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Die Erfindung nach Anspruch 1 betrifft eine kinematische Viergelenk-Koppelgetriebe Ausgleichsvorrichtung zur Höhen- und Neigungsanpassung von an Konturen entlang geführten Geräten, insbesondere von Mäh- und Rechenwerken. Die Vorrichtung weist als ein Hauptmerkmal einen Versatz und Drehung entkoppelnden Hebel-inneren Translationsfreiheitsgrad auf. Das andere Hauptmerkmal zielt darauf, den initialen kinematischen Drehpol in die oder in die Nähe beider beim Bodenkontakt aufgeprägten realen Gerätedrehpunkte zu legen. Dies ist beim Geländeanstieg (Hügel, Hindernis) der hintere Kontaktpunkt und beim Geländeabstieg (Mulde) der Kontaktpunkt bei der Geräte-Schwerelinie. Idealerweise verbleiben die momentanen Drehpole erfindungsgemäß im gesamten Betriebsbereich somit in der hinteren Hälfte eines Trommelmähwerks in oder in der Umgebung der Bodenkontaktfläche. Im Auf- und Abstiegszyklus der Übergangsschrägen zu verschiedenen Höhenlagen beschreibt der hintere obere Gelenkpunkt an der Koppel/am Gerät eine geschlossene eher D-förmige Kurve, die der Kontur eines Ohres ähnelt, ein weiteres kennzeichnendes Merkmal. Durch die Korrespondenz der virtuellen Drehpunkte mit den physikalischen Kontaktpunkten reagiert die Ausgleichsvorrichtung auf Bodenunebenheiten somit besonders widerstandsarm und zügig.
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Nach dem Stand der Technik von Mäh- und Rechenwerken und sonstigen Erdbearbeitungsmaschinen kommen bevorzugt Viergelenk Koppelgetriebe Anordnungen als Ausgleichsvorrichtung zum Einsatz. Je nach Ausbildung weisen diese unterschiedliche Nachteile bei der Bodenanpassung auf und unterscheiden sich als solche mit Parallel-Lenkern und solche mit Nicht-Parallel-Lenkern.
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Parallellenker-Mähwerke für reine Höhenanpassung durch Versatz lassen keine Neigungs- oder Steigungsanpassung zu. Dreh-Mähwerke mit insbesondere fester Drehachse lassen in engen Grenzen eine Neigungsanpassung zu, die Hubanpassung erfolgt im Traktor-Dreipunktgestänge. Ein solches Mähwerk mit notwendigem Hub im Traktor-Gestänge liegt beispielsweise mit
DE 38 35 367 (
1,
2) vor.
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Andere Gelenkvierecke weisen nicht-parallele Hebel/Lenker auf, deren Verlängerungen sich auf oder ober- oder unterhalb der Arbeitsebene des Schneid- oder Rechenwerks bzw. der Bodenoberfläche schneiden. Je nach Ausrichtung der Hebel/Lenker kann der Schnittpunkt vor, auf oder hinter der vertikalen Symmetrieachse insbesondere einer Schneidwerk-Trommel liegen.
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Solcher Art kinematischer Viergelenk Koppelgetriebe, – sofern keine Parallelogrammführung –, weisen Translations- und Rotationsbewegungen der Koppel/des Schneidwerkträgers auf, die im jeweiligen Ausmaß in einem zwangsläufig festen Verhältnis zueinander stehen, da untrennbar voneinander. Dies ist der erfindungsgemäß zu behebende Nachteil des Standes bekannter Technik.
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Die
DE-OS 10 2011 120 990 zeigt eine Möglichkeit auf, Versatz und Drehung/Schwenk des Gerätes, insbesondere Mähwerks, voneinander zu entkoppeln. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass ein vorderer Lenker zweigeteilt und mit einem Zwischengelenk versehen wird: die Viergelenk Koppelgetriebe Ausgleichsvorrichtung wird so zum Fünfgelenk Koppelgetriebe.
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Die vorliegende Erfindung bleibt beim althergebrachten Viergelenk-Koppelgetriebe. Lösungsidee: zur Versatz- und Drehentkoppelung der Koppel/des Gerätes ist die Bereitstellung eines inneren Translations-Freiheitsgrades (dof – degree of freedom) in einem der beiden Hebel-/Lenker des bei der Ausgleichsbewegung zusammenwirkenden Paares vorgesehen, an welches das Gerät, den Gewichtsdruck auf die Kontur dabei insbesondere federgestützt/kraftübertragend entlastend, anschließt. Diese Basislösung der erfindungsgemäßen Dreh-Versatz Entkoppelung lässt zunächst die Anordnung und Ausrichtung der einzelnen Hebel/Lenker offen.
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Die erfindungsgemäße Zusatzidee, mindestens den initialen Drehpol einer eher mittleren Betriebsstellung (neutrale Lage), wenn nicht gar alle konstruktiv zugelassenen virtuellen momentanen Drehpole, der Ausgleichs-Kinematik des Viergelenk-Koppelgetriebes direkt in den Kontaktbereich oder in die Umgebung der hinteren bis mittleren Kontaktfläche des Gerätes, insbesondere Mähwerks, insbesondere des Mähtrommel zu legen, schränkt die Drehpollagen optimierend ein.
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Hierbei gilt es, diese virtuellen Drehpole nach der Lehre der Kinematik – nicht zu verwechseln mit den realen Geräte-Drehpunkten der festen Hebel/Lenker Achsen – mit den tatsächlich wirksamen Gerätedrehpunkten im Geräte-Bodenkontaktbereich zusammenrücken zu lassen. Dies möglichst im gesamten Betriebsbereich, aber wenigstens in der betrieblichen Neutral- oder Initial-Stellung. Grund: wenn für die mechanische Ausgleichsvorrichtung die imaginären Drehpole bei infinitesimalen, initialen Schwenks im Bereich maximaler Bodenpressung (physikalischer Drehpunkt in der Bodenab-stützung) liegen, dann sind die inneren Widerstände der Ausgleichsvor-richtung/des gesamten Mähwerks minimal und zudem sofort reaktiv. Dies ist die erfinderische Zusatzidee als bevorzugtes Zusatzmerkmal.
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Bewegt sich das Gerät, hier vereinfachend am Beispiel von Trommelmähwerken aufgezeigt, mit gleichmäßiger und vom Gesamtgewicht teilentlasteter Bodenpressung auf horizontaler Grünfläche und trifft es dann auf einen Knick mit Bodenanstieg oder auf ein überwindbares Hindernis, bäumt es sich auf (Nicken, Azimut).
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Dies ist nur möglich, indem sich die bislang eher in Längsmitte des symmetrischen Kontaktbereichs liegende Bodendruck-Resultierende, mit wachsendem Drehwinkel zur Kante der Fuß- oder Kontaktfläche hin bewegt und darüber hinaus nach hinten zur Schräge verlagert.
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Da dies aber nur mit einer Anhebung des Geräteschwerpunktes möglich ist, drückt der Boden an der Kontaktstelle das Gerät (Kufe/Aufstandsfläche) nach oben: hier kommt der erfindungsgemäß innere Längsfreiheitsgrad (dof) nun zum Tragen, der das Anheben bei gleichzeitigem Schwenk des nachgiebigen Hebels/Lenkers zusätzlich unterstützt und so Versatz (horizontal, vertikal) und Drehung des Gerätes entkoppelt. Nach Maßgabe der aufgeprägten äußeren Bedingungen passt sich das Gerät somit zügig und leichtgängig an die temporären Bodenverhältnisse an.
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Knickt/senkt sich dagegen das Gelände nach unten ab (Mulde), dann kippt das Gerät erst dann vorne nach unten, wenn die Schwerelinie durch seinen Schwerpunkt den freien Bodenbereich erreicht: dies ist bei symmetrischer Schwerpunktlage – hier sei es die einzelne Mähtrommel – die Querachse der Kontaktflächenmitte (s. Abbildungen).
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Einzelheiten zur erfindungsgemäßen Ausführung und optimalen Lage der Drehpunkte sowie zur Funktion der speziellen Viergelenk Koppelgetriebe Kinematik mit innerem Translationsfreiheitsgrad 'dof' sind den Abbildungen zu entnehmen.
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Es zeigen in exemplarischen morphologischen Abwandlungen – hier für Trommelmähwerke – der erfindungsgemäßen Ausgleichsvorrichtung 0 mit den beiden angewandten Prinzipien der inneren Dreh-Versatz Entkoppelung und der Platzierung der Drehpole möglichst nahe bei den „natürlichen” von außen aufgeprägten Drehpunkten:
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1 eine schematische Koppelgetriebe Ausgleichsvorrichtung in Seitenansicht, beispielhaft mit initialem Drehpol 8 in der hinteren Kontaktflächenschräge.
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2 eine andere schematische Koppelgetriebe Ausgleichsvorrichtung in Seitenansicht, beispielhaft mit initialem Drehpol 8 am hinteren Messerende.
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3 eine andere schematische Koppelgetriebe Ausgleichsvorrichtung in Seitenansicht, beispielhaft mit initialem Drehpol 8 am hinteren Knick der Bodenkontaktfläche.
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4 eine weitere schematische Koppelgetriebe Ausgleichsvorrichtung in Seitenansicht, beispielhaft mit initialem Drehpol 8 an hinterer Schräge der Bodenkontaktfläche.
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5 eine andere schematische Koppelgetriebe Ausgleichsvorrichtung in Seitenansicht, beispielhaft mit initialem Drehpol 8 hinter dem Gerät in der Bodenlinie gelegen, dabei noch unweit der Geräterückseite.
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6 eine andere Anordnung nach gleichem Prinzip als einfach gestaltetes Frontmähwerk, schematisch in Seitenansicht und mit betonter möglicher Hubkomponente. Hier ist der initiale Drehpol 8 weiter hinter dem Gerät oberhalb der Bodenlinie gelegen. Hauptmerkmal: innerer linearer Freiheitsgrad.
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7 eine andere schematische Koppelgetriebe Ausgleichsvorrichtung in Seitenansicht, mit der Bahnkurve des hinteren unteren Hebelgelenks im Geräte-festen System bei relativ bewegtem Boden und Hindernisüberwindung.
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8 eine andere schematische Koppelgetriebe Ausgleichsvorrichtung ähnlich 4, in Seitenansicht, mit dargestelltem Bewegungsablauf über dem Geländeprofil, bei linearem horizontalem Vortrieb.
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9 eine schematische Koppelgetriebe Ausgleichsvorrichtung als Frontmähwerk; Schema in 3-D Ansicht mit vier Trommelmäheinheiten und gestricheltem Schurz, links abgeschnitten; das obere Gestänge zum Traktor ist nicht gezeigt.
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10 eine andere schematische Koppelgetriebe Ausgleichsvorrichtung als Heckmähwerk; Schema in 3-D Ansicht mit vier Trommelmäheinheiten und verschieden möglichen nachgiebigen Lenkern mit innerem Freiheitsgrad.
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11 eine andere schematische Koppelgetriebe Ausgleichsvorrichtung, als Abwandlung, mit nachgiebigen Lenkern und integralen Freiheitsgraden.
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Im Einzelnen:
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Die Seitenansichten lassen offen, ob das einzelne Mähwerk 5 an der Koppel 2 über ein zentrales oder aber zwei links-rechtsseitige Hebelpaare 3, 3, (3') an die mit dem Fahrzeug verbundene Koppelgetriebebasis 1 über jeweils vier Gelenkstellen 4 angebunden und geführt ist. Auch ist nicht ersichtlich, ob es sich um ein Einzelmähwerk oder um mehrere gleiche parallel geführte Mähwerke handelt. Beides ist möglich. Im Fall mehrerer Mähwerke, üblicherweise 2, 3, 4, können diese erfindungsgemäß einzeln über Hebel 3, 3, (3') oder axial 4 im Takt beweglich aufgehängt sein.
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1 zeigt in Seitenansicht eine erfindungsgemäße Koppelgetriebe Ausgleichsvorrichtung 0 als Viergelenk-Koppelgetriebesystem. Fein gestrichelt sind Gelenk 4 Verbindungen der Basis 1 und Koppel 2 dargestellt. Strich-punktiert sind die Wirkungslinien der Hebel/Lenker 7 und 7' ebenfalls als Verbindungen der Gelenke 4 gezeichnet, mit Schnittpunkt 8, welcher in dieser eher mittleren Neutrallage den initialen Drehpol 8 nach der Lehre der Kinematik darstellt. Die technischen Drehpunkte sind die Gelenkpunkte 4. Der Drehpol 8 liegt initial optimierend erfindungsgemäß beim Heck an der abgeschrägten Linie, hier also in der Aufstandsfläche mit Bodenerstkontakt bei Drehung infolge der Kraft K (Geländeknick, Hindernis). Angedeutet sind die Schneidmesser 9. Um das Mähwerk in der Normalhöhe zu halten, ist vorne, am hier als starr zu betrachtenden Hebel 3, ein Federelement 3' vorgesehen. Am Heck der Mähtrommel 5 sind symbolisch ein Feder- und ein Dämpferelement 3, (3') zu sehen, z. B. auch als kombiniertes zylindrisches Federdämpferelement wahlweise zu betrachten. Weitere regulierende Elemente 3' sind denkbar, ebenso wie bekannte Stell- und Sensorelemente.
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Am hinteren Hebel 3, (3') ist längs der erfindungsgemäße lineare innere Freiheitsgrad etwas weniger schwarz als Doppelpfeil eingetragen. Da nach der Lehre der Kinematik ein momentaner Drehpol nur in Verbindung mit einer Bewegung, einem Geschwindigkeitsfeld existiert, sind bei den Gelenkpunkten 4 am Gerät 5 (Basis 2) denkbare Geschwindigkeitspfeile eingezeichnet. Die Boden- oder Konturlinie im Kontakt mit dem Schneidwerk 5 ist gestrichelt mit dem Bezugszeichen 20 versehen. Die Basis 1 bewege sich durch die Kraft F mit der Geschwindigkeit v. Die Kraft K greift hier etwa symmetrisch zum initialen Drehpol 8 an.
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2 zeigt in Seitenansicht eine andere Ausführung der Koppelgetriebe Ausgleichsvorrichtung 0, als Viergelenk-Koppelgetriebesystem mit gleicher Funktion. Die Basis/das Tragwerk 1 ist stärker abgewinkelt, der vordere Hebel 3 gerade. Die Ausrichtung der vorderen Feder(n) 3' ist symmetrisch zur Ausrichtung des hinteren Hebels 3, (3'). Beide schließen mit dem Lot den Winkel α ein, wobei deren Wirkungslinien die Messerspitzen tangieren. Der imaginäre Drehpol 8 liegt dabei an/bei der hinteren Messerspitze. Die ungefähre Lage des Schwerpunktes der Mähtrommel ist zeichentechnisch kreisförmig schraffiert markiert.
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3 zeigt in Seitenansicht eine Ausbildung der Ausgleichsvorrichtung 0 als Viergelenk-Koppelgetriebesystem, mit imaginärem Drehpol 8 an/bei der Kante zur hinteren Schräge. Die Bodenkonturlinie 20 zeigt den Geländeanstieg mit Knick und den realen Drehpunkt 8 beim folgenden vorderen Kontakt zu Beginn der Drehung. Schwerpunkt in Gelenkhöhe 4.
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4 weist ganz ähnlich einen imaginärem initialen Drehpol 8 in der Nähe der Hinterkante der konstruktiv definierten Bodenkontaktfläche aus. Zu den Bodenlinien 20 und 20' gehören die realen Bodendrehpunkte 8', 8''.
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5 zeigt ganz ähnlich einen imaginärem Drehpol 8 in der Nähe hinter dem Schneidwerk. Die realen Bodendrehpunkte 8', 8'' der Bodenkonturlinien 20, 20' sind ebenfalls eingetragen.
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6 zeigt eine andere aber gemäß Anspruch des inneren Freiheitsgrads ausgeführte Hebel/Lenker 3, 3' Anordnung. Hier schließt der untere Hebel 3 beim Schwerpunkt C. G. der Mähtrommel an und bildet mit dem Hebel 3' einen beim Hinterrad des Traktors liegenden imaginären Drehpol 8.
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7 zeigt eine weitere gemäß Anspruch und innerem Freiheitsgrad ausgeführte Hebel/Lenker 3, 3' Anordnung und den zugehörigen Ablauf der Relativbewegung im mit der Basis 1 mitbewegten System. Dabei ist der Boden als mit v nach links bewegt dargestellt, dies im gesamten Zyklus eines schrägen Anstiegs auf ein höheres Niveau und des nachfolgenden Abstiegs auf das niedrigere Niveau. Der hintere Gelenkpunkt der Basis 2/des Mähwerks 5 beschreibt dabei die typische D –/„ohrförmige” Kurve 10, wie gestrichelt mit Lage-Zwischenpunkten beispielhaft (geschlossen) dargestellt.
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8 zeigt selbsterklärend den Wirkmechanismus der erfindungsgemäß ausgeführten Konstruktion beim Befahren/Abtasten der Kontur 20 wie sie sich auch aus einer Simulation ergibt. Ganz links das leicht angehobene und dann abgesenkte Mähwerk. Ersichtlich ist auch, dass hier bei ansteigender Kontur der momentane imaginäre Drehpol 8 leicht nach oben wandert und bei absteigender Kontur leicht nach unterhalb der Kontur 20. Zur Darstellung der Wirksamkeit der Ausgleichsvorrichtung wird die Basis 1 linear entlang der Linie 30 geführt: ein zusätzliches Hub-bewegliches Dreipunktgestänge des Traktors ist dabei nicht erforderlich, wenngleich nicht ausgeschlossen.
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9 ist eine Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Ausgleichsvorrichtung, ausgeführt als Frontmähwerk mit vier Mähtrommeln in schematisch-funktioneller Darstellung. Fein gestrichelt sind Teile des Schurzes/der Verkleidung sowie der Basis angedeutet; Dimensionierung unberücksichtigt. Die Aufhängung der Trommeln kann gemeinsam erfolgen – angedeutet über durch zwei die Gelenkpunkte 4 verbindende quer durchgehende Achsen. Dabei könnten zwei der Hebel/Lenker 3, 3' – beide äußeren oder beide inneren – bei geeigneter konstruktiv statisch-dynamischer Auslegung auch entfallen. Nicht allerdings bei separater Aufhängung der vier Trommeln. Es handelt sich hier um Prinzip Darstellungen als Anleitung zum technischen Handeln zwecks Ausführung einer praxisgerechten Konstruktion.
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10 ist eine ähnliche Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Ausgleichsvorrichtung, ausgeführt als Heckmähwerk mit vier Mähtrommeln in schematisch-funktioneller Darstellung. Fett gestrichelt sind die gemeinsame Antriebsachse sowie durchgezogen die verbindende Drehachse 4-4 angedeutet. Der nachgiebige Hebel/Lenker 3' mit Längsfreiheitsgrad (dof) kann, wie links per Ellipse angedeutet, auch aus einem offenen oder geschlossenen Biegefederelement (Stahl, GFK, CFK, Composite) bestehen.
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Obwohl die Zeichnungen der Einfachheit halber auf Trommelmähwerke abgestellt sind, handelt es sich um eine Ausgleichsvorrichtung 0 für Geräte 5 aller Art, welche entlang Konturen 20 geführt werden und eine Höhen- und Neigungsanpassung bestmöglich, zwangs- und verzögerungsarm und somit leichtgängig erzielen.
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11 ist eine Abwandlung einer erfindungsgemäßen Ausgleichsvorrichtung, ähnlich 1, mit gleichen Grundprinzip aber mit abweichender Ausführung der Hebel 3, 3' der Ausgleichsvorrichtung: aus metallischen und/oder Verbundwerkstoffen, insbesondere GFK, CFK, AFK. Das Teil/der Abschnitt 1' ist geeignet mit der bewegten Basis 1 (F, v) fest verbunden. Es geht integral oder differentiell ohne Gelenkachse in den vorderen Hebel 3, 3' über, welcher ein integrales Zwischengelenk 4 aufweist. Dies wird realisiert ohne physikalische Gelenkachse, entweder durch lokale integrale oder differentiell eingebrachte Verschwächung. Lokal dort ist bevorzugt eine stärkere Biegsamkeit des Hebel 3, 3' Materials/Aufbaus gegeben, derart, dass, im durch die gestrichelte Ellipse markierten Bereich, sich eine innere Gelenkstelle ohne physikalische Achse ausbildet. Alternativ wäre eine Drehfeder, somit ein explizites Drehgelenk denkbar.
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Der vordere untere Gelenkpunkt 4, als Verbindung des vorderen wenigstens teilweise nachgiebigen Hebels 3, 3' mit der hier gezeigten Mähtrommel 5, erlaubt einen Schwenk des unteren vorderen Hebelteiles 3, 3' um die integrale Gelenkstelle 4 mit der Hebelachse 7'. Weiter kann der obere Hebelteil 3, 3', welcher integral oder differentiell an das Befestigungsteil 1' anschließt, optional eine nicht unwesentliche Biegung ermöglichen, so, dass zusätzlich eine im Wesentlichen vertikale Zusatzbewegung zur Unterstützung der Ausgleichsbewegung der Vorrichtung 0 verfügbar ist. Der hintere/rückwärtige Hebel 3, (3') kann in diesem Ausführungsbeispiel als endseitig gelenkig 4 angeschlossenes flexibles Biege-Element aus Metall oder Verbundwerkstoffen ausgeführt sein. Abweichend von 1 wird der erfindungsgemäß innere lineare Freiheitsgrad dof nicht durch ein Feder- oder Federdämpferelement realisiert, sondern durch ein Biegefederelement, welches wegen der Gelenke 4 gleichsam einen Hebel darstellt. Durch Biegung des hinteren/rückwärtigen Hebels 3, (3') ist die Distanz zwischen seinen endseitigen Gelenken 4 entlang der Linie 7 veränderlich wie in 1, wodurch der innere Freiheitsgrad dof realisiert ist. Die ganze Konfiguration 0 ist statisch wie dynamisch stabil auslegbar.
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Durch Verwendung von Composites – wie etwa bei Flugzeug Fahrwerk- oder Flügel Federstreben – wirkt die Ausbildung absorbierend und dampfend auf Schwingungen und Schocks, je nach Ausführung und Materialaufbau. In einer Abwandlung kann, soweit praktisch sinnvoll, das Befestigungsstück 1' als Mittelteil mit dem hinteren Hebel 3, (3') und dem vorderen Hebel 3, 3' eine integral gefertigte Einheit bilden, gefügt oder als ein Stück aus Composites, wobei dann im Bereich 1' beispielsweise eine metallische Mantelung für eine stabile (Flansch-)Verbindung sorgt, mit durchgängigen eingeharzten Buchsen als Aufnahme für Schraubenbolzen. Eine derartige Composite Leichtbauweise ermöglicht Gewichtsersparnisse und sorgt für schnelle Reaktion bei stabiler Konfiguration.
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Stell- und Justiermittel, insbesondere für die Niveaulagen, sind hier nicht dargestellt. Durch die jeweils passende Zuordnung der Flexibilitäten beider Hebel 3, (3') und 3, 3' zum Gewicht des Geräts 5 lässt sich insbesondere der vertikale Verfahrweg, die Amplitude konstruktiv festlegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2807127 [0003]
- CH 510975 [0003]
- DE 3022742 [0003]
- GB 2013466 [0003]
- GB 1014385 [0003]
- DE 3835367 [0003, 0004]
- DE 102011120990 A [0007]
