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Sicherheitsvorrichtung für eine Kupplungsbremse
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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsbremse, insbesondere eine derartige
Einrichtung, die eine schraubenlinienförmige Feder zum selektiven Aneinanderkoppeln
koaxialer Wellen aufweist. Bei der offenbarten, bevorzugten Ausführungsform kann
die Schraubenfeder als Bestandteil der Kupplungseinrichtung oder als Bestandteil
der Bremseinrichtung verwendet werden, umdie Rotation eine der Wellen dann anzuhalten,
wenn die Kupplungseinrichtung im Sinne eines Entkuppelns der Wellen betätigt wird.
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Bei kraft angetriebenen Aggregaten war die Notwendigkeit zum Vorsehen
von Sicherheitsvorrichtungen zur Verringerung der Verletzungsgefahr der Bedienungsperson
oder anderer schon seit langem bekannt, und es gibt eine große Vielzahl derartiger
Vorrichtungen.
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Sehr geläufig ist das Vorsehen von Schutzblechen oder Abschirmungen
um die gefährlichen, drehenden Teile, wie auch das automatische Außerbetriebsetzen
eines gefährlichen Gerätes, wenn dessen normales Arbeiten unterbrochen wird.
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Ein typisches Beispiel einer solchen, außerbetriebsetzenden Sicherheitsvorrichtung
ist der sogenannte Tote-Mann-Hebel. Derartige Hebel werden häufig bei Handgriffen
von Rasenmähern, Gartenfräsen oder derartigem verwendet. Hierbei muß die Bedienungsperson
den Handgriff ergreifen und den Hebel gegen eine normale Federbelastung herabdrücken,
um das Gerät betriebsfähig zu machen. Falls der Bedienungsmann diesen Handgriff
losläßt, so bewegt sich der Tote-Mann-Hebel von dem Handgriff in eine Position hinweg,
in eine Position, in der das Gerät außer Betrieb gesetzt wird. Ein solcher, bekannter
Toter-Mann-Hebel unterbricht den Zündkreislauf von Brennkraftmaschinen eines Rasenmähers.
Ein weiterer, bekannter Toter-Mann-Hebel ist an ein Leerlaufrad oder eine Leerlauf-Riemenscheibe
angeschlossen, die sich innerhalb des Keilriemen-Antriebes einer Gartenfräse befindet;
hierbei wird der Keilriemen durch eine Feder in eine vom Keilriemen entfernende
Position gedrückt. Der Keilriemenantrieb wird sodann unterbrochen, da der Riemen
länger als notwendig ist, um den Motor an die bewegenden Teile der Fräse anzuschließen.
Nur dann, wenn der Tote-Mann-Hebel herabgedrückt wird, wird die Riemenscheibe in
Eingriff mit dem Keilriemen gebracht und der Durchhang des Keilriemen-Antriebes
aufgehoben, so daß die Fräse betriebsbereit ist.
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Eine andere, bekannte Ausführungsform eines Tote-Mann-Hebels bei einem
kraftbetriebenen Aggregat ergibt sich aus US-PS 3 837 450.
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Hierbei ist eine Kupplungsbremse zwischen die Kraftquelle und beispielsweise
das rotierende Messer eines rotierenden Rasenmähers geschaltet. Beim Herabdrücken
betätigt der Tote-Mann-Hebel die Kupplung, um die Kraftquelle an das rotierende
Messer anzuschließen.
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Wird der Hebel losgelassen, so gelangt die Kupplung außer Eingriff,
und es wird eine Bremse betätigt, um das Messer anzuhalten. Bei dieser Vorrichtung
handelt es sich bei der Kupplung um eine sogenannte Federkupplung, während die Bremseinrichtung,
die ein getrenntes Teil ist, entweder eine Taster-Scheibenbremse oder eine zweite
Federkupplung sein kann, die das rotierende Messer an einen festen Teil des unteren
Rahmens kuppelt. Durch das Loslassen des Tote-Mann-Hebels wird zunächst die Kupplungsfeder
außer Eingriff gesetzt und sodann die Bremse betätigt. Diese Vorrichtung, die an
sich
eine gute Sicherheitseinrichtung darstellt, hat dennoch zahlreiche Nachteile: sie
ist relativ kompliziert im Aufbau und teuer. Sie erfordert eine periodische Überwachung,
hierin eingeschlossen wenigstens die Schmierung, und sie ist schließlich wenig geeignet,
unterhalb eines rotierenden Rasenmähers mit vertikaler Kurbelwelle montiert zu werden.
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Es wäre in hohem Maße wünschenswert, die Vorteile einer solchen Sicherheitsvorrichtung
beizubehalten, die derart arbeitet, daß die Verbindung zwischen einer Kraftquelle
und einem gefährlichen, bewegten Teil unterbrochen wird, wobei auch die Bewegung
dieses gefährlichen Teiles abgestoppt wird, während der Aufbau verein facht und
die Herstellungskosten sowie die Wartungsaufwendungen verringert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Von den zahlreichen, der Erfindung zugrundeliegenden
Aufgaben soll das Anordnen eines Mechanismus erwähnt werden, wodurch das rotierende
Element angehalten wird, ohne daß die Kraftquelle abgestellt wird, ferner das Schaffen
einer zuverlässigen Sicherheitsvorrichtung für ein angetriebenes Aggregat zu geringen
Herstellungskosten, das Vorsehen einer mittels Totmann-Hebel betriebenen Kupplungsbremse
für angetriebene Aggregate wie Rasenmäher mit Drehmesser, Gartenfräsen, Schneefräsen
und dergleichen, das Anordnen einer Kupplungs-Bremseinrichtung, die einem Brenn
kraftmotor zugeordnet ist, und die automatisch mittels eines darin enthaltenen Ölsumpfes
geschmiert wird sowie das Schaffen einer Kupplungs-Bremseinrichtung, die eine einzige
Schraubenfeder sowohl für die Kupplungs- als auch die Bremsarbeit verwendet.
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Diese sowie weitere Aufgaben und vorteilhafte Merkmale der Erfindung
werden im folgenden beschrieben: Die Erfindungsgemäße Vorrichtung für eine Totmann-Kontrolle,
mit der ein von einem Brennkraftmotor angetriebenes Gerät ausgestattet ist, umfaßt
eine Schraubenlinienfeder mit einer im wesentlichen zylindrischen inneren Seitenwand,
die als ein-direktionale Kupplung dient, zum Ankuppeln einer antreibenden Welle,
wie
einer Motorkurbelwelle, an eine getriebene Welle, wobei jede
dieser Wellen sich einen Teil des Wegs in das Innere der Feder hinein erstreckt.
Die Feder liegt satt auf den Wellen auf und kuppelt diese antreibend miteinander
zusammen, solange die Kontrolleinrichtung in einer Betriebsposition gehalten wird.
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Wird die Kontrolleinrichtung freigelassen, so wird die Feder radial
nach außen expandiert und die Verbindung zwischen treibender und getriebener Welle
gelöst. Die Feder und der Teil der angetriebenen Welle, der hierin aufgenommen wird,
sind im unteren Teil des Motors angeordnet, um der Schmierung durch Motor-Sumpföl
ausgesetzt zu sein. Eine Bremswirkung läßt sich auch dann auf die angetriebene Welle
aufbringen, wenn die Kontrolleinrichtung losgelassen wird.
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Ganz allgemein und gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt
eine Sicherheitsvorrichtung für ein kraftgetriebenes Gerät eine Totmann-Kontrolle,
die normalerweise in Richtung auf eine erste, "sichere" Position bewegt wird und
die durch den Bedienungsmann der Vorrichtung dahingehend betätigt wird, daß sie
in eine zweite, arbeitende Position dann bewegt wird, wenn sich die Bedienungsperson
in ihrer normalen Position zum Gebrauch des kraftangetriebenen Gerätes befindet.
Eine schraubenlinienförmige Feder mit einer im wesentlichen zylindrischen inneren
und eben solchen äußeren Seitenwandfläche nimmt von ihrem einen Ende her einen Teil
einer antreibenden Welle, und von ihrem anderen Ende her einen Teil der getriebenen
Welle auf. Die Feder ist ferner teilweise von einem drehbaren, ringförmigen Element
umgeben, das auf der getriebenen Welle zum Umlauf mit dieser gelagert. Ein festes,
ringförmiges Element umgibt ebenfalls teilweise die Außenfläche der Feder. Durch
einen Umlauf der treibenden Welle zieht sich die Feder radial zusammen, und zwar
in. Richtung auf die Wellen hin, um die treibende Welle mit der getriebenen Welle
so lange zusammenzukoppeln, wie sich die Totmann-Kontrolle in der zweiten oder Betriebsstellung
befindet, wenn diese Kontrolle (Kontrolleinrichtung) bewegt wird. Wird die Kontrolle
von dem Bedienungsmann losgelassen, so daß sie in die erste Position gelangt, so
dehnt sich die Feder radial aus, und die Verbindung zwischen der antreibenden Welle
und der getriebenen Welle wird gelöst. Das rotierbare, ringförmige Element wird
mit dem festen, ringförmigen
Element zusammengekuppelt, um eine
Bremsung zwischen diesen beiden Teilen herbeizuführen. Die getriebene und die angetriebene
Welle können im Inneren der Feder gemeinsam gelagert oder jeweils in konzentrischen
Lagern innerhalb des Motors zum Zwecke einer relativen Bewegung dann gelagert werden,
wenn die Kupplung außer Eingriff ist. Die Kontrolleinrichtung kann weiterhin eine
Buchse umfassen, die die treibende Welle drehbar umgibt und die mit dem einen Ende
der Feder verbunden ist, so daß sie mit der treibenden Welle dann umläuft, wenn
die treibende und die getriebene Welle miteinander umlaufen. Wird die Totmann-Kontrolle
freigegeben, so wird sie an die Buchse angekoppelt, um deren Umdrehung selbst dann
zu unterbinden, wenn die antreibende Welle weiterhin umläuft, und zwar dadurch,
daß die Feder expandiert und daß eine Bremsung auf die treibende Welle aufgebracht
wird.
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Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist
im einzelnen folgendes dargestellt: Fig. 1 zeigt in Seitenansicht einen Brennkraftmotor
für ein angetriebenes Gerät mit dem Gerätehandgriff, an dem die Totmann-Kontrolle
montiert ist.
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Fig. 2 zeigt im Querschnitt das untere Ende des Motors von Fig. 1
und veranschaulicht den Kupplungs-Brems-Mechanismus.
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Fig. 3 zeigt in perspektivischer Explosionsdarstellung den Kupplungs-Brems-Mechanismus
von Fig. 2.
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Fig. 4 ist eine Ansicht des Kupplungs-Brems-Mechanismus von oben bei
eingerückter Kupplung.
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Fig. 5 ist eine Ansicht des Kupplungs-Brems-Mechanismus von oben bei
ausgerückter, in Bremsposition befindlicher Kupplung.
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Fig. 6 ist eine perspektivische Darstellung, teilweise im Schnitt,
die die Kupplungsbremsfeder in Jenem Augenblick darstellt, wenn sich die Kupplung
in ausgerückter Bremsposition befindet.
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Fig. 7 ist eine Ansicht ähnlich Jener gemäß Fig. 6, Jedoch ist hier
die Kupplung in eingerücktem Zustand dargestellt, in welchem sie die beiden Wellen
aneinanderkoppelt.
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Einander entsprechende Bezugszeichen weisen auf entsprechende Teile
in den verschiedenen Darstellungen der Zeichnung hin.
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Die in den Darstellungen veranschaulichten Ausführungsformen sind
bevorzugte Ausführungsformen gemäß der Erfindung, ohne daß sie den Schutzumfang
beschränken sollen.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM Ganz allgemein ist zu
den Zeichnungen zu sagen, daß die Sicherheitsvorrichtung gemäß der Erfindung einem
Brennkraftmotor 11 und dem hiervon angetriebenen Gerät zugeordnet ist. Das Gerät
kann beispielsweise ein Rasenmäher mit Drehmesser sein, eine Schneefräse, eine Gartenfräse
oder dergleichen. Es hat einen Handgriff 13 für die Bedienungsperson mit einer Totmann-Kontrolle
15 an diesem Handgriff, und zwar durch eine Feder, in die in Fig. 1 veranschaulichte
Position verschwenkt, und normalerweise in eine Position im Bereich von und entsprechende
Handgriff 13 dann verschwenkt, wenn der Handgriff von der Bedienungsperson zum normalen
Gebrauch ergriffen wird. Die Bewegung der Kontrolleinrichtung 15 in diese zweite
oder Betriebsposition gegen die normale Federkraft zieht Draht 17 des Bowdenzuges
19 dahin, daß die Bremse gelöst und die Kupplung der Sicherheitsvorrichtung in Eingriff
gebracht wird.
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Die Kupplungs- und Bremsflächen der Sicherheitsvorrichtung erscheinen
Jeweils entlang der inneren und äußeren zylindrischen Seitenwandteile der Schraubenlinienfeder
21. Feder 21 nimmt hierbei mit ihrem einen Ende Antriebswelle 23 auf. Im allgemeinen
könnte es sich bei dieser Antriebswelle um die Kurbelwelle des Motors handeln, die
sich in das obere Federende hinein erstreckt.
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Feder 21 nimmt ferner mit ihrem unteren Ende eine angetriebene Welle
25 auf, die beispielsweise die jenige Welle sein könnte,
die das
rotierende Messer eines Rasenmähers aufnimmt. Dabei ist das Messer mittels einer
Schraube an der Welle befestigt, die in die Gewindebohrung 27 eingeschraubt ist.
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Die beiden Wellen sind innerhalb der Feder 21 einander zugewandt und
zum Zwecke einer Drehbewegung relativ zueinander in Lager 29 gelagert, das dazu
beiträgt, die axiale Ausrichtung der Wellen 23 und 25 aufrecht zu erhalten. Lager
29 kann ein einfaches Gleitlager sein. Die Lagerfunktion läßt sich auch durch einfache,
einander entspredende zylindrische Bereiche auf den beiden Wellen verwirklichen.
In der Praxis hat sich herausgestellt, daß Lager 29 häufig unnötig ist und daß es
entfallen kann, wenn die einander zugewandten Stirnflächen der beiden Wellen 23
und 25 als einfache flache Enden relativ nah beieinander ausgeführt werden und wenn
das Fluchten der Wellen dadurch erhalten bleibt, daß die Konzentrizität der Lager
in den Tragflansch 43 und Flansch 53 in engen Grenzen bleibt. Die Lagerflächen 24
und 26 erkennt man in Fig. 2; sie können wiederum aus einfachen Gleitlagern oder
Wälzlagern gebildet sein. Die Lagerfunktion kann auch durch einfache, passende,
ordentlich geschmierte zylindrische Teile 24 und 26 erreicht werden. Die Lagerflächen
24 und 26 sind die erste Einrichtung zum Ausrichten der Wellen 23 und 25. Zweckmäßigerweise
ist ein Pilotlager zur zusätzlichen Ausrichtung vorgesehen, falls erforderlich.
In Jedem Falle kann Welle 23 frei umlaufen, während Welle 25 dann angehalten wird,
wenn die Kupplung außer Eingriff gebracht wird und wenn Feder 21 die Bremswirkung
in der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Position aufbringt.
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Feder 21 hat normalerweise einen Reibsitz mit Ausgangswelle 25, liegt
somit satt auf dieser Welle auf und ist in der in den Fig. 3, 6 und 7 dargestellten
Richtung gewickelt, so daß die Rotation der Eingangswelle in der durch Pfeil 31
veranschaulichten Richtung dazu tendiert, die Feder strammer auf die beiden Wellen
aufzuwickeln und Kupplungsmechanismus zum Eingreifen veranlaßt, um Welle 25 anzutreiben.
Das obere Ende von Feder 21 greift in eine Nut 33 in Buchse 35 ein (siehe Fig. 6
und 7). Wird Welle angetrieben, so laufen beide Wellen wie auch Feder 21 und Buchse
35
miteinander um. Buchse 35 ist jedoch auf Welle 23 drehbar; wird
Buchse 35 daran gehindert, mit Welle 23 umzulaufen, so führt die kurzfristig anhaltende
Rotation von Welle 25 dazu, Feder 21 abzuwickeln oder radial auszudehnen und damit
Welle. 25 von Welle 23 abzukuppeln oder, anders ausgedrückt, den Kupplungsmechanismus
außer Eingriff zu bringen. Diese radiale Ausdehnung von Feder 21 schafft auch die
gewünschte zeitweise Bremswirkung gegenüber Welle 25. Diese Bremswirkung hört dann
auf, sobald Welle 25 zum Stillstand kommt. Nur eine darüber hinaus gehende Reibung
zwischen Feder 21 und Welle 23 verhindert Welle 25, zu drehen, während sich der
Mechanismus im entkuppelten Zustand befindet.
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Buchse 37 ist mit Welle 25 ständig drehfest verbunden, beispielsweise
durch einen Preßsitz im Bereich des Bundes 39. Buchse 41 andererseits ist ständig
mit dem Motorgehäuse fest verbunden, beispielsweise durch-einen Preßsitz im Bereich
von Flansch 43 mit den beiden ringförmigen Elementen, die teilweise die Außenfläche
der Feder umgeben und sich in engster Nachbarschaft bei dieser befinden. Während
Welle 25 umläuft, läuft Bund 37 um, während Buchse 41 fest steht. Wird während des
Betriebes Buchse 35 angehalten, während die Wellen 25 und 23 umlaufen, so dehnt
sich Feder 21 radial derart aus, daß die umlaufende Buchse 37 mit Buchse 41 gekoppelt
und die gewünschte Bremswirkung herbeigeführt wird.
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Wie man insbesondere aus Fig. 2 erkennt, bildet der untere Teil des
Motors 43 einen Schmiersumpf 45. Aus diesem Sumpf wird öl Jenen Motorteilen zugeführt,
die einer Schmierung bedürfen, und zwar durch eine Sprühpumpeneinrichtung, einen
Ölring oder andere herkömmliche ölschmiereinrichtungen. Ein Teil dieses Öles gelangt
entlang der Antriebswelle 23 und um und innerhalb Feder 21, um die Arbeitsflächen
der Kupplung des Bremsmechanismus zu schmieren.
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Ferner gelangt Öl zwischen die feste Buchse 41 und den Axialschubflansch
47 von Buchse 37. Eine Öldichtung 49 umgibt Welle 25 und wird getragen von und ist
befestigt an dem unteren Motorende mittels Schrauben 51, die Flansch 53 mit dem
Bodenbereich des Motors verbinden. Eine obere Fläche 55 von Flansch 53 und eine
untere
Fläche 57 des Motorgehäuses nehmen Tragflansch 47 auf, um auf Welle 23 aufgebrachte
Axiallasten daran zu hindern, Schaden anzurichten. Motor 11 kann an einer Gerät-Grundplatte
59, wie an einem Rasenmäher mit drehbarem Messer, mittels Schrauben 61 befestigt
werden.
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Aus Fig. 2 erkennt man ferner einen Anschlag 63, der gegen die Außenfläche
von Buchse 35 hin verschoben werden kann und der normalerweise von einer Feder 65
gegen die Außenfläche dieser Buchse 35 gedrückt wird. Dieser Anschlag 63 ist mittels
des Kabels 17 in Bowdenzug 19 mit dem Totmann-Hebel 15 des Geräte-Handgriffes 13
verbunden. Wird dieser Handgriff vom Bedienungsmann ergriffen, so wird der Hebel
15 aus der in Fig. 1 dargestellten Position zum Handgriff 13 herangezogen. Anschlag
13 wird von der Außenfläche der Buchse 35 hinweg bewegt, und zwar um eine Strecke,
die genügt, so daß Buchse 35 zusammen mit Antriebswelle 23 frei umlaufen kann. Wird
Totmann-Hebel 15 freigegeben, so drückt Feder 65 Anschlag 63 gegen die Mantelfläche
von Buchse 35 und in Eingriff mit dieser.
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Wie man sehr gut aus Fig. 3 erkennt, ist die Mantelfläche von Buchse
35 mit einer geneigten Fläche 67 versehen, die sich über einen Umfang dieser Mantelfläche
erstreckt und in einem Anschlag 69 endet. Die normale Drehrichtung von Buchse 35
mit Welle 23, so wie in Fig. 3 durch Pfeil veranschaulicht, ist derart, daß beim
Einrasten von Anschlag 63 in der Mantelfläche von Buchse 35 bei umlaufender Buchse
35 dieser Anschlag 63 entlang der Fläche und entlang der Neigung 67 hinabgleitet,
bis Anschlag 69 mit Anschlag 63 zusammen kommt und die Umdrehung von Buchse 35 abgestoppt
wird.
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Anschlag 63 gelangt durch eine Bohrung 71 in Buchse 41 durch die Wand
von Buchse 35 sowie durch Buchse 41 und Tragflansch 43 hindurch - siehe wiederum
Fig. 3.
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Zusammenfassend läßt sich folgendes sagen: Solange Handgriff 15 nicht
von einer Bedienungsperson erfaßt wird, verbleibt An-.
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schlag 63 in Berührung mit Anschlag 69 und verhindert somit eine Umdrehung
von Buchse 35. Steht Welle 25 still, so befindet sich
der Mechanismus
in einem ausgekuppelten ungebremsten Zustand, da das aktive Bremsen durch die äußere,
zylindrische Federfläche im wesentlichen nur dann auftritt, wenn Buchse 35 angehalten
ist und Welle 25 weiterhin umläuft. Dieser letztgenannte Zustand könnte als ausgekuppelter,
gebremster Zustand bezeichnet werden.
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Das ausgekuppelte Bremsen des Mechanismus tritt dann auf, wenn der
Bedienungsmann Handgriff 13 erfaßt und Hebel 15 drückt; Anschlag 63 wird sodann
gegen die Kraft der Feder von der Mantelfläche der Buchse 35 hinweggezogen, so daß
Buchse 35 zusammen mit Welle 23 umlaufen kann, und daß das Strammermachen oder Einziehen
der Feder um die Wellen 23 und 25, so wie in den Fig. 4 und 7 dargestellt, eintritt,
um die Kupplung in Eingriff zu bringen und Welle 25 anzutreiben.
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dem dem Vorausgesagten läßt sich erkennen, daß die neuartige Sicherheitsvorrichtung
für ein angetriebenes Gerät, wie auch eine neuartige Kupplungs-Brems-Einrichtung,
die oben beschriebenen Aufgaben löst. Der Fachmann wird zahlreiche Abwandlungen
erkennen.
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So können beispielsweise die Buchsen 37 und 41 einfache zylindrische
Segmente sein, statt die Feder 21 vollständig zu umschließen.
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Ferner ließen sich mehrere Federn vorsehen, die im wesentlichen denselben
Zweck wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform erfüllen. Die Ein-Feder-Ausführung
ist Jedoch aufgrund ihrer größeren Einfachheit und billigeren Herstellung zu bevorzugen.