DE69604293T2

DE69604293T2 - Kupplungsverbindung für einen Baggerzahn

Info

Publication number: DE69604293T2
Application number: DE69604293T
Authority: DE
Inventors: Juan Vinas Peya
Original assignee: Metalogenia SA
Current assignee: Metalogenia SA
Priority date: 1996-07-01
Filing date: 1996-07-01
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2016-07-02
Also published as: BR9703813A; ATE184670T1; AU719442B2; JP3399788B2; ZA975818B; US5918391A; DE69604293D1; ES2138311T3; JPH10102548A; AU2839197A; EP0835963A1; EP0835963B1; KR980009673A; KR100334845B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungsverbindung für die Zähne für Baggermaschinen, wobei diese Kupplungsverbindung bemerkenswerte Eigenschaften der Neuheit und der erfinderischen Tätigkeit aufweist.
Die neue Kupplungsverbindung für die Zähne von Baggermaschinen ist das Ergebnis von Untersuchungen, die durch die Anmelderin durchgeführt worden sind, um einige der technischen Probleme zu lösen, welche gegenwärtig bei diesen Elementen auftreten.
Wie bekannt ist, werden Zähne für Baggermaschinen an unterschiedlichen Arten von Maschinen verwendet, welche dieser allgemeinen Klassifizierung entsprechen, wobei derartige Baggermaschinen dazu vorgesehen sind, um im Zuge von Arbeiten in Verbindung mit dem Bauwesen, zum Beispiel im Zuge öffentlicher Straßenbauarbeiten und dergleichen, im Zuge der Herstellung von Gräben für Rohre und Leitungen und im Zuge vieler anderer Arbeiten mehr, Erde auszuheben (vergleiche zum Beispiel die WO-A-94 28257, die als der am nächsten kommende Stand der Technik angesehen wird).
Die schwere Arbeit, welcher die Zähne der Baggermaschinen unterworfen sind, begründet das Auftreten von Mehrfachbelastungen an diesen Zähnen aufgrund von Kräften, die auf den realen Zahn in verschiedenen Richtungen oder Achsen ausgeübt werden, entsprechend den Arbeitsachsen des Zahns an der auszuhebenden Erde, wobei ein beträchtliches Ausmaß an Verschleiß hinzukommt, der durch die Reibung des Zahns in dem Erdboden und durch die Reibung des Zahns mit dem Zahnhalter geschaffen wird, und zwar unter Berücksichtigung des unvermeidbaren Vorhandenseins von innerem Spiel zwischen den Teilen, welches bei der Anwendung zunimmt.
Insbesondere werden die auf den Zahn ausgeübten, vertikalen Belastungen zu dem Adapter oder Zahnhalter mit Hilfe der ebenen Vorderseite oder Stabilisierungsseite und der Seite der seitlichen Befestigungsnasen übertragen, so daß, wenn diese Seiten nicht vollkommen horizontal sind, sondern keilförmig sind, sie zu Kräften mit horizontalen Komponenten an den Seiten des Zahnes führen, wobei diese Kräfte dazu neigen, den letzteren herauszuziehen, und wobei derartige Kräfte weiterhin zu beträchtlichen Beanspruchungen an dem Bolzen führen, der die Aufgabe hat, den Zahn in der befestigten Position zu halten.
Dieses Problem wird durch die fortschreitende Verformung der Seiten des Zahnes und des Zahnhalters erschwert, die in Berührung sind, und zwar aufgrund der permanenten Verformung durch Kompression und aufgrund des Verschleißes durch Erosion zwischen den in Berührung befindlichen Teilen, mit dem natürlichen Einfluß von schleifenden Materialien, welche durch die auszuhebenden Erdböden vorgesehen werden.
Auf die gleiche Art und Weise führt das Auftreten von seitlichen Belastungen an dem Zahn zu einer leichten Verschiebung in Querdrehung des letzteren, so daß es notwendig ist, den Belastungen durch die Zone der Berührung des hinteren Randes der Nasen mit der Lagerfläche zu widerstehen. Bei den gegenwärtig bekannten Zähnen führt dies zu hohen örtlichen Drücken, die den Verschleiß beträchtlich erhöhen.
Die Untersuchungen, die durch die Anmelderin durchgeführt worden sind, zielten darauf auf, die oben erwähnten Probleme zu lösen, wobei ein Zahn für Baggermaschinen erhalten worden ist, bei welchem eine bedeutende technische Verbesserung in Bezug auf das, was gegenwärtig bekannt ist, erreicht worden ist.
Die vorliegende Erfindung beruht, um ihre Ziele zu erreichen, auf dem Vorsehen einer Kupplung für die Zähne von Baggern (Exkavatoren) die für die zusammenpassenden Zonen für das Kuppeln zwischen dem Zahn und dem Zahnhalter sorgt, um die folgenden Eigenschaften zu erfüllen:
- die Oberseite und die Unterseite der Kupplungszone sind an der Basis einer zentralen Zone und zweier seitlicher Zonen, und zwar einer an jeder Seite der zentralen Zone, gebildet, so daß das Spiel zwischen dem Zahn und dem Zahnhalter geringer in der zentralen Zone als in den seitlichen Zonen ist,
- die obere Zone und die untere Zone oder der obere Rand und der untere Rand des Zusammentreffens zwischen den seitlichen Flanken des Zahns und den Aufnahmezonen des Zahnhalters weisen eine konvexe, quer verlaufende Struktur auf, die mit einer äquivalenten Struktur der gegenüberliegenden Wand des Zahnhalters zusammenpaßt, zum Beispiel mit einem gewölbten Profil, vorzugsweise halbzylindrisch in der Gestalt,
- die Zonen, welche den vertikalen, hinteren Rändern der Flanken der Zähne entsprechen, weisen eine zusammenpassende, abgeschrägte Struktur der Zone der entsprechenden Ausnehmung des Zahnhalters, welche diese Flanken aufnimmt, auf, so daß in dem Falle von seitlichen Belastungen diese Randzone sich auf der Oberfläche der Abschrägung mit beträchtlicher Größe abstützt, wodurch der Einheitsdruck und infolgedessen der Verschleiß reduziert werden.
Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne die Erfindung hierauf zu beschränken, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in welchen zeigen:
Fig. 1 und 2 jeweils eine Längsschnittansicht zur Veranschaulichung einer Kupplungsverbindung eines gegenwärtig bekannten Typs, um an hand dieser Darstellungen einige der Schwierigkeiten zu erläutern, die bei Anwendung der bekannten Kupplungsverbindung auftreten.
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Kupplungsverbindung nach Fig. 1 und 2.
Fig. 4 die bekannte Kupplungsverbindung im Querschnitt durch den Verbindungsbolzen.
Fig. 5 eine Darstellung der zwei Hauptbestandteile einer Kupplung, die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
Fig. 6 eine zur Fig. 5 äquivalente, perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung des Zahns und des Zahnhalters in der zusammengebauten Position.
Fig. 7 eine Seitenansicht entsprechend der Fig. 6.
Fig. 8 bzw. Fig. 9 eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht des Zahns der Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 10 bzw. 11 eine Seitenansicht bzw. eine Draufsicht auf den Zahnhalter der Kupplung entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Fig. 12 und 13 jeweils eine Querschnittsansicht in den angegebenen Ebenen durch eine Zahnkupplung entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Fig. 14 eine Schnittansicht in einer Mittelebene zur Veranschaulichung der Kupplung zwischen dem Zahn und dem Zahnhalter.
Fig. 15 eine Einzelheit der Schnittansicht gemäß Fig. 14.
Fig. 16 eine Einzelheit in Schnittansicht bei einer alternativen Ausführungsform.
Eine Zahnkupplung herkömmlicher Art, wie diese in Fig. 1 bis 4 veranschaulicht ist, weist in schematischer Darstellung einen Zahn 1 und einen Zahnhalter 2 auf, so daß der Zahn 1 einen inneren Hohlraum aufweist, in welchen der vorstehende Bereich 3 des Zahnhalters in einer im wesentlichen zusammenpassenden Gestalt hineinpaßt. An seinem hinteren Teil weist der Zahn 1 seitliche Nasen auf, von welchen die Nase 4 gezeigt ist, entsprechend der einen der Seiten, wobei diese Nase 4 in eine seitliche Aufnahme 5 des Zahnhalters 2 eingefügt ist. Ziemlich glatte Löcher 6 der Flanken des Zahns 1 erlauben die Einführung des Befestigungsbolzens 7. Wenn der Zahn einer vertikalen Kraft 8 unterworfen wird, wird die letztere zu dem Zahnhalter oder Adapter 2 mit Hilfe der ebenen Frontseite oder Stabilisierungsebene 9 des Zahnes und der zusammenpassenden Seite 10 der Nase übertragen. In konstruktionsmäßiger Hinsicht bilden die genannten Seiten einen gewissen Winkel mit der Horizontalen, der aufgrund der horizontalen Komponenten der erzeugten Kräfte in Belastungen resultiert, die dazu neigen, den Zahn aus dem Zahnhalter herauszutreiben.
Diese Wirkung ergibt sich eindeutiger aus Fig. 2, aus welcher entnommen werden kann, daß nach einer gewissen Abnutzung an dem vorderen Bereich des Kupplungsvorsprunges 3, wobei an diesem vorderen Bereich die Stabilisierungsebenen vorzufinden sind, welche mit den Nasen zusammenwirken, wenn die vertikale Kraft 8 auf die Spitze des Zahnes ausgeübt wird, die horizontalen Kraftkomponenten zunehmen, die durch den Vektor 11 veranschaulicht sind, der auf den Bolzen einwirkt, wobei dieser Vektor viel größer als der entsprechende Vektor ist, der in Fig. 1 gezeigt ist. Diese Belastung kann den Bolzen verbiegen, was es schwierig macht, den letzteren herauszuziehen, wenn der Zahn aufgrund von Abnutzung ersetzt werden muß. Ferner können Brüche in dem Zahn oder in dem Bolzen hervorgerufen werden.
Aus Fig. 3, welche einen schematischen Schnitt in Draufsicht zeigt, ergibt sich gleichfalls die Wirkung der Nasen 4 und 4' auf den Bolzen 7 in den Situationen, welche den oben beschriebenen Fig. 1 und 2 entsprechen.
Abgesehen von den im Vorhergehenden beschriebenen Nachteilen wird ferner eine Verschiebung der Nasen in Richtung zur Außenseite hervorgerufen, wie dies in Einzelheiten in Fig. 4 dargestellt ist. In dieser Figur kann man den Kern 3 des Zahnhalters und die seitlichen Nasen 4 und 4' erkennen, wobei sich hieraus weiterhin ergibt, daß, wenn eine gewisse Neigung in Richtung zur Außenseite durch die oberen Seiten 12 und 13 und ferner 14 und 15 entsprechend dem unteren Teil der Aufnahme der Nasen hervorgebracht wird, die an dem Zahn ausgeübte vertikale Belastung in Belastungen mit einer horizontalen Komponente in Richtung zu der Außenseite der Nasen 4 und 4' übertragen wird, wobei diese horizontale Komponente dazu neigt, diese zu öffnen. Diese Wirkung ist in feuchten Lehmböden ausgeprägter.
Die Fig. 5 bis 11 zeigen verschiedene Ansichten einer Verbindung für Kupplungszähne für Baggermaschinen entsprechend der vorliegenden Erfindung, wobei diese Verbindung für Kupplungszähne eine Lösung für die oben erläuterten Probleme liefert.
Wie aus diesen Figuren entnommen werden kann, sind entsprechend der vorliegenden Erfindung die obere Seite und die untere Seite des zusammenpassenden Bereichs zwischen dem Zahnhalter und dem Zahn, wobei diese Seiten in den vorstehenden Bereich 16 des Zahnhalters 17 integriert sind, der in dem entsprechenden Einlaß des Zahnes 18 eingesetzt bleiben wird, wie durch die Ziffer 19 in Fig. 8 gezeigt, mit Hilfe einer zentralen Seite 20 und zweier seitlichen Seiten 21 und 22 gebildet, welche gleichfalls in Einzelheiten in der Schnittansicht nach Fig. 12 dargestellt sind, wobei in der letzeren nicht nur der obere zentrale Bereich 20 und die entsprechenden seitlichen Bereiche 21 und 22 gezeigt sind, sondern ebenfalls der entsprechende zentrale Bereich 23 und die seitlichen Bereiche 24 und 25 des unteren Teils. Eines der Merkmale der Erfindung besteht darin, daß das Spiel zwischen den zentralen Bereichen 20 und 23 und den entsprechenden gegenüberliegenden Zonen des Zahnes geringer als das Spiel ist, das zwischen den seitlichen Zonen 21 und 22 oder 24 und 25 und den gegenüberliegenden Seiten des realen Zahnes vorhanden ist, von welchem die unteren Seiten jeweils mit 26 und 27 bezeichnet sind.
Bei der gezeigten Anordnung wird, wenn einmal die zentrale Seite abgenutzt oder verformt worden ist, das Ergebnis erhalten, das darin besteht, daß die seitlichen Seiten, das heißt die Seiten 21 und 22 eine Berührung mit den entsprechenden Seiten des Zahnes ergeben und ferner die Seiten 24 und 25 mit jenen, die denjenigen bei dem Zahn entsprechen, die durch die Ziffern 26 und 27 bezeichnet sind. In dieser Situation wird, wenn der Zahn ausgetauscht wird, das Vorhandensein der Berührung beobachtet, welches anzeigen wird, daß der Grad der Abnutzung der Kupplung bereits sehr hoch ist und daß eine sorgfältige Beurteilung durchgeführt werden muß, wobei möglicherweise der Austausch des Zahnhalters vorgenommen wird, um eine Beschädigung bei Betrieb zu vermeiden, die sich durch Bruch der Bolzen in Folge der übermäßigen Abnutzung ergibt.
Ein anderes der Merkmale der Kupplung ergibt sich ebenfalls aus Fig. 5 und in Einzelheiten aus der Schnittansicht nach Fig. 13, wobei darauf hingewiesen wird, daß die Nasen 28 und 29 jeweils einen oberen Rand und einen unteren Rand aufweisen, zum Beispiel den oberen Rand 30 und den unteren Rand 31 bei der Nase 28, wobei diese Ränder jeweils einen gekrümmten Querschnitt aufweisen, vorzugsweise in der Gestalt eines Sektors eines Kreises, und mit Flächen mit zusammenpassender Gestalt gekoppelt sind, das heißt, mit der gleichen Krümmung, zum Beispiel mit der Krümmung 32 bzw. 33, entsprechend dem oberen Teil des Zahnhalters. Wie aus Fig. 13 ersichtlich ist, weisen sowohl die Flansche als auch die gekrümmten Zonen der zusammenpassenden Gestalt des Zahnhalters 17 leichte Ausfalzungen auf, die im wesentlichen flach sind oder mit einer sehr geringen Krümmung in der äußeren Zone versehen sind, wie durch die Bezugsziffern 34 und 35 für den oberen Rand der Nase 28 gezeigt ist.
Mit Hilfe der gezeigten Anordnung wird das Ergebnis erhalten, daß die Nasen keine seitlichen Bewegungen in Richtung zu der Außenseite oder zu der Innenseite ausüben können, so daß sie den Belastungen aufgrund der Stabilisierung genau standhalten können.
Ein anderes der Merkmale der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus Fig. 14, wenn mit Fig. 3 verglichen, in der ein Schnitt entsprechend dem Stand der Technik gezeigt wird. Wie sich aus Fig. 3 ersehen läßt, weisen die vertikalen hinteren Ränder 38 und 39 der seitlichen Nasen 4 und 4' einfach einen reduzierten Radius auf, so daß der Druck, der zwischen diesen Rändern und den aufnehmenden Seiten des Zahnhalters erzeugt wird, sehr hoch ist, wobei dieser Druck die Quelle für einen hohen Grad an Abnutzung ist. Die bei der vorliegenden Erfindung angenommene Lösung ist die in Fig. 14 gezeigte, in welcher die seitlichen Nasen 36 und 37 beide an ihren hinteren Rändern Abschrägungen 40 und 41 aufweisen, die flachen Seiten mit dem gleichen Neigungswinkel gegenüberliegen, zum Beispiel die Seite, die in dem unteren Teil der Fig. 14 durch die Bezugsziffer 42 bezeichnet ist. Auf diese Art und Weise neigt, wenn eine seitliche Kraft auftritt, wie durch den Vektor 43 dargestellt, der Zahn 44 dazu, sich an der Stelle der Berührung 45 zu drehen, wobei er seine Belastung an der Abschrägung 41 und der entsprechenden flachen Seite des Zahnhalters ausübt, wodurch sich ein mehr reduzierter Flächendruck und daher eine verringerte Abnutzung ergeben. Bei der in Fig. 15 dargestellten Einzelheit sind die Abschrägung 41 der Flanke 37 und die geneigte flache Seite 46 gezeigt, auf welche diese Abschrägung einwirkt und welche eine Seite mit beträchtlicher Größe und daher einen reduzierten Druck darstellt.
Fig. 16 zeigt eine alternative Ausführungsform der seitlichen Nasen, welche durch die Bezugsziffern 47 und 48 gezeigt sind, wobei die gleichmäßig gekrümmte Struktur der Hauptlagerfläche mit dem Zahnhalter 49 dargestellt ist. Dies führt zu den gekrümmten Kupplungszonen, die durch die Bezugsziffern 50 und 51 angegeben sind. In diesem Falle kann die Gestalt des oberen Randes und des unteren Randes der erwähnten Flanken und der entsprechenden Nuten des Zahnhalters eine Struktur annehmen, die gegenüber der gekrümmten Struktur unterschiedlich ist, welche zuvor als eine bevorzugte Ausführungsform angegeben ist, wobei es möglich ist, eine gemischte Struktur durch die Verbindung von geraden und gekrümmten Zonen oder mit der Verbindung von gekrümmten Zonen unterschiedlicher Krümmungen oder unregelmäßiger Krümmungen anzunehmen, wobei in all diesen Fällen die Funktion des Absorbierens der seitlichen Belastungen erfüllt wird.
Es versteht sich, daß mit Hilfe des Vorsehens der Zahnkupplung für Baggermaschinen entsprechend der vorliegenden Erfindung viel zuverlässigere Arbeitsbedingungen dadurch erhalten werden können, daß eine längere Lebensdauer für diese Kupplungen erzielt wird und darüber hinaus eine wirksame Anzeige des Zustands der Abnutzung erhalten wird, was es möglich macht, den Zahnhalter rechtzeitig auszutauschen, wodurch Brüche vermieden werden.

Claims

1. Kupplungsverbindung für die Zähne (1, 18, 44) für Baggermaschinen von der Art, bei welcher der Zahnhalter (2, 17) einen vorstehenden Bereich (3, 16) aufweist, der dazu vorgesehen ist, in einen Hohlraum oder eine Einlaßzone (19) des Zahns (18) zu passen, der in der Erstreckung seiner hinteren Ränder seitliche Nasen (4, 4'; 28, 29; 36, 37; 47, 48) aufweist, welche dazu vorgesehen sind, in entsprechende seitliche Aufnahmen (5) des Zahnhalters (2) zu passen und welche durch den Verbindungsbolzen (7) durchquert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenpassenden Berührungsflächen zwischen dem Zahn und dem Zahnhalter die folgenden technischen Merkmale aufweisen:

- die obere Seite und die untere Seite, wobei diese Seiten die Stabilisationsebenen des vorstehenden Bereichs (16) des Zahnhalters (17) definieren, weisen eine im wesentlichen flache, zentrale Seite (20; 23) und zwei andere flache Seiten (21, 22; 24, 25) und zwar eine an jeder Seite der genannten zentralen Seite (20; 23) auf, so daß der Spalt zwischen der zentralen flachen Seite (20; 23) und der entsprechenden gegenüberliegenden Seite des Zahnhalters (17) kleiner als die entsprechenden Spalte zwischen den seitlichen flachen Seiten (21, 22; 24, 25) und den entsprechenden gegenüberliegenden Seiten (26, 27) des aufnehmenden Hohlraums (19) des Zahns (18) ist,

- der obere hintere Rand (30) und der untere hintere Rand (31) der Nasen (28, 29) des Zahns (18) weisen eine konvexe, quer verlaufende Struktur auf, welche mit einer äquivalenten Struktur der gegenüberliegenden Wand (32; 33) des Zahnhalters (17) zusammenpaßt,

- der innere, vertikale, hintere Rand der hinteren Nasen (36, 37) des Zahns (44), welche durch den Befestigungsbolzen durchquert sind, weist Seiten (40, 41) mit einer zusammenpassenden Gestalt in Bezug auf die gegenüberliegenden Seiten (42) des Zahnhalters (17) auf, was höhere Lagerflächen in dem Falle eines Querlagers an dem Zahn (44) verursacht.

2. Zahn für Baggermaschinen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konvexe, quer verlaufende Abschnitt der oberen Längsrippe und der unteren Längsrippe der Nasen zum Kuppeln des Zahns an dem Zahnhalter eine gekrümmte, quer verlaufende Gestalt aufweist.

3. Zahn für Baggermaschinen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konvexe, quer verlaufende Abschnitt der oberen Längsrippe und der unteren Längsrippe der Nasen zum Kuppeln des Zahns an dem Zahnhalter einen gemischten Abschnitt aufweist, welcher auf geraden Zonen und gekrümmten Zonen beruht.

4. Zahn für Baggermaschinen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenpassenden Seiten des inneren, hinteren, vertikalen Rands der Nasen und die entsprechenden gegenüberliegenden Seiten des Zahnhalters eine flache Gestalt aufweisen.

5. Zahn für Baggermaschinen gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die flache Seite die Gestalt einer flachen, gleichmäßigen Abschrägung des genannten Rands annimmt.