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Die
Erfindung betrifft eine gegen Überlast
gesicherte Kupplungsvorrichtung und ein handgeführtes Arbeitsgerät mit einer
solchen Kupplungsvorrichtung.
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Kupplungsvorrichtungen
mit Schutzmaßnahmen
gegen hohe Kräfte
zwischen kraftübertragenden,
insbesondere drehmomentübertragenden Kupplungsteilen
sind als Rutschkupplungen oder drehmomentbegrenzende Kupplungen
in vielen Ausführungen
bekannt. Unter den Ausführungen
zur Drehmomentübertragung
zwischen zwei um eine gemeinsame Rotationsachse rotierenden Kupplungsteilen
mit in einem ersten Kupplungsteil unter Einwirkung einer Federkraft
stehenden Mitnehmerelementen, welche im Kupplungseingriff an Flanken
von Mitnehmerstrukturen eines zweiten Kupplungsteils anliegen und
bei hohen Drehmomenten, z. B. bei Blockieren eines über die
Kupplungsvorrichtung angetriebenen Werkzeugs entgegen der Federkraft
aus den Mitnehmerstrukturen ausrücken,
sind insbesondere auch Ausführungen
bekannt, bei welchen auf Seiten des ersten Kupplungsteils in zur
Rotationsachse parallelen Führungen
Kugeln als einfache und kostengünstige
Mitnehmerelemente geführt
sind. Typischerweise sind in mehreren um die Rotationsachse gruppierten
Führungen
zwei Kugeln hintereinander positioniert, von welchen die dem zweiten
Kupplungselement zu weisende Kugel als Mitnehmerelement sowohl an
einer Flanke der Mitnehmerstruktur des zweiten Kupplungsteils als
auch an der Führung in
dem ersten Kupplungsteil anliegt und die zweite Kugel als Verbindungselement
zu der Federanordnung dient. Solche Kupplungsvorrichtungen sind
einfach und kostengünstig
aufgebaut und von geringem Gewicht. Diese Kupplungsvorrichtungen
erweisen sich als verschleißanfällig.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Kupplungsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen
Art und ein handgeführtes
Arbeitsgerät mit
einer solchen Kupplungsvorrichtung anzugeben.
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Erfindungsgemäße Lösungen sind
in den unabhängigen
Ansprüchen
angegeben. Die abhängigen
Ansprüche
enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
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Der
Einsatz von Stiften, insbesondere Zylinderstiften als Mitnehmerelemente
bringt mit einfachen Mitteln besondere Vorteile. Insbesondere zeigt sich überraschend,
dass der Verschleiß,
welcher bei den bekannten Kupplungsvorrichtungen insbesondere an
den dem zweiten Kupplungsteil zugewandten Enden der Führungen
des ersten Kupplungsteils auftreten, bei der Verwendung der Stifte
nicht störend
in Erscheinung tritt. Die Stifte, worunter auch Bolzen oder sonstige
Bauelemente mit ähnlicher
Form mit in einer Längsrichtung
größerer Abmessung
als in Querrichtung verstanden seien, ermöglichen ferner eine größere Gestaltungsfreiheit
beider Dimensionierung der Kupplungsvorrichtung, da das Verhältnis von
Längsabmessung
zu Querabmessung, welche bei der Verwendung der Kugeln zwingend
ganzzahlig ist, an sich beliebig wählbar ist und vorzugsweise zwischen
1,5 und 3 liegt.
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Die
Stifte sind vorzugsweise als Zylinderstifte mit kreisförmigem Querschnitt
ausgeführt.
Die Stifte weisen an ihrem dem zweiten Kupplungsteil zugewandten
Ende vorteilhafterweise gerundete oder angefaste Kanten auf, vorzugsweise
mit einem Plateau bei der Mittellängsachse. Vorteilhafterweise
sind die Stifte mit zwei gleich gestalteten Stiftenden symmetrisch
ausgeführt.
Ein Übergang von
einer Rundung oder Fase der Stiftenden zu einem zylindrischen Mittelteil
liegt in der Eingriffsposition der beiden Kupplungsteile vorzugsweise
außerhalb
der Führungen. Die
Stifte sind vorteilhafterweise gehärtet.
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In
vorteilhafter Ausführung
ist ein Kupplungsteil ein Außenrad
eines Planetengetriebes nach Art einer Hülse, an deren einer Struktur
eine Kontur mit den Mitnehmerflanken ausgebildet ist. Das Außenrad ist
vorteilhafterweise in einem Gehäuse
drehbar eingesetzt und ist im Zustand des gegenseitigen Eingriffs
der beiden Kupplungsteile vorzugsweise bezüglich des Gehäuses feststehend.
Bei Überlast,
d. h. bei einem zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle zu übertragenden
Drehmoments über
einen Grenzwert werden die Stifte entgegen der Federkaft der Federanordnung
durch die Mitnehmerflanken der Kontur des Hohlrads in axialer Richtung
verschoben und das Hohlrad dreht sich relativ zu dem ersten Kupplungsteil.
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Die
Federanordnung zur Erzeugung der axialen Federkraft kann in vorteilhafter
Ausführung
gewellte Federscheiben und/oder Tellerfedern enthalten.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei
zeigt:
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1 eine
Kupplungsvorrichtung aus dem Stand der Technik,
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2 eine
radiale Ansicht von Mitnehmerelementen und Mitnehmerkontur zu 1,
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3 eine
erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung,
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4 eine
radiale Ansicht zu 3,
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5 einen
vergrößerten Zylinderstift
als Mitnehmerelement.
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In 1 ist
eine bekannte Ausführung
einer Kupplungsvorrichtung skizziert, bei welcher in einem Gehäuse GE eine
zweistufige Planeten-Getriebeanordnung vorliegt. Hierbei ist ein
für beide
Getriebestufen gemeinsames Hohlrad HR als ein zweites Kupplungsteil
ausgeführt,
welches in Eingriffstellung der Kupplung zur Übertragung eines Drehmoments
von einer von links in das Gehäuse
einsteckbaren Antriebswelle AW zu einer rechts aus dem Gehäuse herausragenden
Abtriebswelle BW relativ zum Gehäuse
feststeht. Hierfür
zeigt das Hohlrad HR an seiner in 1 nach rechts
weisenden Stirnfläche
eine Kontur KO, welche mehrere Mitnehmerflanken aufweist. Die Mitnehmerflanken
liegen an Mitnehmerkugeln MK an, welche in Führungen KF eines ersten Kupplungsteils
K1 parallel zur Drehachse LA der Getriebeanordnung längsverschiebbar
geführt
sind. In den Führungen
sind in Längsrichtung
zwei Kugeln hintereinander angeordnet. Eine Federanordnung FA drückt die
Kugeln in der Führung
KF in Richtung der Kontur des Hohlrads. Vorzugsweise weist das erste Kupplungsteil
K1 eine Mehrzahl solcher Führungen KF
auf, welche um gleiche Winkel gegeneinander versetzt gleichmäßig um die
Längsachse
LA versetzt angeordnet sind. In entsprechender Weise zeigt das Hohlrad
HR als zweites Kupplungsteil in der Kontur KO an seiner dem ersten
Kupplungsteil zuweisenden Stirnfläche mehrere gleichmäßig um die
Längsachse LA
versetzt angeordnete Mitnehmerflanken.
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In 2 ist
die Kupplungsvorrichtung mit erstem Kupplungsteil K1 und Hohlrad
HR als zweitem Kupplungsteil ausschnittsweise in radialer Ansicht
dargestellt, wobei 2(A) die Kupplungsvorrichtung
mit in der Kontur KO in Eingriff befindlichen Mitnehmerkugeln MK
als Mitnehmerelemente und 2(B) die
Kupplungsvorrichtung in aus der Kontur KO ausgerückter Position der Mitnehmerelemente MK
nach Auftreten einer Überlast
zeigt. Die Kontur KO weist als wesentliche Elemente gegen das erste Kupplungsteil
K1 in der Stirnseite des Hohlrads zurückspringende Mitnehmerflanken
MF auf, an welchen im eingerückten
Zustand die Mitnehmerkugel MK nach 2(A) anliegt.
Die Mitnehmerkugel MK ist zugleich an einer seitlichen Wandfläche der
Führung
KF des ersten Kupplungsteils K1, welches drehfest mit dem Gehäuse GE verbunden
ist, abgestützt. Das
Hohlrad HR als zweites Kupplungsteil ist in dieser eingerückten Stellung
der Kupplungsvorrichtung gleichfalls bezüglich des Gehäuses GE
feststehend und fängt
ein Drehmoment über
die an der Innenverzahnung des Hohlrades abrollenden Planetenräder ab.
Die Kugeln in den Führungen
KF sind durch eine nur schematisch angedeutete Federanordnung FA, welche
beispielsweise als ein Stapel von welligen Federscheiben oder Tellerfedern
ausgeführt
sein kann, in Richtung der Kontur des Hohlrades gedrückt. Ein auf
das Hohlrad HR als zweitem Kupplungsteil wirkendes Drehmoment um
die Längsachse
LA bewirkt über
die schräg
zur Richtungslängsachse
LA verlaufende Mitnehmerflanke LF eine der Federkraft FA der Federanordnung
entgegen gerichtete Kraftkomponente auf die Kugel MK, welche bei
Erreichen eines bestimmten Werts dieses Drehmoments dazu führt, dass
die Kugel entgegen der Federkraft der Federanordnung FA in den Führungen
in 1 nach rechts, in 2 nach unten,
gedrückt
wird und das Hohlrad HR sich gegen das erste Kupplungsteil K1 um
die Längsachse
LA verdrehen kann. Diese ausgerückte Position
der Kupplungsvorrichtung ist in 2(B) skizziert,
wo auch eine elastische Komprimierung der Federanordnung FA angedeutet
ist. Das Hohlrad HR dreht sich um einen Winkel entsprechend dem
Winkelversatz benachbarter Führungen
KF im ersten Kupplungsteil bzw. Mitnehmerflanken MF in dem Hohlrad
HR als zweitem Kupplungsteil weiter, worauf die Kugeln wieder in
die Konturen einrücken
und entweder die Drehung des Hohlrades beenden oder bei weiter bestehendem Überlast-Drehmoment
erneut in die ausgerückte
Stellung der Kupplungsvorrichtung entgegen der Federanordnung FA
in die Führungen KF
eingedrückt
werden.
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Es
zeigt sich, dass eine solche bekannte Kupplungsanordnung insbesondere
in den Führungen
KF verschleißanfällig ist.
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In
der erfindungsgemäßen Ausführung nach 3,
wo der Einfachheit halber entsprechende Elemente wie in 1 bei
der bekannten Vorrichtung dargestellt sind, sind als wesentlicher
Unterschied die Mitnehmerelemente als Zylinderstifte MS aufgeführt, welche
in den Führungen
KF in Richtung parallel zur Längsachse
LA verschiebbar geführt
sind. Die Zylinderstifte MS als Mitnehmerelemente liegen wiederum
mit einem Stiftende in der Kontur KO des Hohlrads HR als zweitem
Kupplungsteil ein und an dortigen Mitnehmerflanken MF in eingerücktem Kupplungszustand
an. Die dem ersten Kupplungsteil abgewandten Enden der Zylinderstifte
sind wieder an einer Federanordnung FA abgestützt.
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In 4 sind
radiale Ansichten zu der Anordnung nach 3 entsprechend
den radialen Ansichten nach 2 zu der
bekannten Anordnung skizziert. In dem eingerückten Zustand mit arretiertem Hohlrad
HR nach 4(A) stützt sich der Zylinderstift MS
als Mitnehmerelement zum einen an der Mitnehmerflanke MF der Hohlradkontur
KO und zum anderen an der Wandung der Führung KF in dem ersten Kupplungsteil
K1 ab. Der Zylinderstift MS kann dabei eine gegen den Verlauf der
Wandungen der Führung KF
leicht verkippte Stellung einnehmen. Der Mechanismus des Ausrückens der
Mitnehmerelemente aus der Eingriffsstellung nach 4(A) in
die ausgerückte
Position nach 4(B) ist gleich wie
bei der bekannten Vorrichtung.
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Eine
vorteilhafte Ausführung
solcher Zylinderstifte sieht vor, dass diese an ihrem in die Kontur KO
des Hohlrads eingreifenden Ende eine Anfasung oder vorzugsweise
eine Rundung der Zylinderstirnkanten aufweisen. Vorzugsweise sind
die Zylinderstifte mit gleich ausgebildeten Enden symmetrisch ausgeführt wie
in dem Beispiel in 5 als Seitenansicht eines solchen
Zylinderstiftes dargestellt ist.
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Der
Rundungsradius ZR an den Zylinderstirnkanten des in 5 skizzierten
Zylinderstifts ist vorteilhafterweise geringer als der halbe Zylinderdurchmesser
ZD des Stiftes. Auf diese Weise entsteht an den Enden des Zylinderstifts
ein ebenes Plateau und die Erstreckung der Rundung KR in Längsrichtung
des Stifts ist entsprechend kurz. Die Länge ZL des Zylinderstifts ZD
beträgt
vorteilhafterweise wenigstens das 1,5-fache des Zylinderdurchmessers ZD.
Im Interesse einer kurzen Bauform der Kupplungsvorrichtung beträgt die Länge ZL des
Zylinderstifts maximal das 3-fache des Zylinderdurchmessers ZD.
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Die
Tiefe LK der Kontur KO, welche das Maß des Austritts des Zylinderstifts
aus der Führung
KF in Richtung des Hohlrads HR als zweitem Kupplungsteil bestimmt,
ist vorteilhafterweise größer als
der Rundungsradius ZR an den Enden des Zylinderstifts bzw. der Längserstreckung
einer Anfasung der Stiftenden. Dies bewirkt, dass in der eingerückten Stellung
der Kupplungsvorrichtung nach 4(A) der
Zylinderstift mit der Zylindermantelfläche des zylindrischen Mittelteils
MA an der dem Hohlrad HR zugewandten Kante der Wandung der Führung KF
im ersten Kupplungsteil abgestützt
ist. Der Zylinderstift MS ist vorteilhafterweise gehärtet, so
dass am Zylinderstift keine Formänderungen
auftreten. Ein eventuell bei dem ersten Kupplungsteil K1 an der
dem zweiten Kupplungsteil zuweisenden Kante der Führung KF,
an welcher sich der Zylinderstift abstützt, auftretende Materialverformung
bleibt gering, da bereits eine geringe Verformung zu einer wesentlich
vergrößerten Anlagefläche zwischen
Zylinderstift und Führung
und damit zu einer geringeren Flächenpressung
auf die Kante der Führung
führt.
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Das
erste Kupplungsteil ist wiederum in an sich bekannter Weise vorteilhafterweise
als ein ringförmiger
Körper
ausgeführt,
in welchen die Führungen
KF als nach außen
offene Aussparungen eingebracht sind. Eine Innenwand des Gehäuses schließt die Führungen
KF radial nach außen
ab. Das erste Kupp lungsteil kann vorteilhafterweise aus Aluminium hergestellt
sein, wobei durch die mit den Zylinderstiften gegenüber der
bekannten Anordnung verbesserte Belastungssituation keine funktionsbeeinträchitigende
Verformung des an sich relativ weichen Materials auftritt.
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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.