DE1147123B - In einer Kraftuebertragung angeordnete UEberlast-Rutschkupplung, insbesondere im Fahrantrieb von Schleppern - Google Patents

In einer Kraftuebertragung angeordnete UEberlast-Rutschkupplung, insbesondere im Fahrantrieb von Schleppern

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DE1147123B DEK37873A DEK0037873A DE1147123B DE 1147123 B DE1147123 B DE 1147123B DE K37873 A DEK37873 A DE K37873A DE K0037873 A DEK0037873 A DE K0037873A DE 1147123 B DE1147123 B DE 1147123B
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    • F16D7/00Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock
    • F16D7/02Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock of the friction type
    • F16D7/021Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock of the friction type with radially applied torque-limiting friction surfaces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
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Description

  • In einer Kraftübertragung angeordnete Überlast-Rutschkupplung, insbesondere im Fahrantrieb von Schleppern Die Erfindung bezieht sich auf eine in einer Kraftübertragung angeordnete überlast-Rutschkupplung, insbesondere im Fahrantrieb von Schleppem, die durch eine Preßpassung zwischen zylindrischen oder kegeligen Flächen gebildet wird.
  • Fahrantriebe von Schleppern können nicht mehr so bemessen werden, daß sie durch das maximale Drehmoment des Motors bzw. durch das Rutschmoment der Motorkupplung gegen überlastung geschützt sind. In den niedrigen Gängen des Stufengetriebes des Fahrantriebes darf das volle Leistungsmoment des Motors nicht auf den Boden übertragen werden, insbesondere wenn Greifer benutzt werden. In diesen Fällen können Beanspruchungen auftreten, die erheblich höher sind als die, für welche der Fahrantrieb wirtschaftlich bemessen werden kann. Dem normalen Antriebsmoment können bei gesperrtem AusgleichEetriebe unter Umständen Verspannungen der jesatiten Hinterachse bei Kurvenfahrt überlagert sein. Hierzu kommt noch die Tatsache, daß der Motor eines Schleppers zu einem steigenden Anteil für den Antrieb angebauter oder angehängter Geräte über eine Zapfwelle herangezogen wird. Das Leistungsmoment ist dann unter Umstän&n sogar wesentlich größer, als in den höheren Gangstufen auf den Erdboden übertragen werden kann. Alle diese Gründe führen zu der Notwendigkeit, den Fahrantrieb durch eine geeignete Rutschkupplung vor Bruch zu schützen.
  • Es ist zwar schon bei einem Triebwerk für Fahrwuge bekanntgeworden, in den Antrieb des AusgWehgetriebes oder der Treibräder eine überlast-Rutschkupplung einzubauen. Die hierzu vorgeschlagene überlast-Rutschkupplung besteht im wesentlichen aus einem auf einer getrennt gelagerten Welle fest angebrachten, mit einem Innenkegel versehenen Kupplungsteil, einem in diesem steckenden, auf einer ebenfalls getrennt gelagerten Welle verschiebbar angebrachten, über eine Paßfeder mitgenommenen, mit einem Außenkegel versehenen Kupplungsteil und einer diese Kegelflächen anpressenden Feder. Diese überlastkupplung weist den Nachteil auf, daß neben der baulichen Aufwendigkeit, die in der durch den Aufbau bedingten besonderen Lagerung der Welle und der zur Vorspannung der Kupplungsteile erforderlichen Feder besteht, bei längerem Durchrutschen die Kegelflächen durch Überhitzung zu fressen beginnen. Beim Fressen entsteht dabei eine Aufrauhung der Kegeloberflächen und damit eine Vergrößerung des Reibungsbeiwertes, womit die Kupplung im Gegensatz zur bestimmten Aufgabe ein größeres Drehmoment überträgt, so daß Gefahr für die Triebwerksteile entsteht.
  • Es wurde ferner bereits bei einer überlast-Rutschkupplung für allgemeine Zwecke bekannt, die gleichfalls aus einem unter Federvorspannung stehenden kegeligen Innen- und Außenteil besteht, das kegelige Außenteil auf dem Innenteil zu lagern. Die dabei zur Vorspannung verwendete Feder soll hierbei mittels einer besonderen Stellmutter so eingestellt werden, daß beim überschreiten eines bestimmten Drehmomentes ein Durchrutschen der Kupplung eintritt. Bei dieser Kupplung ist zwar die baulich aufwendige besondere Lagerung für eines der Kupplungsteile vermieden, jedoch liegt hier gleichfalls der Nachteil vor, daß zur Anpressung der Kupplungsteile die Baulänge der Kupplung vergrößernde Elemente erforderlich sind. Ebenfalls kann bei dieser Kupplung beim Durchrutschen durch überhitzung ein Fressen der Kegelflächen mit den sich daraus ergebenden Folgen eintreten. Des weiteren ist auch wie bei der vorher beschriebenen Kupplung zur Mitnahme des inneren Kupplungsteiles von der antreibenden Welle ein besonderes Konstruktionselement erforderlich. Zudem bestimmt bei einer solchen Kupplung die Axialkomponente der Einstellmutter den Durchmesser der zur Anpressung erforderlichen Bauelemente, so daß sich bei großen übertragungsdrehmomenten sperrige Elemente ergeben.
  • Ebenfalls ist es bei einer anderen überlast-Rutschkupplung zur Kleinhaltung ihrer radialen Erstreckung bekanntgeworden, zwei konzentrische Kupplungshälften mittels zwischen diesen angeordneter federnde Stahlblechringe zu kuppeln, die eine vorbestimmte Vorspannung aufweisen, womit das maximale übertragbare Drehmornent festgelegt ist. Bei dieser Kupplung liegt gleich der vorher beschriebenen, abgesehen von der begrenzten Verwendungsmöglichkeit für kleine zu übertragende Drehmomente, der Nachteil vor, daß beim Durchrutschen durch starkes Erwärmen ein gegenseitiges Fressen der Oberflächen mit den sich daraus ergebenden Folgen eintritt. Es ist gleichfalls hierbei von Nachteil, daß zur Kraftübertragung ein spezieller Stahlblechring erforderlich ist, der bei intermittierenden radialen Stößen, wie sie beispielsweise bei der Hinterachse eines Schleppers auftreten, durch seine dauernde Verformung eine Paßrostbildung an den Kraftübertragungsflächen der Kupplungshälften verursacht.
  • Es ist eine weitere Überlast-Rutschkupplung bekanntgeworden, bei der die Kraftübertragung von einem zylindrischen Innenteil auf das konzentrische zylindrische Außenteil über ein zwischen den beiden mit radialer Vorspannung eingebautes hülsenförnüges Gummielement erfolgt. Hierbei weist das Gummielement an derKraftübertragungsfläche, die beiüberlast durchrutschen soll, mehrere über den Umfang verteilte, sich über die gesamte Länge erstreckende, keilförmig über den Umfang auslaufende Nuten auf, die mit einem Schmierrnittel ausgefüllt sind, indem die Kupplung umläuft. Diese Nuten dienen dazu, daß beim Durchrutschen bei Überlast durch hydrodynamüsche Wirkung ein Schmierfilm zwischen den Kraftübertragungsflächen aufgebaut wird, der ein Fressen der Flächen verhindern soll. Diese Kupplung weist den Nachteil auf, daß auch deren baulicher Aufwand groß ist, der in dem Gummiteil und den zur radialen Vorspannung dieses erforderlichen Elementen besteht. Ebenfalls eignet sich eine solche Kupplung nur für bestimmte Anwendungsfälle, da das hülsenförrnige Gummiteil nur in bestimmten Flüssigkeiten bei begrenzten Temperaturen verwendbar ist.
  • Ebenfalls wurde eine überlast-Rutschkupplung bekannt, bei der zwischen zwei axial fixierten, teils umhüllenden hülsenförmigen Kupplungsteilen zur Kraftübertragung von der inneren auf die äußere Hülse mehrere über, den Umfang verteilte bogenförmige Gleitschuhe angeordnet sind, die von durchgehenden Längsnuten des Innenteiles mitgenommen werden und radial mittels eines axial verspannten Gummielementes an die Hülse des äußeren Teiles angepreßt werden. Die Längsnuten im Innenteil der Kupplung, die mit einem Schmiermittel gefüllt ist, weisen dabei eine wesentlich größere Breite als die Gleitschuhe auf, so daß beim übertragen eines über der zulässigen Größe liegenden Drehmomentes ein Kippen der Gleitschuhe in den Nuten erfolgt und diese mit ihrer Vorderkante an der Innenfläche des äußeren Kupplungsteiles schaben. Diese Kupplung j weist neben der baulichen Aufwendigkeit den Nachteil auf, daß durch das Schaben der Vorderkante am äußeren Teil trotz des in der Kupplung vorhandenen Schmiermittels eine starke Erwärmung mit dem daraus folgenden Fressen der Kraftübertragungsflächen erfolgt. Ebenfalls liegt, bedingt durch die Verwendung eines Gummielementes zur Anpressung der Gleitschuhe, auch noch der Nachteil vor, daß die Kupplung auch nur für begrenzte Betriebstemperaturen verwendbar ist.
  • Es wurde ferner eine im Drehwinkel nachgiebige Kupplung bekannt, bei der die Kraftubertragung zwischen den ineinandergreifenden zylindrischen Hälften über mehrere zwischen die beiden ffälften geschaltete Federringe erfolgt, die auf ihrem ganzen Umfang in die zylindrischen Hälften eingepaßt sind und nur auf Druck beansprucht sind. Zur Vermeidung eines Fressens der Kraftübertragungsflächen weist dabei die äußere Hälfte ringförrnige Schmiernuten auf, über die das zugeführte Schmiermittel zwischen die Kraftübertragungsflächen gebracht wird. Diese Kupplung weist ebenfalls den Nachteil der baulichen Aufwendigkeit auf. Zudem ist eine hydrodynamische Schmierwirkung zwischen dien Kraftübertragungsflächen, bei der diese voneinander abheben, nicht gewährleistet, so daß es bei längerem Betrieb zu Freßerscheinungen an den Kraftübertragungsflächen kommt.
  • Sodann ist es noch bei einer überlast-Rutschkupplung bekanntgeworden, zur Kraftübertragung zwischen zwei axial fixierten, konzentrischen, zylindrischen Kupplungsteilen einen radial durch Schrumpfung vorgespannten Reibring zu verwenden. Der Reibring ist bei dieser Kupplung so vorgespannt daß bei einem vorbestimmten Drehmoment ein Durchrutschen der Kupplung erfolgt. Diese Kupplung weist neben dem großen baulichen Aufwand den, bereits vorausgehend beschriebenen Nachteil auf, daß bei längerem Durchrutschen eine starke Erwärmung mit nachfolgendem Fressen der Kraftübertragungsflächen eintritt.
  • Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik, ist es Aufgabe der Erfindung, insbesondere für den Fahrantrieb eines Schleppers eine mittels einer Preßpassung gebildete Überlast-Rutschkupplung zu schaffen, die bei geringstem baulichem Aufwand ein Höchstmaß an Betriebssicherheit erbringt.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Preßpassung unmittelbar zwischen der Nabenbohrung eines Triebwerksteiles und seiner Welle vorgesehen ist und in spitzem Winkel in Umfangsrichtung in die Passungsfuge auslaufende Ausnehmungen für eine hydrodynamische Schmierung über die Breite der Preßpassung aufweist. Eine solche Verbindung hat den grundsätzlichen Vorzug, daß zwischen den beiden Kupplungsteilen zusätzliche Kraftübertragungselernente gespart werden, die bei einer Verwendung für den Fahrantrieb von Schleppern einen erheblichen Kostenaufwand verursachen würden. Der Aufbau der erfindungsgemäßen Kupplung erbringt weiterhin den Vorteil, daß auf Grund der vorgesehenen hydrodynamischen Schmierwirkung zwischen den Kraftübertragungsflächen es nicht zu starker Erwärmung kommt, womit ein Fressen derselben vermieden wird. Ein weiterer Vorteil der Kupplung besteht darin, daß sie gegenüber starken Stößen unempfindlich ist und sich somit besonders für den Einbau in die Hinterachse eines Schleppers eignet.
  • Zur Abstimmung des Rutschmomentes auf die erforderliche Größe kann es vorteilhaft sein, daß die Preßpassung in an sich bekannter Weise einen wesentlich größeren Durchmesser hat als die übrige Wolle. Es ist ferner denkbar, daß mindestens zwei Pre8-passungen von unterschiedlichen Haftreibungsmomenten konzentrisch ineinander angeordnet sind. Zunächst rutscht die Preßpassung mit dem losesten Sitz. Wenn diese sich erwärmen sollte und damit die Schmierung verschlechtert würde, kommt die nächste Preßpassung zum Rutschen.
  • Eine veränderbare Einstellung bzw. Nachstellung des maximalen Reibungsmomentes erzielt man bei der erfindungsgemäßen Kupplung dadurch, daß die Preßpassung, wie für sich bekannt, eine doppelseitig schwach kegelige Gestalt hat. Bei einseitig kegeHger Preßpassung wird die axiale Kraft durch ein Axiallager oder einen Bund aufgenommen, der in Achsrichtung einstellbar ausgebildet sein kann.
  • Bei Verwendung einer Preßverbindung im Sinne der Erfindung als Rutschkupplung ist es naturgemäß wichtig, daß das maximal übertragbare Drehmoment in möglichst engen Grenzen bestimmbar ist. Dies geschieht in Weiterbildung der Erfindung dadurch, daß die Preßpassung unter plastischer Verformung des Außenteiles der Preßpassung hergestellt ist. Es läßt sich nachweisen, daß in den Grenzen der unvermeidlichen Herstellungstoleranzen von Außen- und Innenteil auf diese Weise wesentlich kleinere Unterschiede der übertragbaren Reibungsmomente erzielt werden können, als wenn die Preßpassung nur unter elastischer Verformung der beiden Teile hergestellt wurde.
  • Ein weiteres Problem liegt in der schon vorher erwähnten Schwierigkeit der Wärrneabführung. Nach der Erfindung ist in den Ausnehmungen der Preßpassung ein Schrniermittel oder ein anderer Werkstoff für eine Verminderung der Reibung der Bewegung vorgesehen. Nachdem die Kupplung zu rutschen begonnen hat, kann damit die bis zum Stillsetzen des Antriebes in Wärme umgesetzte Kupplungsenergie so weit vermindert werden, daß ein Pressen der Preßpassung auf jeden Fall vermieden wird. Außer flüssigen Schrrüerstoffen kommen für diesen Zweck z. B. als Schmierstoff Metalle von niedriger Schmelztemperatur, wie Zinne oder Woodsches Metall, in Betracht, womit eine wartungsfreie Schrnierung gewährleistet wäre.
  • In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungs-und Anwendungsbeispiele des Erfindungsgedankens dargestellt.
  • Abb. 1 und 2 zeigen eine Preßpassung mit Schmiernuten in je einem Längsschnitt des Außenteils und eine Endansicht; Abb. 3 ist eine Endansicht mit abgewandelter Gestalt des Wellenquerschnittes; in Abb. 4 ist eine Anwendung der erfindungsgemäßen Rutschkupplung auf eine Achsantriebswelle für 4 Schlepper in einem Längsschnitt dargestellt.
  • Die weiteren Abbildungen zeigen abgewandelte Ausführungen von Preßpassungen für denselben Anwendungsfall, und zwar Abb. 5 nüt zwei konzentrisch ineinander angeordneten Preßpassungen, Abb. 6 mit einseitig kegeligen Paßflächen und Abb. 7 nüt doppelseitig kegeligen Paßflächen der Preßpassung.
  • Nach Abb. 1 und 2 ist ein Maschinenteil 1 bzw. ein Flansch mit Preßpassung auf dem zylindrischen Ende einer Welle 2 befestigt. An einzelnen Stellen des Umfanges hat die Welle kleine Anflächungen 3. Die zwischen diesen Anflächungen und der Bohrung frei bleibenden keilförnügen Räume sind zur Aufnahme eines Schmiermittels bestimmt, das sich bei einer Überlastung der Reibverbindung auf Grund der bekannten hydrodynamischen Wirkung zwischen die Paßflächen zieht und damit den Reibungswert auf einen Bruchteil der vorher wirksamen Reibung der Ruhe vermindert. Auf diese Weise wird die bis zum Stillsetzen des Antriebes in Reibungswärme umgesetzte Antriebsenergie entsprechend begrenzt und damit die Gefahr einer übermäßigen Erwärmung und eines Fressens der beteiligten Maschinenteile vermieden.
  • Nach Abb. 3 hat die Welle die Gestalt eines Gleichdicks mit drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Druckflächen der Preßpassung, während die Bohrung zylindrisch ist. Zur Verkleinerung der Flächenpressung ist der kleinere Radius der Welle gleich oder fast genau gleich dem Radius der Bohrung ausgeführt, während der große Radius erheblich größer sein kann, um die den Schmierkeil bildenden Flächen herzustellen. Es ist selbstverständlich denkbar, daß statt dessen die Welle zylindrisch und die Bohrung entsprechend einem Gleichdick aus-5 gebildet ist.
  • Im Beispiel nach Abb. 4 ist eine Achsantriebswelle 4 einer Schlepperhinterachse nahe ihrem äußeren Ende in üblicher Weise in einem Kugellager 5 des Achstrichters gelagert. Das außen vorstehende Teil 6 der Welle trägt den mit Preßpassung aufgebrachten Flansch 7, der in üblicher Weise zur Befestigung der Brernstrommel. 8 und der Radscheibe 9 dient. Das Teil 6 der Welle hat einen wesentlich größeren Durchmesser als die übrige Welle, damit im Falle des Durchrutschens bei Überlastung einerseits große Wärmeübergangsflächen und anderseits große an der Wärmeaufnahme beteiligte Werkstoffmengen zur Verfügung stehen. Der Flansch 7 ist gegen axiale Verschiebung beiderseits durch Sprengringe 10 ge- sichert. In Ringnuten des Flansches eingelegte Dichtringe 11 verhindern einen Schmiermittelaustritt aus der Preßfuge.
  • Das für dieselbe Anwendung bestimmte Beispiel nach Abb. 5 unterscheidet sich von dem vorangehenden dadurch, daß der Flansch 7 nicht unmittelbar auf dem Ende 6 der Welle, sondern über einen dazwischen auf das Wellenende aufgeschrumpften oder aufgepreßten Ring 12 befestigt ist. Im Falle einer Überlastung rutscht zunächst die Passung mit dem kleineren Reibungsmoment, das sich bei Erwärmung jedoch gegebenenfalls so weit vergrößert, daß statt dessen die andere Passung zu rutschen beginnt. Man kann auf die Weise einer örtlichen Wärmestauung wirksam begegnen.
  • Im Beispiel nach Abb. 6 ist das Ende 15 der Welle schwach kegelig gestaltet, z. B. mit einer Kegelsteigung von 1:100. Der Axialschub wird von der äußeren Stirnfläche der Welle auf den mit dem Flansch 7 verschraubten Deckel 16 übertragen. Ein Schrmiermittel kann durch den Nippe-1 17 zugeführt und über radiale Nuten 18 verteilt werden. Mit Hilfe von Beilagen 19 zwischen dem Deckel 16 und dem Flansch 7 kann die Preßpassung ein- oder nachgestellt werden.
  • In Abb. 7 hat das Wellenende 20 doppelkegelige Gestalt. Der Flansch 7 sitzt auf der einen Kegehläche, während ein weiterer Ring 21, auf dem die Bremstrommel 8 und die Radscheibe 9 zentriert sind, auf der anderen Kegelfläche mit Preßsitz geführt ist. Ein Deckel 22 ist auf seinem äußeren Umfang in eine Nut des Ringes 21 eingewalzt.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1.. In einer Kraftübertragung angeordnete Überlast-Rutschkupplung, insbesondere im Fahrantrieb von Schleppern, die durch eine Preßpassung zwischen zylindrischen oder kegeligen Flächen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßpassung unmittelbar zwischen der Nabenbohrung eines Triebwerktefles (7) und seiner Welle (6 bzw. 15 bzw. 20) vorgesehen ist und in spitzem Winkel in Umfangsrichtung in die Passungsfuge auslaufende Ausnehmungen für eine hydrodynamische Schmierung über die Breite der Preßpassung aufweist.
  2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßpassung in an sich bekannter Weise einen wesentlich größeren Durchmesser hat als die übrige Welle (4). 3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßpassung, wie für sich bekannt, eine doppelseitig schwachkegelige Gestalt hat. 4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Preßpassung unter plastischer Verformung des Außenteiles der Preßpassung hergestellt ist. 5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmierstoff ein Metall von niedriger Schmelztemperatur, wie Zinn oder Woodsches Metall, vorgesehen ist.
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