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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Pflege oder Bearbeitung von Außenflächen mit einem rotierbaren
und durch eine Bremse stillsetzbaren Arbeitswerkzeug, das über einen
Antriebsstrang antreibbar ist, der zwischen einem Abbtriebsteil
und einem das Arbeitswerkzeug tragenden Antriebsteil eine Kupplung
aufweist, die unter Wirkung eines Antriebsmoments das Antriebsteil
mitnimmt und durch die wenigstens ein beim Einsatz der Vorrichtung
mit dem Arbeitswerkzeug rotierendes Bremsteil vor seiner Mitnahme
durch die Kupplung von einem drehfesten Bremsteil lösbar ist,
wobei bei Wegfall des Antriebsmoments die Kupplung durch ein Schwungmoment
des Arbeitswerkzeugs trennbar und gegen das drehfeste Bremsteil
in Schließlage
bringbar ist.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere
auf maschinelle Arbeitsgeräte
für die
Pflege von Grünflächen und
Verkehrsflächen,
von garten-, land- und forstwirtschaftlichen Flächen sowie für die Bodenbearbeitung.
Hierzu zählen
unter anderem Mäher,
Maschinenbesen, Häcksler,
Vertikutierer, Stubbenfrä sen oder
dergleichen, insbesondere auch solche, bei denen das Arbeitsaggregat
als Anbaugerät
in Verbindung mit einer einachsigen, universell verwendbaren Antriebsmaschine
mit Fahrantrieb eingesetzt wird. Die vorgenannten Geräte weisen
je nach Verwendungszweck unterschiedlich ausgebildete Arbeitswerkzeuge
auf, wobei sich die Erfindung ausschließlich auf rotierende Werkzeuge
bezieht, die auf einer an einem Antriebsstrang angeordneten Werkzeugwelle
sitzen. Die Werkzeugwelle wird über
den Antriebsstrang von einem Motor angetrieben, der je nach Bauweise
des Geräts
und der geforderten Leistung unterschiedlich aufgebaut ist.
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Das im Betrieb mit hoher Drehzahl
umlaufende Arbeitswerkzeug stellt für den Benutzer ein potentielles
Sicherheitsrisiko dar und zwar auch dann, wenn der Antrieb willkürlich oder
unwillkürlich
abgeschaltet worden ist, weil das Werkzeug mit einem mehr oder weniger
großen
Schwungmoment nachläuft.
Es geht deshalb das Bestreben dahin, Antrieb und Antriebsstrang
im Sinne einer Verringerung der Nachlaufzeit des Werkzeugs auszulegen.
Die verbleibenden Nachlaufzeiten sind gleichwohl noch zu lang. Ist
im Antriebsstrang ein Freilauf angeordnet, um das beim Abschalten
auftretende Schwungmoment nicht auf die Fahrgetriebe der Antriebsmaschine
wirken zu lassen, erhöht
sich bei einer vorbekannten Vorrichtung der genannten Art noch die
Nachlaufzeit des Werkzeugs.
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Es sind deshalb zusätzliche
Bremseinrichtungen vorgesehen, die in Abhängigkeit von dem für den Arbeitsbetrieb
vorgesehenen Schaltglied in Wirkung treten. Soweit hierbei ein manuell
auszulösender
Steuerbefehl notwendig ist, ist die Übertragung des Steuerbefehls
nicht garantiert und zudem mit zusätzlichem Bedienungsaufwand
durch Aufbringen der Haltekraft verknüpft. Ferner sind die Übertragungsmittel
fertigungs- und montageaufwendig. Auch werden diese Über tragungsmittel
vom Benutzer häufig
außer
Kraft gesetzt, um das Arbeiten mit dem Gerät zu vereinfachen.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der
DE 101 40 833 A1 bekannt.
Allerdings ist bei dieser als nachteilig anzusehen, dass beim Lösen bzw. Schließen der
Bremse konstruktionsbedingt relativ hohe Reibungs- und Widerstandskräfte auftreten, was
u.a. das Vorsehen eines Freilaufs im Antriebsstrang ausschließt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden,
dass bei einem wie immer gearteten Ausschalten des Antriebs die
Bremse selbsttätig
geschlossen wird und dabei zugleich die Nachlaufzeit des Arbeitswerkzeugs
verringert wird. Außerdem
soll das Lösen
bzw. Schließen
der Bremse bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung leichtgängig ohne
Reibung erfolgen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das erste mitrotierende Bremsteil wenigstens einen Durchbruch
aufweist, in dem ein Hubmittel parallel zum Antriebsstrang beweglich
angeordnet ist, das mit wenigstens einer sich über einem Bereich der Kupplung
in Umfangsrichtung erstreckenden Fläche mit gegenüber dem
mitrotierenden Bremsteil geneigten Verlauf zusammenwirkt, so dass
mittels einer durch die Neigung der Fläche hervorgerufenen Bewegung
des Hubmittels je nach relativer Drehrichtung zwischen der Kupplung
und dem mitrotierenden Bremsteil ein Lösen oder Schließen der
Bremse bewirkbar ist, und dass zumindest ein weiteres mitrotierendes
Bremsteil ein Axiallager zum Ermöglichen
einer Bewegung parallel zum Antriebsstrang aufweist.
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Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten
Vorrichtung wird der Kraftfluss zwischen dem Motor oder einer Kupplung
und dem Arbeitswerkzeug an einer Trennstelle unterbrochen. Diese
Trennstelle wird durch eine Kupplung überbrückt, die nur in Drehrichtung
und bei Anstehen eines Drehmomentes wirksam ist. Die Bremse wird
gelüftet,
wenn ein Antriebsmoment an der Kupplung wirkt. Fällt das Antriebsmoment aus,
beispielsweise bei gewillkürtem
oder unwillkürlichem
Abschalten des Antriebs, so läuft
das Werkzeug nach. Dessen Schwungmoment löst die Kupplung und bringt
die Bremse in die Schließlage,
in der auch die Kupplung in die Bremsstellung zurückgesetzt
ist. Die Nachlaufzeit lässt
sich durch entsprechende konstruktive Auslegung von Kupplung und Bremseinrichtung
minimieren. Durch das Vorsehen eines Axiallagers ergibt sich eine
zusätzliche
Beweglichkeit des mitrotierenden Bremsteils, was einer Leichtgängigkeit
der Bremse zuträglich
ist und somit die Einsatzsicherheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verbessert.
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Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
steht das erste mitrotierende Bremsteil mit einer Rückstelleinrichtung
zum Vermitteln einer in Richtung des drehfesten, vorzugsweise axial
schwimmend gelagerten Bremsteils wirkenden Rückstellkraft in Wirkverbindung.
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Die Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung wird
erfindungsgemäß dazu genutzt,
die Bremse bei Stillstand der Vorrichtung geschlossen zu halten
und das Zurückkehren
in die Schließlage
bei Wegfall des Antriebsmotors zu unterstützen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bereich des Zusammenwirkens
von geneigter Fläche
und Hubmittel im Wesentlichen einem Kupplungsweg der Kupplung entspricht.
Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehen vor,
dass der Durchbruch eine kreiszylindrische Bohrung und das Hubmittel
eine Kugel ist. Auf diese Weise ergibt sich eine Hubbewegung des
Hub mittels, die mit minimaler Reibung verbunden ist. Es ist daher
gemäß einer äußerst bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung möglich,
in dem Antriebsstrang eine Freilaufeinrichtung vorzusehen, ohne
dass hierdurch eine Funktionsfähigkeit
der Bremse, insbesondere beim Schließen, behindert oder gar verhindert
würde.
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Vorzugsweise besitzt die Kupplung
wenigstens einen Mitnehmer am Abtriebsteil des Abtriebsstrangs,
der unter Wirkung des Antriebsmoments nach Durchlaufen seines Kupplungswegs
und erfolgtem Lösen
der Bremse mit dem Antriebsteil zum Mitnehmen desselben in Anlage
bringbar ist. Der am Antriebsteil des Antriebsstrangs angeordnete
Mitnehmer wandert beim Einschalten des Antriebs in eine Anschlagposition
und überträgt das Drehmoment
auf die Werkzeugwelle. Bei der Bewegung des Mitnehmers bis zur Anschlagposition
wird zugleich das Hubmittel aufgrund des Zusammenwirkens mit der
geneigten Fläche
axial bewegt und mittels dieser Bewegung die Bremse gelüftet.
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Insbesondere für schwerere Anbaugeräte empfiehlt
sich eine Ausführungsform,
bei der für
die Bremse die zwei im Wesentlichen parallel angeordneten mitrotierenden
Bremsteile mit einander zugewandten Bremselementen versehen sind,
zwischen denen das feststehende Bremsteil angeordnet ist. Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass die Rückstelleinrichtung
wenigstens ein Federelement aufweist, durch das die mitlaufenden
Bremsteile gegen das drehfeste Bremsteil elastisch verspannt sind
und dass das mit der Kupplung zusammenwirkende erste Bremsteil als
Wiederlager für
die Rückstelleinrichtung
ausgebildet ist. Dadurch ist sichergestellt, dass die Bremse bei
Stillstand des Arbeitswerkzeugs ihre Schließlage einnimmt und bei Wegfall
eines Antriebsmoments schnell und selbsttätig in diese zurückkehrt.
Durch diese Ausbildungen ist außerdem
eine besonderes kompakte, annähernd
geschlos sene Bauweise möglich,
da die für
die Mitnahme und für die
Betätigung
der Bremse maßgeblichen
konstruktiven Maßnahmen
an einem einzigen Bauteil (Mitnahmeflansch) und den ihn umgebenden
Bremsteilen verwirklicht sind.
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Darüber hinaus liegt bei dieser
Ausführung der
Betätigungsmechanismus
für die
Bremse nicht unmittelbar im Kraftfluss des Antriebsstrangs, wodurch
das System robuster und leistungsfähiger wird.
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Das drehfeste Bremsteil kann bei
allen Ausführungsformen
an einem den Antriebsstrang zumindest teilweise umgebenden Gehäuse angeordnet und
ringförmig
ausgebildet sein. Die Bremsflächen liegen
somit auf einem größtmöglichen
Durchmesser und können
hinsichtlich ihrer Bremswirkung optimiert werden.
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Um ein möglichst gleichzeitiges, sattes
und symmetrisches Anliegen der mitlaufenden Bremsteile bzw. deren
Bremselemente an dem drehfesten Bremsteil zu ermöglichen, wodurch eine bestmögliche Bremswirkung
bei günstigem
Verschleißverhalten
erzielbar ist, sieht eine bevorzugte Weiterbildung vor, dass das
drehfeste Bremsteil an der Abdeckung schwimmend gelagert ist.
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Bei allen beschriebenen Ausgestaltungen
ist das feststehende Bremsteil ringförmig ausgebildet. Dagegen können die
mitrotierenden Bremsteile nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
die mitrotierenden Bremsteile auch sternförmig mit einer Mehrzahl von Armen
ausgebildet sein, wobei an den Enden der Sternstrahlen bzw. Arme
jeweils wenigstens ein Bremselement angeordnet ist. Eine derartige
Ausgestaltung bewirkt eine günstige
Material- und damit Massenersparnis für die rotierenden Bremsteile,
wodurch das Schwungmoment der Vorrich tung verringert und diese schneller
und leichter stillsetzbar ist. Darüber hinaus fungieren die Arme
als Windflügel und
sorgen bei Betrieb für
eine Kühlung
der rotierenden und dadurch reibenden Bauteile.
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Mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
wird ein neues konstruktives Prinzip verwirklicht, bei dem die Bremse
integrierter Bestandteil des Antriebsstrangs ist und ihre Betätigung durch
das Antriebsmoment einerseits (Öffnen)
und durch das Schwungmoment – gegebenenfalls
im Verein mit einer integrierten selbsttätigen Rückstellkraft – andererseits
(Schließen)
erfolgt. Gleichviel, ob der Antrieb (Motor oder Kupplung) bewusst
oder unwillkürlich ausgeschaltet
wird, tritt die Bremse ohne jedes weitere Zutun von außen in Funktion.
Umgekehrt wird sie bei Einschalten des Antriebs gelöst und verbleibt in
diesem Zustand, solange ein Antriebsmoment ansteht. Die Nachlaufzeit
des Arbeitswerkzeugs lässt sich
dadurch erheblich reduzieren und durch die konstruktive Auslegung
auch weitgehend bestimmen.
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Selbstverständlich können Bremsen jeder bekannten
Bauweise, z.B. Trommel-, Schlag-, Bandbremsen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Anwendung finden. Ihre Wirkrichtung kann axial oder radial sein.
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Nachstehend ist die Erfindung beispielhaft anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Mähwerkzeugs beschrieben, wobei
nur die wesentlichen Teile des Antriebsstrangs wiedergegeben sind,
da der Antrieb selbst und Einzelheiten des Mähers von herkömmlicher
Bauart sind. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Anbaumähwerks;
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2 einen
ausschnittsweisen Längsschnitt durch
ein äquivalentes
Anbaumähwerk
in der Zeichenebene der 1 im
Bereich der Kupplung und Bremse, letztere in geöffneter (links) und in geschlossener
Stellung (rechts);
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3 eine
Stirnansicht des Mitnahmeflanschs der Kupplung gemäß 2 bei geschlossener Bremse;
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4 einen
Schnitt IV-IV gemäß 3;
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5 eine
Stirnansicht des Mitnahmeflanschs der Kupplung gemäß 2 bei offener Bremse; und
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6 einen
Schnitt VI-VI gemäß 5.
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Bei dem in der 1 schematisch dargestellten Mähwerk überträgt ein nicht
gezeigter Motor das Antriebsmoment gegebenenfalls über nicht
gezeigte Getriebemittel an einen insgesamt mit 1 bezeichneten
Antriebsstrang, der in einer gehäuseartigen
Abdeckung 2 angeordnet ist. Der Antriebsstrang 1 weist
unter anderem als Abtriebsteil 3 eine von einem Riemenantrieb 1.1 angetriebenen
Riemenscheibe 4 auf, die mit einem die Werkzeugwelle 5 bildenden
Antriebsteil 6 in Verbindung steht und über diesem ein horizontal umlaufendes
Messer 7 treibt. Das in 1 gezeigte
Anbaumähwerk
kann über
einen Flansch 8 an ein geeignetes Antriebsaggregat angebaut
werden, wobei zugleich die Verbindung zwischen der Abtriebswelle
des Motors und dem Antriebsstrang 1 über ein Winkelgetriebe 1.2 hergestellt wird.
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Zwischen dem Abtriebsteil 3 und
dem Antriebsteil 6 sind eine Kupplung 9 und eine
Bremse 10 angeordnet, so dass der Antriebsstrang zwischen dem
Antrieb und der Werkzeugwelle 5 eine Trennstelle aufweist,
die von der Kupplung 9 über brückt ist. Die
Kupplung 9 ist als Mitnehmerkupplung ausgebildet und wird
anhand der nachfolgenden 2 näher erläutert.
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Die 2 zeigt
einen Axialschnitt im Bereich von Abtriebsteil 3 (Riemenscheibe 4)
und Antriebsteil 6 (Messerwelle 5) des Antriebsstrangs 1 eines
erfindungsgemäßen Anbaumähwerks.
Die Ausgestaltung der 2 unterscheidet
sich von der Ausgestaltung der 1 dadurch,
dass hier Kupplung 9 und Bremse 10 oberhalb des
Abtriebteils, also auf der dem Messer 7 abgewandten Seite
angeordnet sind, um zu verdeutlichen, dass beide Alternativen der 1 und 2 möglich
sind. Die Riemenscheibe 4 weist drei radialsymmetrisch
angeordnete Mitnehmer 11 an einem als Hubscheibe fungierenden,
flanschartig ausgebildeten Ringteil 12 auf, die zugleich
als Schrauben 13 für
die Befestigung des Ringteils 12 an der Riemenscheibe 4 dienen,
die über
ein Lager 4.1 an die Messerwelle 5 gelagert ist.
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Die Mitnehmer 11 wirken
mit einem ersten Bremsteil 14 zusammen, das bei Betrieb
mit dem Antriebsteil 6 rotiert. Das Ringteil 12 ist
zwischen der Riemenscheibe 4 und dem unteren, ersten Bremsteil 14 angeordnet,
wie weiter unten anhand der 4 und 6 näher erläutert wird. Parallel und hier
oberhalb des ersten Bremsteils ist ein zweites, mit dem Antriebsteil 6 umlaufendes
Bremsteil 15 angeordnet, so dass die beiden Bremsteile 14, 15 mit
einem zwischen ihnen befindlichen ringförmigen, drehfesten, aber vorzugsweise
axial schwimmend gelagerten Bremsteil 16 die Bremse 10 bilden.
Die Bremsteile 14, 15 weisen jeweils über ihren
Umfang verteilt angeordnete Bremselemente 17, 18 (Bremsbacken) auf,
wobei die Bremselemente 17 bzw. 18 auf verschiedenen
Bremsteilen 14 bzw. 15 einander gegenüber liegend
angeordnet sind. Das ringförmige Bremsteil 16 ist über Tragteile 19 an
der Abdeckung 2 der Vorrichtung befestigt. Die mit laufenden
Bremsteile 14, 15 sind über drei sie durchsetzende
Spannbolzen 20 und eine eine die Rückstellkraft bewirkenden Druckfeder 21 elastisch
in Schließstellung
gehalten (rechter Teil der 2).
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Das Bremsteil 14 besitzt
im Bereich oberhalb des Ringteils 12 eine Anzahl von Durchbrüchen in Form
kreiszylindrischer Bohrungen 24, in denen jeweils ein als
Kugel 25 ausgebildetes Hubmittel vorgesehen ist, das eine
gewisse Beweglichkeit in einer Richtung parallel zum Antriebsstrang
aufweist. Diese Beweglichkeit ist nach unten, d.h. in Richtung der Riemenscheibe 4 durch
dieselbe begrenzt. Nach oben hin wirkt die Kugel 24 mit
einem Axiallager 26 für
das zweite, obere Bremsteil 15 zusammen.
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Wie aus den 3 und 5 ersichtlich,
wirken die Mitnehmer 11 am Abtriebsteil 3 mit
Armen 23 des beim gezeigten Ausführungsbeispiel sternförmig ausgebildeten
Bremsteils 14 zusammen. Wie aus den 3 und 5 ersichtlich,
weist das Ringteil 12 (und damit die Kupplung 9) über seinen
Umfang verteilt Flächen 27 auf
(dort schraffiert dargestellt), die gegenüber einem Verlauf der Bremsteile 14, 15, 16 geneigt
sind und bei Drehung der Riemenscheibe 4 bzw. des Ringteils 12 in
Pfeilrichtung R (vgl. 3 und 5) eine axiale Bewegung des
Hubmittels 25 bewirken. Ferner weisen die Arme 23 in
Drehrichtung R eine Anzahl von Anschlagstellen 28 auf,
die mit den Mitnehmern 11 an der Riemenscheibe 4 zusammenwirken
(siehe auch 5).
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Das Ringteil 12 weist in
einem entgegen der Drehrichtung R der Riemenscheibe 4 angeordneten Endbereich 29 der
geneigten Flächen 27 (links
in 3 und 5) einen Anschlag 30 auf, durch
den eine relative Drehbewegung von unterem Bremsteil 14 und
Ringteil 12 gegebenenfalls gestoppt werden kann.
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Im Ruhezustand ist die Bremse 10 unter
Wirkung der Druckfedern 21 geschlossen. Wird der Antrieb
eingeschaltet, teilt sich das Antriebsmoment über das Abtriebsteil 3 bzw.
die Riemenscheibe 4 den Mitnehmern 11 mit, die
sich in Drehrichtung R gemäß 3 und 5 auf den in Drehrichtung nächstliegenden Arm 23 des
Bremsteils 14 zu bewegen. Dabei wirken sie mittels der
Flächen 27 zunächst auf
die Kugeln 25 und stellen unter Ausnutzung des durch das
Axiallager 26 ermöglichten
Freiheitsgrads der Bewegung in Richtung des Antriebsstrangs 1 die
drehbaren Bremsteile 14, 15 von dem drehfesten
Bremsteil 16 frei, so dass die Bremse 10 gelüftet ist.
Auf dem weiteren Weg schlagen die Mitnehmer 11 gegen die
Anschlagstellen 28 der Arme 23 (vgl. 5), so dass das Drehmoment
auf das Antriebsteil 6 bzw. die Werkzeugwelle 5 mit
dem Werkzeug 7 übertragen wird.
Schaltet der Antrieb ab, überwindet
das Schwungmoment unterstützt
von der Rückstellkraft der
Druckfeder 21 die nur geringe Rollreibung zwischen den
Kugeln 25 und den geneigten Flächen 27 des Ringteils 12,
so dass die Kugeln 25 auf den Flächen 27 nach unten
in Richtung Anschlag 30 laufen und die drehbaren Bremsteile 14, 15 in
Schließstellung
an dem drehfesten Bremsteil 16 gelangen. Diese Rückstellung
wird zusätzlich
noch durch das Axiallager 26 für das zweite, obere Bremsteil 15 unterstützt, durch
das – wie
gesagt – für eine größere Beweglichkeit
des oberen Bremsteils 15 bezüglich des drehfesten Bremsteils 16 und
des unteren Bremsteils 14 gesorgt ist.
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- 1
- Antriebsstrang
- 1.1
- Riemenantrieb
- 1.2
- Winkelgetriebe
- 2
- Abdeckung
- 3
- Abtriebsteil
- 4
- Riemenscheibe
- 4.1
- Lager
- 5
- Werkzeugwelle
- 6
- Antriebsteil
- 7
- Messer
- 8
- Flansch
- 9
- Kupplung
- 10
- Bremse
- 11
- Mitnehmer
- 12
- Ringteil
- 13
- Schraube
- 14
- Bremsteil
- 15
- Bremsteil
- 16
- Bremsteil
- 17
- Bremselement
- 18
- Bremselement
- 19
- Tragteil
- 20
- Spannbolzen
- 21
- Druckfeder
- 23
- Arm
- 24
- Bohrung
- 25
- Kugel
- 26
- Axiallager
- 27
- Fläche
- 28
- Anschlagstelle
- 29
- Endbereich
- 30
- Anschlag
- R
- Drehrichtung