DE10151246A1

DE10151246A1 - Nachzerkleinerungseinrichtung für einen Häcksler

Info

Publication number: DE10151246A1
Application number: DE2001151246
Authority: DE
Inventors: Hans Ottersbach; Stefan Dornseifer
Original assignee: Individual
Current assignee: Deere and Co European Office
Priority date: 2001-10-17
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2021-10-18
Also published as: DE10151246B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nachzerkleinerungseinrichtung für einen Feldhäcksler, welcher zwei gegenläufig angetriebene Zerkleinerungswalzen (11, 12) mit in Axialrichtung ausgebildeten und ineinandergreifenden Wellenprofilen enthält. Dabei sind die Wellenflanken (19) der einen Zerkleinerungswalze (11) konkav und die Wellenflanken (18) der anderen Zerkleinerungswalze (12) komplementär hierzu konvex gekrümmt, wodurch eine entsprechende Verlängerung des Reibspaltes und eine Verbesserung der Zerkleinerungswirkung eintritt. Ferner sind die Zerkleinerungswalzen (11, 12) vorzugsweise mit unterschiedlichen Durchmessern versehen und/oder mit unterschiedlichen Drehzahlen antreibbar, um im Reibspalt an allen Punkten eine möglichst unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeit zu erzielen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nachzerkleinerungseinrichtung ("Multicracker") für einen Häcksler, enthaltend zwei gegenläufig antreibbare Zerkleinerungswalzen, welche jeweils in Axialrichtung eine gewellte Mantelfläche aufweisen und ineinandergreifend angeordnet sind.

Eine Nachzerkleinerungseinrichtung der eingangs genannten Art ist zum Beispiel aus der EP 0 525 422 B1 bekannt. Nachzerkleinerungseinrichtungen werden in Verbindung mit von einem Schlepper gezogenen oder selbstfahrenden Feldhäckslern eingesetzt. In einem Feldhäcksler wird Erntegut wie Gras, Getreide oder Mais in ein Schneidwerkzeug eingezogen und durch Schneidvorrichtungen wie etwa eine Messertrommel oder ein Scheibenrad in kleine Stücke geschnitten. Das zerschnittene Erntegut wird dann über einen Auswurfkanal in einen Vorratsbehälter gefördert, zum Beispiel einen parallel mit dem Feldhäcksler fahrenden Anhänger. In diese Anordnung wird in der Regel im Auswurfkanal hinter den Schneidvorrichtungen eine Nachzerkleinerungseinrichtung vorgesehen, um das Erntegut weiter zu zerkleinern. Ferner kann die Nachzerkleinerungseinrichtung dazu dienen, im Erntegut enthaltene Körner aufzubrechen, weshalb sie gelegentlich auch als "Corn-Cracker" bezeichnet wird.

Die aus der EP 0 525 422 B1 bekannte Nachzerkleinerungseinrichtung besteht aus zwei gegenläufig und mit gleicher Drehzahl angetriebenen, gleich großen und ineinandergreifenden Zerkleinerungswalzen. Diese bestehen ihrerseits aus auswechselbaren Keilscheiben, wobei die Form der Keilscheiben zwei mit den Grundflächen aneinandergesetzten Kegelstümpfen entspricht. Die Zerkleinerungswalzen erhalten durch die Keilscheiben in Axialrichtung ein Wellenprofil bzw. eine gewellte Mantelfläche, wobei die Wellenflanken jeweils kegelförmig sind. In der Seitenansicht hat das Wellenprofil somit einen sägezahnartigen Verlauf.

Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nachzerkleinerungseinrichtung für Feldhäcksler bereitzustellen, welche eine erhöhte Zerkleinerungsleistung aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Nachzerkleinerungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Nachzerkleinerungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Gemäß der ersten Ausgestaltung der Erfindung enthält die Nachzerkleinerungseinrichtung für einen Häcksler zwei gegenläufig antreibbare Zerkleinerungswalzen, welche jeweils in Axialrichtung eine gewellte Mantelfläche bzw. ein Wellenprofil aufweisen und ineinandergreifend angeordnet sind. Das heißt, dass die Spitzen der Wellen der einen Zerkleinerungswalze in die Täler der Wellen der anderen Zerkleinerungswalze eingreifen und umgekehrt. Das Wellenprofil erstreckt sich vorteilhafterweise jeweils über die gesamte wirksame axiale Länge der Zerkleinerungswalzen, obwohl dies nicht zwingend der Fall sein muss. Ferner sind die Wellentäler und -berge vorzugsweise kreisförmig um die Drehachse umlaufend ausgebildet, so dass die Mantelfläche insgesamt rotationssymmetrisch ist. Die Nachzerkleinerungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenflanken an der ersten Zerkleinerungswalze konkav und die Wellenflanken an der zweiten Zerkleinerungswalze komplementär hierzu konvex gekrümmt sind.

Anders als die bekannten Zerkleinerungswalzen mit wellenförmigem Profil haben die Wellenflanken somit nicht die Form des Mantels eines Kegelstumpfes mit in Axialrichtung geradem Verlauf, sondern die eines Kegelstumpfes mit nach innen gewölbter (konkaver) oder nach außen gewölbter (konvexer) Mantelfläche. Derartige Flächen können auch als Teil eines Hyperboloids (konkav) beziehungsweise Paraboloids (konvex) bezeichnet werden. Die Krümmung der Wellenflanken hat den Vorteil, dass sich die Strecke zwischen einem Wellenmaximum und einem Wellenminimum vergrößert, was zu einer entsprechenden Verlängerung des Reibspaltes zwischen den beiden Zerkleinerungswalzen führt. Ein solcher verlängerter Reibspalt sorgt dann für eine gleichmäßigere und bessere Zerkleinerung des durchgesetzten Erntegutes. Typischerweise verlängert sich der Reibspalt durch die Krümmungen um ca. 5-30%, vorzugsweise um 5-15%. Weiterhin hat die Krümmung den Vorteil, dass das Erntegut lokal zwischen gekrümmten Flächen "aufgebogen" wird, so dass die Krümmung selbst noch einmal für eine bessere Zerkleinerungswirkung sorgt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nachzerkleinerungseinrichtung mit zwei gegenläufig antreibbaren Zerkleinerungswalzen, die wie vorstehend erläutert jeweils in Axialrichtung eine gewellte Mantelfläche aufweisen und ineinandergreifend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerungswalzen unterschiedliche mittlere, minimale und/oder maximale Radien haben.

Der minimale Radius einer Zerkleinerungswalze liegt dabei definitionsgemäß am tiefsten Punkt der Wellen des Wellenprofils vor. Entsprechend liegt der maximale Radius am äußeren Scheitelpunkt der Wellen des Wellenprofils vor. Der mittlere Radius wird typischerweise als Mittelwert zwischen dem minimalen und dem maximalen Radius gebildet. Dadurch, dass sich die Zerkleinerungswalzen in mindestens einem der genannten Werte unterscheiden, was in der Regel auch einen Unterschied in den anderen Werten zur Folge hat, kann bei betragsmäßig gleicher Drehzahl der Zerkleinerungswalzen eine Steigerung der Zerkleinerungswirkung erzielt werden. Die Zerkleinerungswirkung ist nämlich dann am größten, wenn zwei gegenüberliegende Punkte der zwei Zerkleinerungswalzen, zwischen denen ein Maiskorn oder dergleichen eingeklemmt ist, möglichst unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten aufweisen. Bei einem Antrieb der Zerkleinerungswalzen mit (entgegengesetzt) gleicher Drehzahl kann ein solcher Unterschied der Umfangsgeschwindigkeiten nur durch verschiedene Abstandsradien der betrachteten Punkte zur jeweiligen Drehachse der Zerkleinerungswalze auftreten. Wenn die Zerkleinerungswalzen somit unterschiedliche Radien haben, kommt es auch bei gleichen Drehzahlen zu Differenzen in den Umfangsgeschwindigkeiten an den Berührungspunkten der Walzen, was einen entsprechend verbesserten Reibaufschluss des Erntegutes bewirkt. Vorzugsweise ist der maximale Radius der einen Zerkleinerungswalze kleiner als der minimale Radius der anderen Zerkleinerungswalze, da dann alle Berührungspunkte der Walzen bei gleichen Drehzahlen unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten annehmen.

Vorteilhafterweise werden die unterschiedlichen Walzenradien damit kombiniert, dass die Wellenflanken an der einen Zerkleinerungswalze konvex und an der anderen Zerkleinerungswalze konkav gekrümmt sind.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Zerkleinerungswalzen mit mindestens einem Antrieb derart gekoppelt, dass sie mit unterschiedlicher Drehzahl antreibbar sind. Die Einstellung unterschiedlicher Drehzahlen erlaubt es, dafür zu sorgen, dass sich berührende Punkte auf den Oberflächen der Walzen unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten haben, was wie oben erläutert zu einem verbesserten Reibaufschluss des Erntegutes führt. Dies ist bei unterschiedlichen Drehzahlen selbst dann möglich, wenn die Zerkleinerungswalzen sich hinsichtlich ihrer Radien nicht unterscheiden beziehungsweise überlappen. Eine besonders hohe Zerkleinerungsleistung wird erzielt, wenn sowohl unterschiedliche Radien der Walzen als auch unterschiedliche Drehzahlen im Antrieb vorgesehen werden.

Zur Vereinfachung der Konstruktion werden die Zerkleinerungswalzen vorzugsweise beide von demselben Antrieb (Motor) angetrieben, wobei die Übertragung des Antriebs auf die Walzen jedoch mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen erfolgt, so dass die gewünschte Differenz der Drehzahlen entsteht.

Die Wellenflanken der Zerkleinerungswalzen können in sich noch einmal profiliert sein, zum Beispiel durch radial verlaufende Einkerbungen. Durch die Profilierung kann ein starker Reißeffekt auf das Erntegut ausgeübt werden, so dass eine noch bessere Zerkleinerungswirkung erreicht wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Zerkleinerungswalzen sind diese aus in Axialrichtung gestapelten Tellerelementen aufgebaut, wobei jedes Tellerelement vorzugsweise eine Welle des Wellenprofils der Zerkleinerungswalze bildet. Ein solcher modularer Aufbau aus Tellerelementen lässt sich einerseits gut herstellen und gewährleistet andererseits, dass defekte Tellerelemente leicht gegen neue ausgetauscht werden können, so dass bei einem lokalen Schaden nicht die gesamte Zerkleinerungswalze verworfen werden muss.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine der Zerkleinerungswalzen in radialer Richtung schwenkbar gelagert. Das heißt, dass diese Zerkleinerungswalze nicht nur drehbar um ihre Achse, sondern auch mit ihrer Achse verschiebbar gelagert ist, wobei die Verschiebung der Achse zumindest teilweise in radiale Richtung weist. Hierdurch ist es möglich, dass sich durch ein Ausschwenken der Zerkleinerungswalze in radialer Richtung der Reibspalt zwischen den Zerkleinerungswalzen vergrößert, um zum Beispiel einen harten Fremdkörper zwischen den Walzen passieren zu lassen. Typischerweise wird die verschiebebewegliche Zerkleinerungswalze mit Hilfe einer Feder unter eimer vorgegebenen Spannung in radialer Richtung bis auf eine minimale Spaltbreite gegen die andere Walze gedrückt.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a-c eine Nachzerkleinerungseinrichtung mit zwei Zerkleinerungswalzen gleichen Durchmessers in einer Frontansicht, einer Seitenansicht und einer Vergrößerung des Reibspaltes;
Fig. 2a-c eine Nachzerkleinerungseinrichtung mit zwei Zerkleinerungswalzen unterschiedlichen Durchmessers in einer Frontansicht, einer Seitenansicht und einer Vergrößerung des Reibspaltes;
Fig. 3a-c ein profiliertes Tellerelement einer Zerkleinerungswalze mit konkavem Wellenprofil in einem seitlichen Querschnitt, einer Aufsicht und einer Vergrößerung der Aufsicht;
Fig. 4a-c ein profiliertes Tellerelement einer Zerkleinerungswalze mit konvexem Wellenprofil in einer Seitenansicht, einer Aufsicht und einer Vergrößerung der Aufsicht.
In den Fig. 1a und 1b ist eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Nachzerkleinerungseinrichtung in einer Ansicht auf die Stirnseiten der Zerkleinerungswalzen 11, 12 beziehungsweise in einer Seitenansicht auf die Zerkleinerungswalzen 11, 12 dargestellt. Die Zerkleinerungswalzen 11, 12 weisen jeweils eine Drehachse 15 beziehungsweise 16 auf, um welche sie in nicht näher dargestellter Weise rotierend antreibbar sind. Die Nachzerkleinerungseinrichtung wird im Folgenden auch als "Multicracker" bezeichnet.
Wie durch die Pfeile in Fig. 1a angedeutet ist, erfolgt der Antrieb der Zerkleinerungswalzen 11, 12 gegensinnig, so dass die Zerkleinerungswalzen in dem Reibspalt 17 zwischen ihnen, wo sie zueinander den kürzesten Abstand annehmen, eine in die gleiche Richtung weisende Umfangsgeschwindigkeit haben. Diese Richtung der Umfangsgeschwindigkeit deckt sich mit der Bewegungsrichtung des zu zerkleinernden Erntegutes (nicht dargestellt), welches durch die Zerkleinerungseinrichtung möglichst wenig gebremst werden soll. Wie durch die unterschiedliche Größe der Pfeile in Fig. 1a ferner angedeutet wird, clrehen sich die Zerkleinerungswalzen vorzugsweise mit unterschiedlich großen Drehzahlen, so dass an jedem Punkt des Reibspaltes die sich dort gegenüberstehenden Punkte der Zerkleinerungswalzen unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten haben. Durch derartige Unterschiede in den Umfangsgeschwindigkeiten wird die Reibwirkung an diesen Stellen sehr hoch, so dass auch bei großen Durchsatzmengen an Erntegut ein hoher und sicherer Körneraufschluss gewährleistet ist.
Weiterhin ist aus Fig. 1b und dem vergrößerten Detail des Reibspaltes 17 in Fig. 1c erkennbar, dass die beiden Zerkleinerungswalzen 11 und 12 in axialer Richtung gesehen ein wellenförmiges Profil haben. Die Besonderheit dieses Profils liegt darin, dass die Wellenflanken 19 bei der in der Figur oberen Zerkleinerungswalze 11 konkav, das heißt nach innen gekrümmt sind, während die Wellenflanken 18 der gegenüberliegenden unteren Zerkleinerungswalze 12 konvex, also nach außen gewölbt sind. Jeweils eine der Wellenflanken ist dabei in Fig. 1b durch eine Schraffur hervorgehoben. Die Wellenflanke 19 an der Zerkleinerungswalze 11 hat die Form eines Ausschnittes aus einem Hyperboloid, während die gegenüberliegende Wellenflanke 18 an der zweiten Zerkleinerungswalze 12 die Form eines komplementären Paraboloids aufweist. Die Vergrößerung in Fig. 1c zeigt dabei, dass die Krümmungen vorzugsweise komplementär zueinander ausgebildet sind, so dass der Reibspalt 17 an jeder Stelle in etwa dieselbe Breite hat.
Die Zerkleinerungswalzen sind vorzugsweise aus einzelnen Tellerelementen 13, 14 aufgebaut, welche entlang der Achsen 15 beziehungsweise 16 hintereinander gestapelt sind. Bei den in Fig. 1b dargestellten Zerkleinerungswalzen sind zum Beispiel jeweils zehn derartiger Tellerelemente 13, 14 hintereinander gestapelt.
Durch den stückweise gekrümmten Verlauf des Reibspaltes 17 wird eine entsprechende Verlängerung des Spaltes erreicht, ohne dass die Walzen 11, 12 selbst verlängert werden müssten oder eine größere Bauform erhielten. Durch die Spaltverlängerung kann eine gleichmäßigere Zerkleinerungsleistung erreicht werden. Ferner wird Erntegut auch durch die Krümmung des Reibspaltes selbst zusätzlich aufgebrochen.
In Fig. 1b ist durch Blockpfeile angedeutet, dass (zumindest) die Zerkleinerungswalze 12 in Radialrichtung verschiebebeweglich gelagert ist. Hierdurch ist es möglich, dass diese Walze 12 bei Eindringen eines Fremdkörpers in den Reibspalt radial ausweichen kann, um eine größere Beschädigung der Zerkleinerungswalzen durch den Fremdkörper zu vermeiden.
Die Fig. 2a bis 2c zeigen ähnlich wie Fig. 1 eine Nachzerkleinerungseinrichtung mit einer konkav profilierten Zerkleinerungswalze 21 und einer konvex profilierten Zerkleinerungswalze 22. Der Unterschied zu der Vorrichtung nach Fig. 1 besteht darin, dass die Zerkleinerungswalze 21 einen größeren Radius hat als die Zerkleinerungswalze 22. Das heißt, dass der Abstand der Wellentäler /Wellenberge der Zerkleinerungswalze 21 von deren Drehachse größer ist als der entsprechende Abstand der Wellentäler/Wellenberge bei der Zerkleinerungswalze 22: r₁ > r₂ und R₁ > R₂, wobei r₁ und r₂ (R₁ und R₂) die Abstände der Wellentäler (Wellenberge) von der Drehachse der ersten Zerkleinerungswalze 21 bzw. der zweiten Zerkleinerungswalze 22 sind. Durch die unterschiedlichen Radien der beiden Zerkleinerungswalzen wird erreicht, dass bei gleichen Drehzahlen der Walzen einander gegenüberliegende Punkte des Reibspalts 27 möglichst große Differenzen der Umfangsgeschwindigkeiten haben, so dass es an diesen Stellen zu einer großen Reibung und damit guten Zerkleinerung des Erntegutes kommt. Diese bei gleichen Drehzahlen der Zerkleinerungswalzen konstruktiv erzeugten Differenzen der Umfangsgeschwindigkeit können noch dadurch verstärkt werden, dass die beiden Zerkleinerungswalzen 21, 22 mit unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben werden, und zwar die größere Zerkleinerungswalze 21 mit höherer Drehzahl als die kleinere Zerkleinerungswalze 22.
In Fig. 3 ist ein Tellerelement 33 dargestellte, welches mehrfach hintereinander gestapelt zum Aufbau einer Zerkleinerungswalze entsprechend den Walzen 11 beziehungsweise 21 aus den vorangehenden Figuren verwendet werden kann. Die im zusammengebauten Zustand nach außen freiliegenden und den Reibspalt begrenzenden Flächen 39 dieses Tellerelementes 33 haben eine konkave, das heißt nach innen gekrümmte Form, was insbesondere aus dem Querschnitt von Fig. 3a erkennbar ist. Ferner weisen die Tellerelemente 33 in den Wellenflanken 39 eine Profilierung auf, welche durch radial verlaufende Einkerbungen 37 gebildet wird. Die Einkerbungen 37 sind weiterhin gegen die Drehrichtung des Tellerelementes 33 gesehen (vgl. Pfeil in Fig. 3b) zur Mittelebene E des Tellerelementes 33 hin einfallend. Außerdem führen die Einkerbungen 37 entlang des Umfanges des Tellerelementes 33 zu radial einwärts gerichteten Ausbuchtungen. Durch diese Formgebung wird die Förderung von Erntegut unterstützt.
Fig. 4 zeigt ein in ähnlicher Weise durch Einkerbungen 47 profiliertes Tellerelement 44, welches konvexe Wellenflanken 48 aufweist und aus dem eine Zerkleinerungswalze entsprechend den Zerkleinerungswalzen 12, 22 aus den Fig. 1 und 2 aufgebaut werden kann.
Durch eine Profilierung der Wellenflanken gemäß den Fig. 3 und 4 kann ein starker Reißeffekt im Reibspalt erzeugt werden, welcher zu einer guten Zerkleinerung des Erntegutes führt.
Eine Nachzerkleinerungseinrichtung der in den Figuren dargestellten Art lässt sich insbesondere zur Zerkleinerung von Maiskörnern in einem Maishäcksler einsetzen. Bei den heutigen leistungsfähigen Maishäckslern ist die Nachzerkleinerungseinrichtung in der Regel der den Durchsatz bestimmende Faktor. Die mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen erzielbare deutliche Erhöhung des Durchsatzes kommt somit der Gesamtleistung des Maishäckslers zugute. Eine separate Luftführung für den Strom des Erntegutes ist dabei nicht erforderlich, da sich in der Praxis herausgestellt hat, dass bei Verwendung des Häckslers im Graseinsatz eine Nachbeschleunigungseinrichtung ohnehin erforderlich ist. Diese Nachbeschleunigungseinrichtung kann somit auch beim Maishäckseln Verwendung finden. Bezugszeichenliste 11, 21 konkave Zerkleinerungswalzen
12, 22 konvexe Zerkleinerungswalzen
13, 23, 33 konkave Tellerelemente
14, 24 44 konvexe Tellerelemente
15 Drehachse
16 Drehachse
17, 27 Reibspalt
37, 47 Einkerbungen
18, 38 konkave Wellenflanke
19, 49 konvexe Wellenflanke
E Mittelebene
r₁, r₂ minimale Radien
R₁, R₂ maximale Radien

Claims

1. Nachzerkleinerungseinrichtung für einen Häcksler, enthaltend zwei gegenläufig antreibbare Zerkleinerungswalzen (11, 12; 21, 22), welche jeweils in Axialrichtung eine gewellte Mantelfläche aufweisen und ineinandergreifend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenflanken (19; 39) an der ersten Zerkleinerungswalze (11; 21) konkav und die Wellenflanken (18; 48) an der zweiten Zerkleinerungswalze (12; 22) konvex gekrümmt sind.

2. Nachzerkleinerungseinrichtung für einen Häcksler, enthaltend zwei gegenläufig antreibbare Zerkleinerungswalzen (21, 22), welche jeweils in Axialrichtung eine gewellte Mantelfläche aufweisen und ineinandergreifend angeordnet sind, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerungswalzen (21, 22) unterschiedliche mittlere, minimale (r₁, r₂) und/oder maximale (R₁, R₂) Radien haben.

3. Nachzerkleinerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerungswalzen (11, 12; 21, 22) mit mindestens einem Antrieb derart gekoppelt sind, dass sie mit unterschiedlicher Drehzahl antreibbar sind.

4. Nachzerkleinerungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenflanken (38; 49) profiliert sind, vorzugsweise durch radial verlaufende Einkerbungen (37; 47).

5. Nachzerkleinerungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerungswalzen (11, 12; 21, 22) aus in Axialrichtung gestapelten Tellerelementen (13, 14; 23, 24; 33; 44) bestehen.

6. Nachzerkleinerungseinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Zerkleinerungswalzen (12; 22) in radialer Richtung schwenkbar gelagert ist.