DE19943209C2

DE19943209C2 - Kupplungsanordnung für landwirtschaftliche Geräte

Info

Publication number: DE19943209C2
Application number: DE19943209A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lohmueller; Andreas Sarfert; Reinhold Walter; Eberhard Wilks
Original assignee: GKN Walterscheid GmbH
Current assignee: GKN Walterscheid GmbH
Priority date: 1999-09-09
Filing date: 1999-09-09
Publication date: 2002-01-24
Anticipated expiration: 2019-09-10
Also published as: ITMI20001238A0; ITMI20001238A1; NL1015032C2; JP3523154B2; US6497620B1; AT500619A1; FR2798437B1; US20030087703A1; DE19943209A1; GB2354048B; IT1317772B1; NL1015032A1; JP2001090758A; FR2798437A1; GB2354048A; GB0015644D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung für den drehenden Antrieb landwirt schaftlicher Geräte bzw. drehend angetriebener Antriebsabschnitte in landwirtschaftlichen Geräten und umfaßt eine Reibkupplung und Steuermittel.

Reibkupplungen werden bei Landmaschinen dann eingesetzt, wenn große Massen, z. B. Schwungräder zu beschleunigen sind. Während der Beschleunigungsphase rutscht die Kupplung und setzt die da bei absorbierte Energie in Wärme um. Ebenso spricht die Reib kupplung bei solchen Geräten dann an, wenn eine Blockade in nerhalb des Gerätes auftritt, so daß die gesamte Reibleistung, d. h. Antriebsleistung, in Wärme umgesetzt wird. Dabei erhitzt sich die Kupplung sehr schnell. Die gespeicherte Wärme kann nur über ihre Oberfläche abgeführt werden. Die Abkühlung dauert da her entsprechend lange und die Gefahr einer Überhitzung der Reibkupplung ist groß. Aus diesem Grunde werden Reibkupplungen nur dort eingesetzt, wo große Massen beschleunigt werden müssen und nur gelegentlich Überlastungen durch Blockaden eintreten.

Aus der DE 38 01 348 C2 ist eine Reibungskupplung zum Einsatz in Antrieben von landwirtschaftlichen Geräten bekannt, welche eine Kupplungsnabe, ein Kupplungsgehäuse sowie zwischen diesen beiden wechselweise angeordnete Zwischenscheiben umfaßt. Zwischen letz teren sind Reibbeläge angeordnet. Es sind ferner Druckfedern vorgesehen, welche einerseits die Druckscheibe der Reibanordnung beaufschlagen und andererseits gegen eine am Kupplungsgehäuse gehaltene Druckplatte abgestützt sind. Dabei sind an der Druckscheibe mehrere Stegbolzen umfangsverteilt angebracht, die axial durch Bohrungen in der Druckplatte herausgeführt sind. Über an die Stehbolzen angreifende Verstellmittel ist die Druckscheibe axial lüftbar. Damit die Reibungskupplung während des Betriebes zu- oder abgeschaltet werden kann, sind hydraulisch betätigbare Verstellmittel vorgesehen. Dabei wird die Entlastung der Reiban ordnung durch Druckbeaufschlagung eines Zylinderraumes mit Druckmittel erreicht.

Die DE 39 06 050 C2 offenbart ein Verfahren und eine Einrichtung zum Messen und Anzeigen von Belastungszuständen in Antriebs strängen von landwirtschaftlichen Geräten. Hierfür besitzt eine landwirtschaftliche Maschine eine Drehmomentbegrenzungskupplung, deren An- und Abtriebsdrehzahlen gemessen werden, wobei die der Drehzahldifferenz entsprechenden Schlupfumdrehungen aufsummiert werden. Bei Überschreiten einer vorgegebenen, zulässigen Schlupfumdrehung wird ein Signal ausgelöst, welches die Bedien person entsprechend informiert. Die Bedienperson kann dann Ge genmaßnahmen einleiten.

Aus der DE 195 35 970 A1 geht eine elektromagnetische Reibungs kupplung sowie eine Struktur für ein Wicklungsgehäuse und ein Wellenlager zur Verwendung bei einer solchen Reibungskupplung hervor. Die elektromagnetische Reibungskupplung hat ein Ein gangszahnrad, das auf einer Ausgangswelle zur Drehung relativ zu dieser gelagert ist und aus einem selbstschmierenden Material besteht. Ein Anker ist drehbar auf einem Ansatz des Eingangs zahnrades gelagert. Eine Rotorscheibe ist an der Ausgangswelle zur Drehung mit dieser befestigt. Der Anker ist zwischen einer Eingriffsposition und einer ausgerückten Position axial verla gerbar. Ein Elektromagnet ist auf der Ausgangswelle gelagert, um den Anker zur Rotorscheibe anzuziehen, um somit die elektromag netische Reibungskupplung einzurücken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungsanord nung mit einer Reibkupplung zu schaffen, bei der die Gefahr der Überhitzung reduziert ist und die dadurch eine entsprechend höhere Lebensdauer aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kupplungsanordnung für den drehenden Antrieb landwirtschaftlicher Geräte bzw. drehend angetriebener Antriebsabschnitte in landwirtschaftlichen Geräten, umfassend eine Reibkupplung mit einer Längsachse, mit einem Ge häuse, das eine erste Reibfläche aufweist, auf der die Längsach se senkrecht steht, mit einer Nabe, die im Gehäuse aufgenommen ist und relativ zu diesem um die Längsachse drehbar und in axia ler Richtung begrenzt bewegbar ist, mit mindestens einer ersten Nabenlamelle, die mit der Nabe fest verbunden ist, mit einer Druckplatte, mit Druckfedern, die die Druckplatte beaufschlagen und sich gegen eine am Gehäuse festgelegte Stützplatte abstüt zen, und mit Reiblamellen, die zwischen der ersten Reibfläche des Gehäuses und der ersten Nabenlamelle sowie zwischen dieser und der Druckplatte angeordnet sind, ferner umfassend eine Betä tigungsvorrichtung, die einen ringförmigen Elektromagneten auf weist, der koaxial um einen aus dem Gehäuse austretenden Ab schnitt der Nabe angeordnet und relativ zu dieser drehbar und in Richtung der Längsachse unverstellbar gelagert ist und durch Si cherungsmittel gegen Drehung sicherbar ist, und die ferner eine Ankerplatte besitzt, die mittels Stellbolzen mit der Druckplatte und drehsicher mit dem Gehäuse verbunden ist, und umfassend Steuermittel, über welche der Elekromagnet mit einer Stromquelle verbindbar ist und welche die vom Elekromagneten erzeugte und der Kraft der Druckfeder entgegenwirkende Betätigungskraft beim Anlaufen der Reibkupplung von einem Maximum über ein vorbestimm tes Zeitintervall auf einen reduzierten Wert abfallen läßt, ge löst.

Von Vorteil bei dieser Anordnung ist, daß beim Beschleunigen das Übertragungsmoment langsam bis zum Nennmoment aufgebaut wird, so daß die spezifischen Flächenpressungen zu Beginn des Einkupp lungsvorgangs bei anliegender hoher Drehzahldifferenz gering sind und die somit erzeugte und von der Kupplung zu absorbieren de Wärme geringer ist als bei der herkömmlichen Lösung. Die Überhitzungsgefahr der Kupplung ist entsprechend reduziert und die Lebensdauer verlängert sich. Wird bei Anlaufen der Kupplung vom Elekromagneten keine Kraft mehr auf die Druckplatte im Sinne der Entlastung ausgeübt, dann ist die Kupplung auf das Nennmo ment eingestellt.

Die Kupplungsanordnung kann derart gesteuert sein, daß die Anpreßkraft der Druckplatte ausgehend von einem Minimalwert in einem vorgegebenen Zeitintervall auf den vollen Wert der Druckbeaufschlagung geführt wird, wobei ferner die Drehzahlen des Gehäuses und der Nabe gemessen und verglichen werden und wobei die Reibanordnung bei Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahldifferenz für eine vorgegebene Zeitspanne entlastet und ein Warnsignal erzeugt wird. Dabei beträgt der kleinstmög liche Minimalwert der Anpresskraft der Druckplatte Null.

In Ausgestaltung der Kupplungsanordnung ist vorgesehen, daß die Stützplatte auf ihrem Unfang mit parallel zur Längsachse verlaufenden Durchbrüchen versehen ist, durch die jeweils ein Stellbolzen geführt ist, und daß die Druckfedern im Bereich zwischen der Druckplatte und der Stützplatte auf den Stellbol zen aufgenommen sind. Hierdurch ergibt sich eine günstige Füh rung der durch die Stellbolzen gehaltenen Ankerplatte.

Zur Lagerung des Elektromagneten sind vorzugsweise Wälzlager vorgesehen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zu mindest eine weitere mit der Nabe verbundene Lamelle und eine weitere, mit dem Gehäuse verbundene Lamelle vorgesehen sind, wobei zwischen diesen und benachbart zu diesen jeweils weitere Reiblamellen angeordnet sind.

Für Anwendungen, bei denen ein lang andauerndes Entkuppeln des Antriebstranges gefordert ist, ist zusätzlich eine in Reihe zur Reibkupplung und der Betätigungsanordnung geschaltete Klauenkupplung zur energiefreien Kraftflußunterbrechung vorge sehen. Der Strombedarf des Elektromagneten für ein lang andau erndes Abschalten wäre zu hoch.

Um bei einer Überlast eine Überhitzung der Reibkupplung zu verhindern, ist des weiteren vorgesehen, daß dem Gehäuse und der Nabe jeweils ein Drehzahlsensor zugeordnet ist und daß die Steuermittel einen Vergleicher und ein Zeitglied umfassen, die bei Überschreitung einer vorgegebenen Drehzahldifferenz zwi schen dem Gehäuse und der Nabe für eine vorgegebene Zeitspanne den Elektromagneten aktivieren und die Reibanordnung zumindest teilweise entlasten. Ein Warnsignal zeigt dem Maschinenbedie ner die Überlast an, so daß er die Maschine anhalten kann und eventuelle Verstopfungen als Ursache der Blockade entfernen kann.

Um zu verhindern, daß bei Betätigung des Elektromagneten die Ankerplatte gegen diesen anschlägt und daß die Stellbolzen beim Anfahren der Kupplung verbiegen, ist vorgesehen, daß die Ankerplatte mittels Befestigungselementen mit der Stützplatte axial begrenzt beweglich und drehfest verbunden ist.

Die Anpreßkraft kann für eine vorgegebene Zeit erhöht werden, um einer Verminderung des Reibwertes bei häufiger Beanspru chung der Kupplung entgegenzuwirken oder um das Gerät bei Ver stopfung frei zu fahren. Hierfür ist ein zweiter Elektromagnet oder eine Zusatzspule vorgesehen, welcher bzw. welche die An kerplatte mit zusätzlichem Druck beaufschlagen kann.

Insgesamt wird bei einer solchen Kupplungsanordnung und Be triebsweise mit einem gesteuerten Anlaufverhalten erreicht, daß die der Kupplungsanordnung nachgeschalteten Antriebssträn ge ohne Berücksichtigung der Anlaufspitzen konstruktiv ausgelegt werden können. Dabei ist es auch bei warmer Kupplung möglich, beim Anfahren eine entsprechende Kompensation dahin gehend vorzusehen, daß die Druckbeaufschlagung der Reibanord nung erhöht wird, wodurch auch die Drehmomentübertragung der Kupplung so erhöht wer den kann, daß sie dem normalen Anlaufverhalten der Kupplung aus gehend vom kalten Zustand entspricht.

Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Kupplungsanord nung mit einer Reibkupplung und einem Elektromag neten im Halblängsschnitt und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform, bei der zusätzlich zu der Reibkupplung eine Klauenkupplung in Reihe geschaltet ist.

Es ist aus Fig. 1 die elekromagnetisch betätigte Reibkupplung 1 ersichtlich, welche ein Gehäuse 2, eine Nabe 3, eine Reiban ordnung 4 und eine Betätigungsvorrichtung 5 mit einem Elekromag neten 6 und einer Ankerplatte umfaßt. Der Elektromagnet 6 ist über Steuermittel 7 mit einer Stromquelle 8 verbindbar.

Das Gehäuse 2, welches auf einer Längsachse 9 zentriert angeord net ist, weist eine erste Reibfläche 10, die senkrecht zu der Längsachse 9 angeordnet ist, sowie eine Gehäuselamelle 11 auf, die mit dem Gehäuse 2 in Drehrichtung um die Längsachse 9 fest und in Richtung der Längsachse 9 verstellbar verbunden ist.

In dem Gehäuse 2 ist auf der Längsachse 9 zentriert die Nabe 3 aufgenommen, die relativ zu diesem um die Längsachse 9 drehbar ist. Mit der Nabe 3 ist eine erste Nabenlamelle 12 drehfest und in axiale Richtung fest verbunden und eine zweite Nabenlamelle 13 in Drehrichtung um die Längsachse 9 fest und in Richtung der Längsachse 9 verstellbar verbunden.

Benachbart zu der ersten Nabenlamelle 12 ist eine Druckplatte 14 angeordnet, welche mittels Druckfedern 15, 16 beaufschlagt ist, die sich ihrerseits an einer mit dem Gehäuse 2 verbundenen Stützplatte 17 abstützen und welche ferner mit parallel zur Längsachse 9 verlaufenden Stellbolzen 18 verbunden ist, die ih rerseits mit einer ringförmigen Ankerplatte 19 mittels Siche rungsringe 31 verbunden sind.

Die Stützplatte 17 ist auf ihrem Umfang mit parallel zu Längs achse 9 verlaufenden Druchbrüchen 20 versehen, durch die jeweils ein Stellbolzen 18 geführt ist. Die Druckfedern 15, 16 sind im Bereich zwischen der Druckplatte 14 und der Stützplatte 17 auf den Stellbolzen 18 aufgenommen.

Zwischen der ersten Reibfläche 10 des Gehäuses 2 und der zweiten Nabenlamelle 13 sowie zwischen dieser und der Gehäuselamelle 11 sowie ferner zwischen dieser und der ersten Nabenlamelle 12 so wie zwischen dieser und Druckplatte 14 sind Reiblamellen 21 an geordnet.

Die Ankerplatte 19 ist benachbart zu dem Elektromagneten 6 ange ordnet und mittels Befestigungselementen 30 mit der Stützplatte 17 des Gehäuses 2 axial begrenzt beweglich und drehfest verbun den, so daß sich ein Luftspalt zwischen der Ankerplatte 19 und dem Elektromagneten 6 ausbildet. Auch bei einem Verschleiß der Reiblamellen 21 kommt es nicht zu einem Anliegen zwischen der Ankerplatte 19 mit dem Elektromagneten 6. Ferner verhindern die Befestigungselemente 30 ein Verbiegen der Stellbolzen 18 beim Anfahren der Reibkupplung 1.

Der Elektromagnet 6 ist ringförmig ausgebildet und koaxial um einen aus dem Gehäuse 2 austretenden Abschnitt 22 der Nabe 3 angeordnet und relativ zu dieser drehbar und in Richtung der Längsachse 9 unverstellbar mittels Wälzlager 23 gelagert. Siche rungsmittel 24 verhindern eine Drehung des Elektromagneten 6 beim Anlaufen der Reibkupplung 1.

Der Nabe 3 und dem Gehäuse 2 sind jeweils ein Drehzahlsensor 25, 26 zugeordnet, welcher die Drehzahl pro Zeiteinheit des jeweili gen Bauteiles misst. Der erste Drehzahlsensor 25, der zweite Drehzahlsensor 26 sowie der Elektromagnet 6 sind mit den Steuer mitteln 7 verbunden. Dabei dienen die Meßdaten der Drehzahlsen soren 25, 26 als Eingangssignale, mittels derer der Elektromagnet 6 gesteuert werden kann.

Durch die Steuerung des Elektromagneten 6 kann bei einer Be schleunigung des Antriebsstranges das Übertragungsmoment langsam bis zum Erreichen des erforderlichen Nennmoments aufgebaut wer den. Zu Beginn des Einkuppelvorgangs bei anliegend hoher Dreh zahldifferenz zwischen der Nabe 3 und dem Gehäuse 2 können die spezifischen Flächenpressungen zwischen der Gehäuselamelle 11 bzw. den Nabenlamellen 12, 13 und den Reiblamellen 21 minimiert werden, wodurch die erzeugte und von der Reibkupplung 1 zu ab sorbierende Wärme ebenfalls gering gehalten werden kann. Die Ge fahr einer Überhitzung ist reduziert und die Lebensdauer der Reibkupplung 1 verlängert sich.

Bei einer Überschreitung einer vorgegebenen Drehzahldifferenz zwischen dem Gehäuse 2 und der Nabe 3 für eine vorgegebene Zeit spanne aktivieren die Drehzahlsensoren 25, 26 über die Steuer mittel 7 den Elektromagneten 6 und entlasten somit die Reiban ordnung 4. Ein Warnsignal zeigt dem Maschinenbediener die Über last an, so daß er die Maschine anhalten kann und eventuelle Verstopfungen als Ursache der Blockade entfernen kann.

Weiterhin umfassen die Steuermittel 7 ein Steuerglied 27, wel ches die von dem Elektromagneten 6 erzeugte und der Kraft der Druckfedern 15, 16 entgegenwirkende Betätigungskraft beim An laufen der Reibkupplung 1 von einem Maximum über eine vorbe stimmte Zeit auf Null abfallen lässt. Wird vom Elektromagneten 6 keine Kraft mehr auf die Druckplatte 14 im Sinne der Entla stung ausgeübt, dann ist die Reibkupplung 1 auf das erforderli che Nennmoment eingestellt.

Für den Fall, daß die Druckplatte 14 zusätzlich beaufschlagt werden soll, sind ein zweiter Elektromagnet oder eine Zusatz spule vorgesehen, welcher bzw. welche koaxial zum ersten Elek tromagneten 6 angeordnet sind. Dadurch wird eine kurzzeitige Drehmomentüberhöhung erreicht. Ein blockiertes Gerät kann somit freigefahren werden und ein Drehmomentabfall, der beim Erwärmen der Reibkupplung 1 aufgrund des abfallenden Reibwertes zwischen der Gehäuselamelle 11 bzw. den Nabenlamellen 12, 13 und den Reiblamellen 21 entsteht, kann ausgeglichen werden.

Aus Fig. 2 ist eine Ausführungsform ersichtlich, bei der zu sätzlich zu der Reibkupplung 1 mit den Steuermitteln 7 eine zu dieser in Reihe geschaltete Klauenkupplung 28 vorgesehen ist. Nachteilig bei einer reinen elektromagnetisch betätigten Reib kupplung 1 ist, daß der Elektromagnet 6 auch bei einem Entkup peln des Antriebstranges eines elektrischen Stromes bedarf. Die Klauenkupplung 28 bewirkt eine energiefreie Kraftflußunterbre chung, wenn ein langandauerndes Abschalten des Antriebstranges gefordert ist. Die Klauenkupplung 28 ist auf der Längsachse 9 zentriert angeordnet und besitzt eine Klaue 29, die mit einer entsprechenden Ausnehmung 32 in der Nabe 3 bei Betrieb des land wirtschaftlichen Gerätes in Eingriff ist. Wenn die Verbindung getrennt werden soll, wird die Klaue 29 der Klauenkupplung 28 beispielsweise mittels einer Schaltgabel, die mit einer ent sprechenden Ausnehmung 33 der Klauenkupplung 28 in Eingriff bringbar ist, aus der Nabe 3 herausgezogen, so daß der Kraftfluß unterbrochen ist.

Claims

1. Kupplungsanordnung für den drehenden Antrieb landwirt schaftlicher Geräte bzw. drehend angetriebener Antriebsab schnitte in landwirtschaftlichen Geräten, umfassend
eine Reibkupplung (1)
mit einer Längsachse (9),
mit einem Gehäuse (2), das eine erste Reibfläche (10) aufweist, auf der die Längsachse (9) senkrecht steht,
mit einer Nabe (3), die im Gehäuse (2) aufgenommen ist und relativ zu diesem um die Längsachse (9) drehbar und in axialer Richtung begrenzt bewegbar ist,
mit mindestens einer ersten Nabenlamelle (12), die mit der Nabe (3) fest verbunden ist,
mit einer Druckplatte (14),
mit Druckfedern (15, 16), die die Druckplatte (14) be aufschlagen und sich gegen eine am Gehäuse (2) festge legte Stützplatte (17) abstützen, und
mit Reiblamellen (21), die zwischen der ersten Reib fläche (10) des Gehäuses (2) und der ersten Nabenla melle (12) sowie zwischen dieser und der Druckplatte (14) angeordnet sind,
ferner umfassend
eine Betätigungsvorrichtung (5),
die einen ringförmigen Elektromagneten (6) aufweist, der koaxial um einen aus dem Gehäuse (2) austretenden Abschnitt (22) der Nabe (3) angeordnet und relativ zu dieser drehbar und in Richtung der Längsachse (9) un verstellbar gelagert ist und durch Sicherungsmittel (24) gegen Drehung sicherbar ist, und die ferner eine Ankerplatte (19) besitzt, die mittels Stellbolzen (18) mit der Druckplatte (14) und drehsicher mit dem Gehäu se (2) verbunden ist,
und umfassend
Steuermittel (7), über welche der Elekromagnet (6) mit einer Stromquelle (8) verbindbar ist und welche die von dem Elekromagneten (6) erzeugte und der Kraft der Druckfedern (15, 16) entgegenwirkende Betätigungskraft beim Anlaufen der Reibkupplung (1) von einem Maximum über ein vorbestimmtes Zeitintervall auf einen redu zierten Wert abfallen läßt.

2. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützplatte (17) auf ihrem Umfang mit parallel zur Längsachse (9) verlaufenden Durchbrüchen (20) versehen ist, durch die jeweils ein Stellbolzen (18) geführt ist, und daß die Druckfedern (15, 16) im Bereich zwischen der Druckplat te (14) und der Stützplatte (17) auf den Stellbolzen (18) aufgenommen sind.

3. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elekromagnet (6) mittels Wälzlager (23) auf dem aus dem Gehäuse (2) austretenden Abschnitt (22) der Nabe (3) gelagert ist.

4. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine weitere mit der Nabe (3) verbundene La melle (13) und eine weitere, mit dem Gehäuse (2) verbundene Lamelle (11) vorgesehen sind, wobei zwischen diesen und be nachbart zu diesen jeweils weitere Reiblamellen (21) ange ordnet sind.

5. Kupplungsanordnung nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in Reihe zur Reibkupplung (1) und zur Betä tigungsvorrichtung (5) eine schaltbare Klauenkupplung (28) vorgesehen ist.

6. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gehäuse (2) und der Nabe (3) jeweils ein Drehzahl sensor (25, 26) zugeordnet ist und daß die Steuermittel (7) einen Vergleicher und ein Zeitglied umfassen, die bei Über schreitung einer vorgegebenen Drehzahldifferenz zwischen dem Gehäuse (2) und der Nabe (3) für eine vorgegebenen Zeitspanne den Elektromagneten (6) aktivieren und die Reib anordnung (4) zumindest teilweise entlasten.

7. Kupplungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerplatte (19) mittels Befestigungselementen (30) mit der Stützplatte (17) axial begrenzt beweglich und dreh fest verbunden ist.

8. Kupplungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter ringförmiger Elektromagnet koaxial um den aus dem Gehäuse (2) austretenden Abschnitt (22) der Nabe (3) angeordnet und relativ zu dieser drehbar und in Rich tung der Längsachse (9) unverstellbar gelagert ist und durch Sicherungsmittel (24) gegen Drehung sicherbar ist, der im Sinne der Erhöhung der Anpreßkraft auf die Reiban ordnung aktivierbar ist.