht auftreten.
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In
einem ein Drehmoment um die Drehachse zwischen erstem und zweitem
Kupplungsteil übertragenden
Eingriffszustand der Überlast-Kupplungsvorrichtung
ist die Drehung D2 des zweiten Kupplungsteils über die Haftreibung zwischen
dessen radial nach innen weisender Fläche K2I und der radial nach außen weisenden
Fläche
RAA der Ringkörperanordnung
mit der Drehung der Ringkörperanordnung
und über
den formschlüssigen
Eingriff des Vorsprungs MV in den Schlitz RS der Ringkörperanordnung
an eine Drehung D1 des ersten Kupplungsteils K1 übertragen.
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Überschreitet
das zu übertragende
Drehmoment, z. B. wegen Überlast
auf der werkzeugseitigen Abtriebsseite der Kupplungsvorrichtung
einen vorgegebenen Grenzwert oder Auslösewert, so wird die Haftreibungkraft
zwischen den Flä chen
K2I und RAA überwunden
und zweites Kupplungsteil K2 und Ringkörperanordnung RA drehen sich
bezüglich
der Drehachse DA relativ zueinander. Der Grenzwert ist insbesondere
vorgebbar durch die Materialpaarung der aneinander anliegenden Flächen K2I
und RAA und durch die Federanordnung FA.
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Erstes
und zweites Kupplungsteil können vorzugsweise
im Betrieb gemeinsam um die Drehachse rotieren. Eine Drehmomentübertragung
ist aber auch bei im Betrieb feststehenden Kupplungsteilen möglich, z.
B. wenn eines der Kupplungsteile eine der drei Wellen eine Planetengetriebes
bildet.
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Die
vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen
sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln
als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern im Rahmen fachmännischen
Könnens
in mancherlei Weise abwandelbar. Insbesondere kann die radiale Folge
von erstem Kupplungsteil, Federanordnung, Ringkörperanordnung und zweitem Kupplungsteil
vertauscht sein. Die Ringkörperanordnung
kann mehrere getrennte oder flexibel miteinander verbundene Ringsegmente
aufweisen. Für
die Mitnehmerstruktur zwischen Ringkörperanordnung und erstem Kupplungsteil
sind eine Vielzahl von Geometrien geeignet.