DE3716105C1 - Drehmomentbegrenzungskupplung - Google Patents
DrehmomentbegrenzungskupplungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Drehmomentbegrenzungskupplung
zum Schutz von Antriebssträngen, insbesondere zum Antrieb
von bzw. in schleppergetriebenen landwirtschaftlichen
Maschinen oder Geräten, mit einer Kupplungsnabe, einer
dieser gegenüber drehbar gelagerten Kupplungshülse und
einem ersten Satz von zwischen Nabe und Hülse angeord
neten, radial wirkenden, federbelasteten Sperrkörpern, die
entweder eine Drehmomentübertragung oder eine Abschaltpo
sition einnehmen.
Bei solch einer als Sperrkörperkupplung ausgestalteten
Drehmomentbegrenzungskupplung sind in der Kupplungsnabe
radial bewegliche Sperrkörper angeordnet, die von einer
sie beaufschlagenden Feder radial nach außen mit einer
Nockenfläche in Ausnehmungen der Kupplungshülse in Anlage
gehalten werden. Bei Überlast werden die Nocken aus den
ihnen zugeordneten Ausnehmungen und damit die Sperr
körper radial nach innen in die sie aufnehmenden Bohrungen
der Kupplungsnabe hineinbewegt. Kupplungsnabe und Kupp
lungshülsen können einander gegenüber eine Realtivbewegung
ausführen. Der Sperrkörper versucht, unter der Federlast
bei Vorbeilaufen an der nächsten Ausnehmung in diese hin
einzugelangen, um wieder ein Drehmoment aufzubauen.
Es tritt jedoch häufig der Zustand ein, daß infolge von
Schwingungen, die in Antriebssträngen von landwirtschaft
lichen Geräten auftreten, der Sperrkörper wieder in die
Ausnehmung, die er gerade zwecks Freischaltung verlassen
möchte, zurückbewegt wird. Es kann auch sein, daß sogar
ein Durchschwingen über die nachfolgende Ausnehmung hinaus
und dann ein Zurückschwingen erfolgt. Ein solches
Zurückbewegen erfolgt in der Regel schlagartig und führt
dazu, daß die Ausnehmungen bzw. die zugehörigen
Nockenflächen verschleißen. Dies wirkt sich dann insgesamt
negativ auf das Ansprechverhalten der Kupplung auch in der
Drehmomentübertragungsposition auf. Eine Kupplung der
vorgenannten Art ist beispielsweise der DE-PS 32 05 513
als bekannt zu entnehmen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Drehmomentbegrenzungskupplung zu
schaffen, die gewährleistet, daß die Sperrkörper wirksam
in die Abschaltposition überführt werden und Schwingungen
im Antriebsstrang keine Rückbewegung des Sperrkörpers in
die Drehmomentübertragungsposition zulassen, wenn dieser
gerade die zugehörige Ausnehmung zwecks Abschaltung ver
lassen will.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
Üblicherweise werden Freilaufkupplungen dazu benutzt, daß
sie ein Drehmoment nur in einer Richtung übertragen.
Wenn ein Stillstand eines Kupplungsteils erfolgt, können
sie von dem anderen Kupplungsteil in Drehmomentüber
tragungsrichtung überholt werden. Das nicht angetriebene
Teil kann also nachlaufen. Andererseits ist es möglich,
daß entgegen der Drehmomentübertragungsrichtung die
Kupplung freiläuft.
Der vorliegenden Erfindung liegt also das Lösungsprinzip
zugrunde, eine Sperrkörperkupplung und eine Freilaufkupp
lung zu kombinieren, wobei die Freilaufkupplung entge
gen ihrer üblichen Wirkungsrichtung mit der Sperrkörper
kupplung kombiniert wird. Außerdem erfolgt die Positionie
rung der beiden einander gegenüber so, daß die Freilauf
kupplung erst dann eine Sperrwirkung entgegen der Drehmo
mentübertragungsrichtung erzeugt, wenn die Sperrkörperkupp
lung sich in der Abschaltposition befindet. Hierdurch
wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß dann, wenn ein
Sperrkörper die zugehörige Ausnehmung als Folge aus einer
Überlastung gerade verlassen hat, er nicht aufgrund von
Schwingungen zurückbewegt werden kann, denn in diesem
Zeitpunkt sperrt der Freilauf die Bewegung in die Gegen
richung. Andererseits behindert der Freilauf nicht die
Abschaltposition und das Weiterbewegen der Kupplungsteile
relativ zueinander in diese Abschaltposition. Ferner wird
auch nicht das Wiedereinschalten der Kupplung bei Dreh
zahlabsenkung behindert, wenn der Sperrkörper versucht, in
eine der nachfolgenden Ausnehmungen, an denen er vorbei
bewegt wird, hineinzugleiten.
Als Folge aus dieser Funktion werden darüber hinaus in vor
teilhafter Weise die Lebensdauer bzw. das Verschleißver
halten der Sperrkörperkupplung beeinflußt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in einer be
vorzugten Ausführungsform die Drehmomentbegrenzungs
kupplung durch einen ersten Satz von radial in der
Kupplungsnabe beweglich aufgenommen, federbelasteten
Sperrkörpern, die über Nocken in der Form angepaßte Aus
nehmungen der Kupplungshülse in Drehmomentübertragungs
position in und in der Abschaltposition außer Eingriff
bringbar sind, und durch einen zweiten Satz, bestehend aus
zumindest einem der Kupplungsnabe zugeordneten zweiten
Sperrkörper, der bei Bewegung der ersten Sperrkörper in
die Abschaltposition zeitweilig in der Drehmomentüber
tragungsrichtung sperrend in Eingriff mit der Kupplungs
hülse ist, gekennzeichnet.
Die gegenseitige Zuordnung des ersten und zweiten Satzes
von Sperrkörpern einander gegenüber erfolgt in Ausgestal
tung der Erfindung dadurch, daß ausgehend von der Drehmo
mentübertragungsposition der Umfangsabstandswinkel der
Stützfläche der Ausnehmung für die zweiten Sperrkörper der
Kupplungshülse von der Mittenachse der ersten Sperrkörper
in und den diesen zugeordneten Ausnehmungen in der
Kupplungshülse kleiner ist, als deren Abstandswinkel der
Sperrkörperstützfläche der zweiten Sperrkörper zu der
Mittenachse.
Bevorzugt sind die zweiten Sperrkörper als radial aus dem
Umfang der Kupplungsnabe herausschwenkbare Keile ausgebil
det.
Freilaufkupplungen, die Keile, die unter Last schwenkbar
sind, aufweisen, sind beispielsweise aus der US-PS 32 33
471 bekannt. Setzt man sie nach der in diesem Stand der
Technik erteilten Lehre ein, so können sie nur zur Drehmo
mentübertragung herangezogen werden. Die erteilte Lehre
ist, eine Sperrung in Drehmomentübertragungsrichtung und
Freilauf entgegen der Drehmomentübertragungsrichtung, zu
erzielen.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, daß die zweiten Sperrkör
per in der Kupplungsnabe und die diesen zugeordneten Aus
nehmungen in der Kupplungshülse jeweils axial zu den er
sten Sperrkörpern in der Kupplungsnabe bzw. deren Ausneh
mungen in der Kupplungshülse versetzt angeordnet sind.
Hierdurch wird eine gegenseitige Beeinflussung von Frei
lauf und Sperrkörperkupplung vermieden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Drehmomentbe
grenzungskupplung nach der Erfindung ist in der Zeichnung
schematisch dargestellt.
Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht teilweise geschnitten im
Bereich der ersten Sperrkörper (Schnitt A-A, Fig. 3),
Fig. 2 eine Seitenansicht teilweise geschnitten im
Bereich der zweiten Sperrkörper (Schnitt B-B gemäß
Fig. 3),
Fig. 3 einen Querschnitt durch die Überlastkupplung in
Drehmomentübertragungsposition,
Fig. 4 einen Querschnitt durch die Überlastkupplung in
Freigangsstellung.
Die Erfindung betrifft eine Kombination einer
Sperrkörperkupplung 1 mit einer Freilaufkupplung 2. Dabei
ist jedoch die Freilaufkupplung 2 nicht in, sondern
entgegen der Drehmomentübertragungsrichtung wirksam.
Zunächst wird die Funktion der Sperrkörperkupplung 1 sowie
deren Aufbau erläutert. Die Überlastkupplung weist eine
Kupplungshülse 7 auf. In der Kupplungshülse 7 ist eine
Kupplungsnabe 3 aufgenommen. Diese Kupplungsnabe 3 weist
einen sich im wesentlichen radial erstreckenden Teil und
einen daran angeschlossenen, sich axial erstreckenden Teil
in Form eines Aufsteckendes 13 auf. Mit diesem
Aufsteckende 13 ist die Überlastkupplung auf einer
Antriebswelle z. B. in Form einer Zapfwelle drehfest
anbringbar. Erfolgt der Antrieb über das Aufsteckende 13,
so wird die Kupplungsnabe 2 bei dem hier beschriebenen
Ausführungsbeispiel linksdrehend angetrieben. Die
Kupplungsnabe 2 ist in der Kupplungshülse 7 drehbar
aufgenommen. Sie ist jedoch axial unverschiebbar zwischen
einer radial verlaufenden Flanschfläche und einem
Anlaufring, der in der Kupplungshülse gegen axiale
Verschiebung durch einen Sicherungsring gesichert ist,
gehalten. Die Kupplungsnabe weist im vorliegenden
Ausführungsbeispiel zwei sich radial erstreckende
Bohrungen auf, in denen unter Zwischenschaltung von
Büchsen 16 ersten Sperrkörper 4 radial verschiebbar
gehalten sind. Die ersten Sperrkörper 4 besitzen an ihren
radial äußeren Enden Nocken 5, mit denen sie in der
Drehmomentübertragungsposition, wie in Fig. 3
dargestellt, in entsprechende Ausnehmungen 6 der
Kupplungshülse 7 eingreifen. Die Nocken 5 haben eine im
Querschnitt etwa trapezförmige Gestaltung. An ihren radial
innenliegenden Enden weisen die ersten Sperrkörper 4 einen
weiteren Nockenvorsprung 18 auf. Quer zu Bohrung in der
Kupplungsnabe 3, die die ersten Sperrkörper aufnimmt,
verläuft eine zweite Bohrung, in welcher Schaltnocken 17
vorgespannt angeordnet sind, die gegen die Nockenvor
sprünge 18 über Federn 14 angepreßt sind. Diese
Stützanordnung besteht aus einem zentral in der
zugehörigen Bohrung aufgenommenen Spannbolzen 15, auf dem
radial innenliegend die Schaltnocken 17 angeordnet sind,
welche mit Schrägfläche gegen die Nockenvorsprünge 18 der
beiden ersten Sperrkörper 4 anliegen. Axial daran
anschließend sind Federn 14 angeordnet, welche sich
einerseits an den Schaltnocken 17 abstützen und
andererseits gegen Stützscheiben 19 abgestützt sind,
welche auf die Enden des Spannbolzens 15 aufschraubbar
sind. Darüber hinaus sind die Stützscheiben 19 nach
entsprechender Einstellung der gewünschten Vorspannung
gegen Verdrehen durch Spannstifte gesichert. Die
Spannstifte greifen hierzu in Schlitze des Spannbolzens 15
ein und können in Bohrungen der Stützscheiben 19
eingesetzt werden. Über die Schaltnocken 17, die über die
Federn 14 vorgespannt sind, werden die ersten Sperrkörper
4 radial nach außen gedrückt. Die aus diesen Bauteilen
gebildete Sperrkörperkupplung 1 schaltet im Über
lastungsfalle auf Freigang, d. h. über die Schrägflächen der
Ausnehmungen 6 in der Kupplungshülse 7 und die ent
sprechende Gestaltung der Schrägflächen der Nocken 5
werden die ersten Sperrkörper 4 radial nach innen gedrückt
und gleiten an der Wandung der Kupplungshülsenbohrung. Die
Sperrkörper 4 versuchen unter Einwirkung der sie
belastenden Feder 14 in die nachfolgenden Ausnehmungen 6
hineinzugelangen. Über den Umfang der Bohrung der
Kupplungshülse 7 können mehrere Ausnehmungen 6 verteilt
angeordnet sein, und zwar in einer Form, daß jeweils zwei
Ausnehmungen 6 sich diametral gegenüberliegen und mit dem
entsprechenden Nocken 5 der Sperrkörper 4 zusammen
arbeiten. Da in landwirtschaftlichen Antrieben, für die
Sperrkörperkupplungen 1 eingesetzt werden, häufig
Schwingungen auftreten, tritt im Überlastungsfall auch
eine Rückwärtsbewegung zwischen den Teilen ein; und zwar
für den Fall, daß die Kupplungsnabe 3 den treibenden
Teil darstellt, erfolgt nicht nur eine Drehbewegung
entgegen dem Uhrzeigersinne, sondern auch im Uhr
zeigersinn. Bei dieser Rückwärtsbewegung könnte es
passieren, daß die Nocken 5 wieder in die Ausnehmungen 6,
die sie gerade entweder verlassen haben oder die sie
passiert haben, einfallen wollen. Es würde also ein Ein-
und Ausschalten auftreten, was sich nachteilig auf die
Funktion auswirken würde. Aus diesem Grunde ist neben der
Sperrköperkupplung 1 eine Freilaufkupplung 2 vorgesehen.
Diese Freilaufkupplung 2 wird mit Hilfe von zweiten
Sperrkörpern in Form von Keilen 8 dargestellt, welche in
entsprechenden Aufnahmeausnehmungen 20 der Kupplungsnabe
angeordnet sind. Die Keile 8 sind als Schwenkkeile
ausgebildet und über Federn radial einseitig nach außen
abkippbar. Sie besitzen eine Stützfläche 12, welche mit
einer entsprechenden Stützfläche 9 in der Ausnehmung 10
der Kupplungshülse 7 zusammenwirkt. Der Keil 8 wird über
die ihm zugeordnete Feder in Anlage zur Bohrungswandung
der Kupplungshülse 7 gehalten. Für den Fall, daß ein
Rückwärtsschwingen der Kupplungsnabe 3 gegenüber der
Kupplungshülse 7 auftritt, d. h. ein Schwingen im
Uhrzeigersinn, wird, wie aus Fig. 4 ersichtlich, der Keil
8 mit seiner Stützfläche 12 zur Anlage an die Stützfläche
9 der Ausnehmung 10 gebracht. Hierdurch wird verhindert,
daß eine weitere Relativbewegung zwischen der
Kupplungshülse 7 und der Kupplungsnabe 3 auftritt. Damit
wird im ausgerückten Zustand, so wie er in Fig. 4
dargestellt ist, der Nocken 5 des ersten Sperrkörpers 4
daran gehindert, radial in die Ausnehmung 6 zurück
zuwandern. Er befindet sich in einer Stellung, in der der
Nocken 5 mit seiner Kopffläche an der Bohrungswandung der
Kupplungshülse anliegt. Ein solcher Zustand wird dadurch
gewährleistet, daß bezogen auf die Mittenachse 11 der
ersten Sperrkörper 4 diese im eingerasteten Zustand, wie
in Fig. 3 dargestellt, auch gleichzeitig die Mittenachse
für die Ausnehmung 6 bildet.
Die Stützfläche 9 in der Kupplungshülse 7 für den Keil 8
ist gegenüber der Mittenachse 11 der ersten Sperrkörper 4
mit einem kleineren Umfangsabstand, d. h. einem kleineren
Winkel α angeordnet, als die Stützfläche 12 des Keiles im
ausgeschwenkten Zustand β. Der Umfangsabstand bzw. der
eingeschlossene Winkel ausgehend von der Mittenachse 11
der ersten Sperrkörper 4, bis zur Stützfläche 12 des
Keiles 8 ist mit α bezeichnet und entsprechend oben
angegebener Definition ist β größer α. Anstelle der
Anordnung der Keile 8 in der dargestellten Form zwischen
den beiden ersten Sperrkörpern 4 kann auch eine axiale
Hintereinanderschaltung von Sperrkörperkupplung 1 und
Freilaufkupplung 2 erfolgen.
Claims (4)
1. Drehmomentbegrenzungskupplung zum Schutz von Antriebs
strängen, insbesondere zum Antrieb von bzw. in schlep
pergetriebenen landwirtschaftlichen Maschinen oder Ge
räten, mit einer Kupplungsnabe, einer dieser gegenüber
drehbar gelagerten Kupplungshülse und einem ersten
Satz von zwischen Nabe und Hülse angeordneten, radial
wirkenden, federbelasteten Sperrkörpern, die entweder
eine Drehmomentübertragung oder eine Abschaltposition
einnehmen,
dadurch gekennzeichnet,
daß in Wirkkombination mit der
Drehmomentbegrenzungskupplung (1) zwischen Nabe (3)
und Hülse (7) eine mit einem zweiten Satz von
Sperrkörpern (8) versehene Freilaufkupplung (2)
vorgesehen ist, deren Freilaufrichtung der Dreh
momentübertragungsrichtung entspricht, und deren
Sperrichtung dieser entgegengerichtet ist, wobei die
Freilaufkupplung (2) in die Sperrposition unmit
telbar nach Überführung der Drehmomentbegrenzungs
kupplung (1) in die Abschaltposition bewegbar ist.
2. Kupplung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß
- a) der erste Satz von Sperrkörpern (4), die in der Kupplungsnabe (3) radial beweglich aufgenommen sind, über Nocken (5) mit Ausnehmungen (6) in der Kupplungshülse (7), die der Form der Nocken angepaßt sind, in Drehmomentübertragungsposition in und in der Abschaltposition außer Eingriff bringbar ist und
- b) der zweite Satz von Sperrkörpern aus mindestens einem der Kupplungsnabe (3) zugeordneten zweiten Sperrkörper (8) besteht und bei Bewegung des ersten Sperrkörpers (4) in die Abschaltposition zeitweilig entgegen der Drehmomentübertragungsrichtung sperrend in Eingriff mit der Kupplungshülse (7) ist.
3. Kupplung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß ausgehend von der Drehmomentübertragungsposition
der Umfangsabstandswinkel der Stützfläche (9) der
Ausnehmung (10) für den zweiten Sperrkörper (8) in der
Kupplungshülse (7) von der Mittenachse (11) der ersten
Sperrkörper (4) und den diesen zugeordneten Ausnehmun
gen (6) in der Kupplungshülse (7) kleiner ist als de
ren Abstand zur Sperrkörperstützfläche (12) der zwei
ten Sperrkörper (8).
4. Kupplung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweiten Sperrkörper als radial ausschwenkbare
Keile (8) ausgebildet sind.
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