DE2748949B2 - Scherbolzen-Sicherheitsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Scherbolzen-Sicherheitsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art (DE-AS 87 393) ist als Überlastsicherung an einem Pflug vorgesehen, wobei ihre gegeneinander verschwenkbaren Teile dem Grindel bzw. dem Pflugkörperhalter zugeordnet sind Die Gleitbahn für den Scherbolzen ist an dem Pflugkörperhalter vorgesehen, der ein Schermesser trägt, welches den Scherbolzen in dessen Betriebsstellung hintergreift. Der Pflugkörperhalter hat einen durch Anschläge begrenzten Schwenkweg, der so bemessen ist, daß die Gleitbahn den durch Überlastung

. abgescherten Scherbolzen in seiner Führung hält, wenn der Pflugkörperhalter nach dem Abscheren des Bolzens in die AußerbetriebsstelJung schwenkt Aus dieser Freigabestellung kann der Scherbolzen infolge seiner Federbelastung selbsttägig in eine neue Betriebsstellung gelangen, wenn die beiden Teile der Sicherheitsvorrichtung — Grindel und Pflugkörperhalter — gegeneinander in ihre Ausgangslage zurückgeschwenkt werden, beispielsweise durch Zurückstoßen des den Pflug ziehenden Schleppers.

Scherbolzen-Sicherheitsvorrichtungen sind auch in der Ausführung als Wellenkupplung bekannt (DE-AS 10 90 975 und DE-OS 17 82 559). Bei diesen Kupplungen

■0' sind die beiden Kupplungshälften .im Bereich ihrer aneinandergrenzenden Flächen von Scherbolzen durchsetzt, die an dieser Stellung eine Sollbruchstelle haben. Bei der einen bekannten Kupplung (DE-OS 17 82 559)

können die beiden Kupplungshälften nach Überlastung frei gegeneinander drehen; um ihre starre Verbindung wieder herzustellen, müssen die gebrochenen Scherbolzen ausgewechselt werden. Bei der anderen bekannten Kupplung (DE-AS 10 90 975) sind die Scherbolzen federbelastet Nach dem Bruch eines Scherbolzens kann entweder der in Drehrichtung nächstfolgende Scherbolzen oder derselbe, zu diesem Zweck mit mehreren Sollbrucbstellen versehene Schefbolzen unter Federkraft selbsttätig in eine öffnung der anderen Kupplungshälfte einrasten, sobald die beiden Kupplungsteile so weit gegeneinander gedreht sind, daß der Bolzen mit der entsprechenden öffnung fluchtet. Beide Ausführungsformen der Scherbolzenkupplung haben Nachteile: Bei der einen Kupplung müssen die gebrochenen Scherbolzen durch andere Bolzen ersetzt werden, was eine oft mühsame Manipulation bedeutet; bei der anderen Scherbolzenkupplung wird zwar die Betriebsstellung selbsttätig wieder hergestellt, jedoch ist die Trennung der Kupplungshälften im Überlastungsfall immer nur kurzzeitig vorhanden, so daß die folgenden Scherbolzen sofort nach dem Einrasten brechen, wenn der Überlastungszustand langer eis bis zum nächsten Einrasten andauert.

Bei der Erfindung ist daher von der eingangs geschilderten Scherbolzen-Sicherheitsvorrichtung ausgegangen worden, die diese Nachteile nicht aufweist, da der Scherbolzen zwar selbsttätig, aber nur dann in die neue Betriebsstellung gelangen kann, wenn die an dem einen Vorrichtungsteil vorhandene Gleitbahn aus dem Bewegungsweg des Scherbolzens geschwenkt ist. Hierfür muß jedoch die Schwenkbewegung durch Betstigung der Vorrichtung ausgelöst werden, so daß die Betriebsstellung nicht automatisch nach Beendigung des Überlastungszustandes erreicht wird.

« Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung so auszubilden, daß sie zur Übertragung von Drehmomenten geeignet ist und die Verbindung zwischen zwei Wellen in Abhängigkeit vom Eintritt und von der

Beendigung eines Überlastungszustandes trennt bzw. wieder herstellt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen, als Wellenkupplung ausgebildeten Vorrichtung wird durch die Ausbildung der Führungsbahn und die Dimensionierung der Scherbolzensicherung erreicht, daß die bei Überlastung

getrennten Kupplungshälften erst bei einer vorgegebenen, unter dem Normalwert liegenden Drehzahl wieder verbunden werden, so daß der jeweils einrastende Scherbolzen nicht ungewollt überlastet wird und zu Bruch geht. Auch ist hierdurch sichergestellt, daß die anzutreibenden Geräte oder Maschinen nicht bei noch bestehender Überlastung mit hohe* Drehzahl ihrer Antriebswelle anlaufen.

Weitere Merkmaie der Erfindung ergehen sich aus den Unteransprüchen.

Einige Aasführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Landmaschine als Anwendungsbeispiel für die erfindungFgemäße, als Wellenkupplung ausgebildete Sicherheitsvorrichtung,

Fig.2 die in Fig. 1 schematisch angedeutete Wellenkupplung im Axialschnitt,

Fig.3 eine Stirnansicht der Wellenkupplung nach F ig. 2 in Richtung des Pfeiles IH,

Fig.4 eine Wellenkupplung anderer Ausführungsform in einer Darstellung entsprechend F i g. 2,

Fig.5 eine Stirnansicht der Wellenkupplung in Richtung des Pfeiles V in F i g. 4,

Fig.6 eine Teilansicht der Wellenkupplung nach Linie VI-VI in F i g. 5,

F i g. 7 eine weitere Ausführungsform der Wellenkupplung im Axialschnitt.

Die Landmaschine 1 nach F i g. 1 ist eine Kreiselegge, die mit einem Anbaubock 5 an die Dreipunkt-Hebevorrichtung eines Schleppers 4 angeschlossen ist und von dessen Zapfwelle 20 über eine Teleskop-Gelenkwelle 19 und Getriebe 15,16 angetrieben wird. Die Antriebswelle 18 des Getriebes 16 ist mit dem äußeren Gelenk 23 der Gelenkwelle 19 über eine Wellenkupplung 27 verbun- S5 den, die im einzelnen in den F i g. 2 und 3 dargestellt ist.

Die eine Kupplungshälfte 28 der Wellenkupplung 27 enthält eine zylindrische Buchse 29, die mit dem Gelenk 23 der Welle 19 verbunden ist und einen Flansch 30 aufweist, dessen Breite am äußeren Ende etwa einem Drittel des Durchmessers der Buchse 29 entspricht. An der radial außenliegenden Fläche des Flansches 30 ist ein Ring Zl angeschweißt, dessen Achse senkrecht zur Drehachse 29,4 der Wellenkupplung 27 verläuft. Der Ring 31 trägt eine radial zur Kupplungsachse 29Λ ausgerichtete Hülse 32, in der ein Scherbolzen 33 mit einer Scheibe 34 geführt ist. Zwischen dieser Scheibe und einer oberer. Scheibe 36 ist eine Druckfeder 35 angeordnet. Die Scheibe 36 ist an einem Splint 37 abgestützt, der die Hülse 32 durchsetzt und an ihr mit einem schwenkbaren Ring 38 lagegesichert ist.

Der auf dem Flansch 30 der Kupplungshälfte 28 sitzende Ring 31 umgibt das obere Ende einer gehärteten Buchse 39, in der der Scherbolzen 33 mit geringem Spiel geführt ist. Der Scherbolzen 33 verbindet die Kupplungshälfte 28 drehfest mit der anderen Kupplungshälfte 40, die eine Platte 41 aufweist, in die ein Rastglied 42 eingesetzt ist. Das Rastglied ist ebenfalls gehärtet und hat eine Rastausnehmung 43 für den Scherbolzen 33. Der Boden der Rastausnehmung 43 bildet einen Anschlag für den Scherbolzen 33. Das Rastglied 42 schließt bündig mit der kreisringförmigen Außenfläche 4M der zur Kupplungshälfte 40 gehörigen Platte 41 ab. In einer Innenbohrung der Platte 41 sitzt eine Buchse 44, die drehfest mit der Platte 41 verbunden ist und Keilnuten 45 zur drehfesten Aufnahme der Welle 18 aufweist. In die Buchse 29 der Kupplungshälfte 28 ist eine Büchse 46 eingepreßt, welche die Buchse 44 der anderen Kupplungshäfte umgibt und nach Bruch des Scherbolzens 33 ein Gleitlager für die Buchse 44 bildet Die Büchse 46 besteht aus hierfür geeignetem Material. Sie ist gegen Axialverschiebung zur Buchse 44 durch einen Querstift 47 gesichert, der in eine Ringnut 48 eingreift, die in der Buchse 44 und der Büchse 46 ausgebildet ist Eine entsprechende Verbindung könnte auch zwischen der Antriebswelle 18 und der Buchse 44 vorgesehen sein.

Die Wellenkupplung 27 ist für ein bestimmtes, maximales Drehmoment dimensioniert Bei Oberschreiten dieses Drehmomentes wird das in die Rastausnehmung 43 eingreifende Ende des Scherbolzens 33 abgeschert, wonach die beiden Kupplungshälften 28 und 40 gegeneinander drehbar sind. Dabei bildet die kreisringförmige Außenfläche AlA der Kupplungshälfte 40 eine Führungsbahn für das verbliebene Teilstück des Scherbolzens 33, desen abgeschertes Teilstück aus der zur Führungsbahn 41.4 offenen Rastausnehmung 43 herausfällt

Die lichte Weite a der Rastausnehmung 43 ist auf die Kraft der Feder 35 so abgestimmt, daß der Scherbolzen 33 bei normaler Drehzahl der Kupplungshälfte 28 nicht einrasten kann. Erst wenn die Drehzahl der Kupplungshälfte 28 — durch Abschalten des Antriebs der Zapfwelle 20 — auf einen bestimmten Wert verringert wird, kam der Scherbolzen 33 wieder in die Rastausnehmung 43 eingreifen und damit die beiden Kupplungshälften erneut drehfest verbinden. Diese kritische Drehzahl liegt vorzugsweise unterhalb der minimalen Leerlaufdrehzahl des Schleppermotors. Der Scherbolzen 33 kann darum nach Bruch durch Überlastung und Absinken der Motordrehzahl nicht schon dann die Verbindung zwischen den beiden Kupplungshälften wieder herstellen, wenn der Motor noch !äuft und die Zapfwelle mit Normaldrehzahl antreibt. An der angeschlossenen Maschine können darum keine Schäden auftreten. Die lichte Weite der Rastausnehmung 43 in tangentialer Richtung ist durch den Faktor Tin der Formel S= 1/2 A T¹ bestimmt. Dabei bezeichnet S den Weg, den der Scherbolzen 33 zum Erreichen der drehfesten Verbindung der Kupplungshälften in Richtung auf die Drehachse 29A zurücklegt. Der Faktor A ist die von der Feder 35 auf den Scherbolzen 33 wirkende Kraft bei vorgegebener Masse des Scherbolzens. Damit der Faktor A auch nach mehrfachem Abscheren des Scherbolzens 33 konstant bleibt, ist die Feder so zu dimensionieren, daß ihre Federkraft proportional zur Verringerung der Masse des Scherbolzens abnimmt. Die Wellenkupplung kann auch so angeordnet sein, daß die Kupplungshälfte 40 von der Zapfwelle angetrieben wird und die Kupplungshälfte 28 mit der Antriebswelle der Kreiselegge verbunden ist. In diesem Fall kann die Kraft der Feder 35 an die Massenträgheit des Scherbolzens 33 derart angepaßt werden, daß der auf den Scherbolzen wirkende Federdruck gering ist, solange sich die Kupplungshälfte 40 noch dreht. Der Scherbolzen wird dann infolge seiner verringerten Trägheit bei Abnahme der Drehzahl von der Feder in die Rastausnehmung gedrückt.

Da die Rastausnehmung 43 radial zur Kupplungsachse 29A ausgerichtet ist, wird das abgescherte Teilstück des Scherbolzens 33 sofort ausgeworfen, so daß die Rastausnehmung für das erneute Eingreifen des Scherbolzens rechtzeitig freigegeben ist.

Die Wellenkupplung ist besonders für den Einsatz an schwer zugänglichen Stellen geeignet, weil der Scher-

bolzen so dimensioniert ist, daß er erst nach mindestens fünf, vorzugsweise zehn Abscherungen ersetzt werden muß. Für dieses Auswechseln wird der den Splint 37 sichernde Ring 38 umgeklappt, der Splint entfernt und die obere Scheibe 36 mit ucr Feder 35 und dem Reststück des Scherbolzcns 33 nach oben aus der Hülse 32 herausgezogen. Der neue Scherbolzen wird dann einschließlich der Feder 35 von oben eingesteckt und mit dem Splint 37 in seiner Lage gesichert. Es ist zweckmäßig, den Scherbolzen bei der üblichen Wartung der Maschine auszuwechseln.

In den Fig.4 bis 6 ist eine andere Ausführungsform der Wellenkupplung dargestellt, die ebenfalls am Gelenk der Welle 19 angebracht werden kann. Diese Kupplung hat zwei Kupplungshälften 49 und 52, die mit einem von mehreren Scherboizen 50 drehfest miteinander verbunden sind. Jeder Scherbolzen ist in eine zur Kupplungsachse 49/4 radiale Hülse 51 eingesetzt und hat mehrere ringförmige Verschwächungen 5OA als Sollbruchstellen. Zur Federbelastung ist jedem Scherboizen 50 eine Schenkelfeder 53 zugeordnet, die an einer der Stirnflächen der Kupplungshälfte 49 und in der Nähe von deren Mantelfläche gelagert ist und mit ihrem einen Schenkel einen Längsschlitz der Hülse 51 durchsetzt, so daß das Ende dieses Federschenkels auf der Stirnfläche des Scherbolzens 50 mit Druck aufliegt. Die Kupplungshälfte 52 hat einen radialen Flansch 55 mit zylindrischer Mantelfläche 55Λ, in der eine Rastausnehmung 54 für den jeweils eingreifenden Scherboizen vorgesehen ist und die nach Abscheren des Scherbolzens für dessen Reststück eine Führungsbahn bildet. Die Tiefe der Rastausnehmung 54 entspricht dem Abstand zwischen den Verschwächungsstellen 50/4 des Scherbolzens. In die Rastausnehmung 54 ist ein Anschlagstück 56 aus gehärtetem Sahl eingesetzt. Dieses Anschlagstück liegt mit seiner Längsachse parallel zu dem Scherbolzen 50 und hat eine teilz.ylindrische, konkave Wandung, die mit einem Umfangswinkel von etwa 100° einen Teil der Begrenzung der zylindrischen Aufnahmeöffnung für den Rastbolzen 50 bildet, der mit Spiel in dieser öffnung liegt (Fig.6). An die Rastausnehmung 54 schließt eine Auswerföffnung 57 an, deren Wandung 57 A über einen Winkelbereich von etwa 90° bogenförmig gekrümmt zur freien Stirnseite des Flansches 55 verläuft (F i g. 6). Durch diese Auswerföffnung hindurch können die abgescherten Bolzenteile nach außen ausgeworfen werden.

Die Hülsen 51 der Scherbolzen sind an einem mit der Kupplungshälfte 49 verschraubten Profilring 58 aus gehärtetem Stahl befestigt. Der Profilring trägt im Ausführungsbeispiel acht Hülsen 51 mit je einem Scherbolzen 50. Es können auch sechs oder zehn solcher Hülsen vorgesehen sein. Auch kann der Flansch 55 der Kupplungshälfte 52 mehrere Rastausnehmungen aufweisen, in die je einer der Rastboizen eingreift, so daß ein größeres Drehmoment übertragen werden kann.

Die Wellenkupplung rotiert in rfcilriclitung B (Fig.5). Infolge des Verlaufs der Auswerföffnung 57 werden abgescherte Bolzenteile in Richtung der Drehachse 49/4 ausgeworfen. Diese Lage der Auswerföffnung ist zweckmäßig bei Wellenkupplungen, die

κι aufwärts gerichtete Wellen verbinden. Wie bei der schon beschriebenen Ausführungsform muß nach dem Trennen der Kupplungshälften zum erneuten Einrasten eines der Scherbolzen die Drehzahl der antreibenden Welle verringert werden. Der Scherbolzen gelangt dann unter der Kraft der Schenkelfeder 53 in seine Rasisteiiung. Die große Anzahl von Scherboizen ergibt eine hohe Lebensdauer dieser Wellenkupplung. Außerdem ist die Kupplung infolge der gleichmäßig verteilt angeordneten Scherbolzen gut ausgewuchtet

Die Ausführungsform nach F i g. 7 zeigt, daß die Scherbolzen auch parallel zur Drehachse 64 der Kupplung angeordnet sein können. Die beiden Kupplungshälften 59 und 61 liegen mit den Stirnflächen ihrer zylindrischen Flansche 62 bzw. 63 aneinander an, und diese Flansche sind von einem oder mehreren Scherbolzen 60 durchsetzt. Gegen Axialverschiebung sind die beiden Kupplungshälften wie bei der Ausführungsform nach den F i g. 2 und 3 gesichert Ähnlich wie bei dieser Ausführungsform ist der Scherbolzen 60 in einer Hülse 65 gehaltert und hat einen Bund 60/4, gegen den eine Druckfeder 67 drückt, die an einem Querstift 66 abgestützt ist Der Scherbolzen 60 greift in eine Rastausnehmung 68 ein und liegt an deren Boden unter dem Druck der Feder 67 an. Mit der Rastausnehmung 68 ist ein Auslaßkanal 69 verbunden, der sich etwa tangential zu dem zylindrischen Flansch 62 der Kupplungshälfte 59 erstreckt In der Rastausnehmung kann ein Einsatzstück aus gehärtetem Stahl als Anschlag vorgesehen sein. Auch bei der Kupplung nach

<so F i g. 7 sind mehrere Scherbolzen 60 in zugehörigen Hülsen 65 vorgesehen. Dabei kann die Kupplung so ausgebildet sein, daß je nach dem zu übertragenden Drehmoment ein oder mehrere Scherbolzen in zugehörigen Rastausnehmungen eingreifen. Bei dieser Ausführungsform sind die lichte Weite der Rastausnehmung 68 und die Kraft der Feder 67 ebenfalls so dimensioniert, daß der Scherbolzen nach dem Abscheren erst dann wieder einrasten kann, wenn die Drehzahl auf einen vorgegebenen Wert abgesunken ist Die axiale Lage der Scherboizen 60 hat den Vorteil daß die Wellenkupplung einen verhältnismäßig geringen Durchmesser haben kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Scherbolzen-Sicherheitsvorrichtung mit zwei gegeneinander verdrehbaren Vorrichtungsteilen, in deren einem wenigstens ein in Richtung auf seine die Vorrichtungsteile gegeneinander verriegelnde Betriebsstellung axial federbelasteter, insbesondere mehrfach abscherbarer Scherbolzen verschiebbar geführt ist, der in seiner Rastlage eine zur Drehachse der Vorrichtungsteile wenigstens teilweise konzentrische Führungsbahn des anderen Vorrichtungsteiles hintergreift und gegen einen seinen Verschiebeweg begrenzenden Anschlag axial abgestützt ist und der nach Bruch beim Verdrehen der Vorrichtungsteüe gegeneinander über die Führungsbahn abläuft und aus dieser Freigabestellung selbsttätig in eine neue Bttriebsstellung umstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Vorrichtung als Wellenkupplung (27) mit zwei koaxialen und axial unverschieblich zueinander angeordneten ringförmigen Kupplungshälften (28,40) ausgebildet ist,

b) die Führungsbahn (41 A) als eine die Drehachse (ΆΑ) über 360° umschließende Kreisringfläche ausgebildet ist,

c) die in Umlaufrichtung der Führungsbahn (4iA) gemessene Weite (a) einer dem Scherbolzen (33) zugeordneten Rastausnehmung (43) so auf die Kraft der Feder (35) und die Masse des Scherbolzens (33) abgestimmt ist, daß dieser erst nach Unterschreiten einer vorgegebenen Grenzdrehzahl in die neue Betriebsstellung umstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Scherbolzen (33) zusammen mit der ihn belastenden Feder (35) auswechselbar in einer Hülse (32) angeordnet ist, die mit einer der Kupplungshälften (28) starr verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Scherbolzen (50; 60) über den Umfang der Wellenkupplung gleichmäßig verteilt angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Rastöffnung (54; 68) eine für die abgescherten Scherbolzemeile bestimmte Auswerföffnung (57; 69) anschließt, die in eine freie Stirnfläche der die Rastöffnung (54; 68) enthaltenden Kupplungshälfte(52;59) mündet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Scherbolzen (60) parallel zur Drehachse (64) der Wellenkupplung liegt.