DE3716105C1 - Drehmomentbegrenzungskupplung - Google Patents

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.