DE3722367A1 - Sicherheitsvorrichtung fuer das arbeitsaggregat landwirtschaftlicher erntemaschinen - Google Patents
Sicherheitsvorrichtung fuer das arbeitsaggregat landwirtschaftlicher erntemaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für das
Arbeitsaggregat landwirtschaftlicher Erntemaschinen, beispiels
weise für das Häckselaggregat eines Feldhäckslers, die sich im
Antriebsstrang befindet und beim Auftauchen metallischer oder
nichtmetallischer Fremdkörper im Erntegutfluß durch eine Erken
nungseinrichtung ein Signal vermittelt bekommt und daraufhin in
kürzester Zeit den Antrieb unterbricht und stoppt.
Sicherheitsvorrichtungen für das Arbeitsaggregat landwirtschaft
licher Erntemaschinen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt.
So ist in der DD-PS 1 44 347 eine Sicherheitsvorrichtung ent
halten, die zum Stillsetzen des Zuführsystems eines Feld
häckslers die Wendekupplungen des Wendegetriebes für den Vor-
bzw. Rücklauf des Zuführsystems benutzt, indem beide Wende
kupplungen gleichzeitig eingerückt werden, nachdem die zentrale
Schaltkupplung den Antrieb abgeschaltet hat. Diese Lösung
erreicht aber nicht solche kurze Stoppzeiten für die Zu
führwalzen des Zuführsystems, wie das für die heute in der
Praxis am häufigsten anzutreffenden, relativ kurzen Zuführsysteme
notwendig wäre. Noch kritischer wird es, wenn die höchste Zuführ
geschwindigkeit zum Zwecke der Herstellung von Langhäcksel ge
wählt wird, denn dann ist bereits der Fremdkörper in der sich
mit unvermindert hoher Drehzahl weiterlaufenden Häckseltrommel,
die dann unter Umständen total zerstört wird und außerdem an den
angrenzenden Baugruppen Folgeschäden anrichtet. Weiterhin stellt
sich bei Betrachtung des Gesamtsystems der Sicherheitsvorrich
tung als nachteilig heraus, daß die Nowendigkeit des Vorhanden
seines einer zentralen Schaltkupplung die Aufwendungen sehr hoch
werden läßt.
Mit der DE-OS 33 44 043 wurde eine weitere Sicherheitsvorrich
tung bekannt, die in ihrem Grundaufbau der in der DE-OS 30 34 606
beschriebenen entspricht, die aber durch geeignete konstruktive
Maßnahmen zusätzlich die Funktion des Schnellstopps übernehmen
kann. Erreicht wurde dies, indem mehrere in gleichen Winkelab
ständen auf dem Außenumfang eines Schaltringes und auf dem ab
triebsseitigen Kupplungsflansch verteilte Schalt- bzw. Anschlag
nocken vorgesehen und zueinander so winkelversetzt angeordnet
sind, daß nach Einschwenken einer ortsfesten, drehbar gelager
ten Schaltklinke zuerst ein Schaltnocken die Trennung des Ab
triebes vom Antrieb bewirkt und erst danach ein Anschlagnocken
den Abtrieb schlagartig stoppt. Des weiteren ist auf dem Außen
ring des antriebsseitigen Kupplungsflansches noch ein Schalt
nocken angeordnet, der die Schaltklinke axial so verschiebt,
daß nach dem Abschalten des Antriebes mittels des Steuersystems
der Maschine die Einrückstellung der Überlastkupplung wieder
erreicht und somit ein Reversieren der Einzugsorgane ermög
licht wird.
Obwohl es hiermit gelungen ist, eine an sich bekannte Über
lastkupplung mit konstruktiven Mitteln so zu verbessern, daß
sie selbst die Funktion des Schnellstopps übernehmen kann,
und diese Aufgabe mit relativ geringem zusätzlichen Bauraum
realisiert wurde, stellt auch diese Lösung einen Kompromiß
dar. So sind einer Minimierung der Stoppzeiten dadurch Gren
zen gesetzt, daß die Anzahl der Schalt- bzw. Anschlagnocken
von der Anzahl der in der Kupplungsnabe geführten und ent
sprechend des Überlastkupplungsmomentes dimensionierten Wälz
körper abhängig sind. Des weiteren wird das Stoppmoment von
nur einer Schaltklinke und nur einem Anschlagnocken übertragen.
Dies führt dazu, daß einerseits die Schaltklinke und der An
schlagnocken und andererseits die Lagerung der gesamten Bau
gruppe sehr hoch querkraftbelastet werden, was zwangsläufig
auf die Aufwendungen negative Auswirkungen hat. Die Schalt
klinke und der Anschlagnocken müssen zwecks Vermeidung von
Verschleiß auch bezüglich der zulässigen Flächenpressungen
- nur eine Kontaktstelle - entsprechend groß dimensioniert
werden. Nachteilig ist auch, daß eine zentrale Schaltkupplung
zum Stillsetzen des Antriebes der kombinierten Überlast-Stopp-
Einheit erforderlich ist, um die für das Reversieren des Zu
führsystems erforderliche Einrückstellung der Überlastkupplung
zu gewährleisten, wodurch ebenso wie bei der DD-PS 1 44 347
hohe Aufwendungen entstehen.
Ziel der Erfindung ist es, eine Sicherheitsvorrichtung für
das Arbeitsaggregat landwirtschaftlicher Erntemaschinen zu
schaffen, die Zerstörungen am Arbeitsaggregat durch sich im
Erntegut befindende metallische oder nichtmetallische Fremd
körper verhindert und nur einen geringen Aufwand erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheits
vorrichtung für das Arbeitsaggregat landwirtschaftlicher Ern
temaschinen zu schaffen, die die Zuführeinrichtung zum Arbeits
aggregat oder beides zusammen in kürzester Zeit stoppt, die die
hohen Kräfte vom Stoppvorgang querkraftfrei und mit relativ ge
ringen Flächenpressungen aufnimmt und die ohne eine zentrale
Schaltkupplung im davor liegenden Antriebsstrang auskommt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf einer
der Getriebewellen eines sich im Antriebsstrang befindenden Ge
triebes ein angetriebenes Zahnrad drehbar gelagert und axial
fixiert angeordnet ist, das eine mit Außenlamellen besetzte
Nabe trägt. Die Getriebewelle ist mit verdrehfest an ihr ange
brachten Innenlamellen versehen, die zwischen die Außenlamellen
ragen. Ein zentrisch auf der Getriebewelle sitzendes und mittels
einer Schaltgabel axial verschiebebewegliches Schaltelement liegt
einenends mit einer definierten Anpreßkraft, hervorgerufen durch
eine Feder, an den Innen- und Außenlamellen an und ist anderen
ends mit einer Stirnverzahnung versehen. Eine ebenfalls zen
trisch auf dieser Getriebewelle sitzende Flanschbuchse trägt
auf der einen Seite eine Stirnverzahnung, die der Stirnverzahnung
am Schaltelement so gegenübersteht, daß beide durch Verschieben
des Schaltelementes miteinander in Eingriff bringbar sind, und
mit der anderen Seite ist die Flanschbuchse fest mit dem Getrie
begehäuse verbunden.
Durch diese erfindungsgemäße Sicherheitsvorrichtung werden drei
Funktionen erzielt, und zwar ist durch das Vorhandensein der La
mellenkupplung ein Überlastschutz und gleichzeitig die Unterbre
chung des Antriebes erreichbar. Außerdem ist durch die Stirnkup
plung ein Stoppen in kürzester Zeit möglich.
Für die Wahl und Anordnung der Kupplungsarten auf der Getriebe
welle war die Grundkenntnis ausschlaggebend, daß kraftschlüssige
Kupplungen bei nur minimalen Schaltwegen relativ große Gleitwege
und formschlüssige Kupplungen große Schaltwege, aber minimalste
Verlustwege in Umfangsrichtung, aufweisen.
Die Wirkungsweise der Sicherheitsvorrichtung im einzelnen
ist, daß durch das Erkennen eines metallischen oder nicht
metallischen Fremdkörpers im Erntegutstrom durch eine Fremd
körpererkennungseinrichtung ein Signal erzeugt wird, das
eine Betätigungseinrichtung in Bewegung versetzt. Die Betäti
gungseinrichtung verschiebt mittels der Schaltgabel das
Schaltelement axial gegen die Kraft der Feder. Bereits zu Be
wegungsbeginn des Schaltelementes wird die Lamellenkupplung
gelüftet und somit der Antrieb unterbrochen. Wird das Schalt
element weiter geschoben, greift dessen Stirnverzahnung in
die der fest mit dem Getriebegehäuse verbundenen Flanschbuchse
ein und der Antrieb der Zuführeinrichtung zum Arbeitsaggregat
wird schlagartig gestoppt. Damit ist gesichert, daß über mini
male Schaltwege der Lamellenkupplung zuerst der Antrieb weich
abgeschaltet wird und danach über die Stirnkupplung die Bloc
kierung der Zuführeinrichtung erfolgt, wodurch der gesamte
Stoppvorgang in kürzester Zeit abläuft. Auch für das Wieder
einkuppeln des Antriebes nach Beseitigung des Fremdkörpers
bringt die erfindungsgemäße Sicherheitskupplung Vorteile, da
sie nach der Beseitigung der formschlüssigen Blockierung über
die Lamellenkupplung ein weiches Anfahren der Zuführeinrichtung
ermöglicht, was Vorteile für dessen Dimensionierung bietet.
Die Vorteile der Erfindung sind natürlich genauso auszunutzen,
indem für die Lamellenkupplung eine äquivalente kraftschlüssige
Kupplung eingesetzt wird und analog für die Stirnkupplung eine
äquivalente formschlüssige Kupplung.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die gesamte Sicherheits
vorrichtung auf der Getriebewelle anzuordnen, die separat für
den Antrieb des zu schützenden Teiles des Arbeitsaggregates be
stimmt ist. Das wäre am Beispiel des Feldhäckslers die ledig
lich für den Antrieb der Zuführwalzen vorhandene Getriebewelle.
Hierdurch werden schlagartig nur die Zuführwalzen und die An
triebswelle bis dorthin angehalten und die dabei auftretenden
Drehmomentenspitzen bleiben in Grenzen.
Damit auch ein sicheres Einkuppeln der Stirnkupplung in jedem
Fall gegeben ist und der Drehmomentenaufbau beim Stoppvorgang
erst dann beginnt, wenn das Schaltelement seine maximale axia
le Mindesteingriffslänge erreicht hat, ist auf der Flanschbuch
se ein um einen definierten Betrag drehbarer Sperring gelagert.
Dieser besitzt eine Stirnverzahnung mit der gleichen Teilung
und dem gleichen Modul wie die Stirnverzahnungen des Schaltele
mentes und der Flanschbuchse. Der Teilkreis seiner Stirnverzah
nung liegt mit dem Teilkreis der Stirnverzahnung der Flansch
buchse in einer Ebene, die Zahnköpfe jedoch überragen die der
Flanschbuchse um einen geringen Betrag. Die Lage der Stirnver
zahnungen des Sperringes und der Flanschbuchse in Drehrichtung
zueinander ist im ausgekuppelten Zustand durch einen in die
Flanschbuchse eingelassenen Bolzen, der in ein in Drehrichtung
weisendes Langloch des Sperringes eingreift, fixiert. Der Bol
zen und der Sperring sind miteinander durch eine unter Zugspan
nung stehende Feder so verbunden, daß in dieser Stellung des
Sperringes die Zähne seiner Stirnverzahnung die Bereiche der
Stirnverzahnung der Flanschbuchse abdecken, wo beim Einkuppeln
das Erreichen einer maximalen axialen Mindesteingriffslänge der
Stirnverzahnungen des Schaltelementes und der Flanschbuchse un
möglich wäre.
Soll nun die Stirnkupplung eingerückt werden, kommt es zuerst
zur Zahnkopfanlage der Stirnverzahnungen des Schaltelementes
und des Sperringes. Das hierbei infolge Gleitreibung auftreten
de Mitnahmemoment ist größer als das Wälzmoment des Lagers zwi
schen der Flanschbuchse und dem Sperring plus des durch die Fe
der verursachten Drehmomentes, und es kommt zum Verdrehen des
Sperringes um den Betrag der Länge des Langloches. In dieser
Stellung beginnt der Einkuppelvorgang mit einer maximalen axi
alen Eingriffslänge der Stirnverzahnungen des Schaltelementes
und der Flanschbuchse.
Für alle Stirnverzahnungen wurde zweckmäßigerweise die Konvoid
verzahnung gewählt, deren Eingriffswinkel kleiner als der Reib
kegelwinkel ist. Dadurch werden eine große Mitnehmerzahl und
Selbsthemmung erreicht. Diese Verzahnung läßt sich ökonomisch
fertigen, weist durch die große Fläche im Eingriffsfalle eine
relativ geringe Flächenpressung auf und erfordert außerdem für
Stirnkupplungen nur relativ kleine Schaltwege.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung sind,
daß durch die große Anzahl von Zähnen in den Stirnverzahnungen
der Stoppvorgang in kürzester Zeit vor sich geht, wodurch Schä
den am Arbeitsaggregat landwirtschaftlicher Erntemaschinen durch
Fremdkörper auch bei hoher Zuführgeschwindigkeit und sehr kurzen
Zuführeinrichtungen sicher vermieden werden. Beim Stoppvorgang
wird die Sicherheitsvorrichtung nur querkraftfrei belastet und
die Flächenpressung in den Zähnen der Stirnverzahnungen ist durch
deren Vielzahl gering, weshalb der Aufwand für die Sicherheits
vorrichtung niedrig bleibt. In dieser Richtung wirkt außerdem
noch positiv, daß die Sicherheitsvorrichtung in einer Doppel
funktion arbeitet, da sie außerdem noch als Überlastschutz wirkt.
Durch die Antriebsunterbrechung vor dem Stoppvorgang ist auch
das Vorhandensein einer zentralen Schaltkupplung überflüssig,
was sich ebenfalls sehr vorteilhaft hinsichtlich der Aufwendun
gen bemerkbar macht.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf das Antriebssystem eines
selbstfahrenden Feldhäckslers,
Fig. 2 einen Schnitt durch das Getriebe für den Antrieb
des Häckselaggregates und des Adapters eines
selbstfahrenden Feldhäckslers mit Sicherheitsvor
richtung.
Von einem längs in Fahrtrichtung auf einem selbstfahrenden Feld
häcksler 1 angeordneten Motor 2 wird mittels einer Gelenkwelle 3
ein Kegelrad-Verteilergetriebe 4 angetrieben, dessen Ausgänge
durch einen Riementrieb 5 mit der Häckseltrommel 6 und durch
ein stufenloses Riemengetriebe 7 mit dem Fahrschaltgetriebe 8
verbunden sind. Mittels eines vom Eingang des Kegelrad-Ver
teilergetriebes 4 abgehenden Riementriebes 9 wird ein Getriebe
10 angetrieben, von welchem über die Gelenkwelle 11 und das
Kegelrad-Getriebe 12 die Zuführwalzen 13 sowie die Gelenkwelle
14 und das Kegelrad-Getriebe 15 der nicht dargestellte Adapter
angetrieben werden.
Das Getriebe 10 besteht aus vier achsparallel angeordneten Wel
len, der Eingangswelle 16, der Ausgangswelle 17 zum Antrieb der
Adapter, der Zwischenwelle 18 und der Getriebewelle 19 für den
Antrieb der Zuführwalzen 13. Auf der Eingangswelle 16 ist eine
aus zwei Elementen bestehende Doppelkupplung 20 angeordnet, wel
che über das Räderpaar 21 sowohl die Adapter als auch die Zuführ
walzen 13 im Vorlauf sowie über die Rädergruppe 22 dieselben im
Rücklauf antreibt. Dieser Reversierbetrieb ist zum Beseitigen
von Verstopfungen im Zuführsystem erforderlich. Mittels der Rä
dergruppe 23 kann die Drehzahl der Zuführwalzen 13 und somit die
Häcksellänge variiert werden. Das Räderpaar 24 dient der Dreh
zahlreduzierung, um eine für die Sicherungsvorrichtung optimale
Drehzahl zu erreichen. Das Zahnrad 25 des Räderpaares 24 trägt
in einer Nabe 26 Außenlamellen 27 und die Getriebewelle 19 über
den Ring 28 Innenlamellen 29. Die zur Übertragung des Drehmomen
tes vom Zahnrad 25 auf die Getriebewelle 19 erforderliche axiale
Anpreßkraft wird mittels der vorgespannten Federn 30 aufgebracht.
Kommt es zu einer Überlastung der Zuführwalzen 13, gleiten die
Außenlamellen 27 gegenüber den Innenlamellen 29 und stellen so
mit einen Überlastschutz dar. Die dabei auftretenden Axial- und
Radialkräfte werden in diesem Falle vom Wälzlager 31 aufgenommen.
Erkennt nun eine im Feldhäcksler installierte Fremdkörpererken
nungseinrichtung einen sich im Erntegut befindenden Fremdkörper,
erzeugt sie ein Signal, das eine nicht dargestellte Betätigungs
einrichtung in Bewegung setzt, die wiederum über eine Schaltgabel
32 das Schaltelement 33 axial auf der Getriebewelle 19 verschiebt.
Da das Schaltelement 33 die Kraft der Federn 30 stirnseitig auf
die Außenlamellen 27 und Innenlamellen 29 überträgt, kommt es
dadurch bereits zu Bewegungsbeginn zur Unterbrechung des Antrie
bes. Bei weiterem Verschieben des Schaltelementes 33 greift des
sen Stirnverzahnung 34 in die Stirnverzahnung 35 einer Flansch
buchse 36 ein, die ebenfalls zentrisch um die Getriebewelle 19
angeordnet ist und fest mit dem Getriebegehäuse 37 verbunden
ist, was zum augenblicklichen Stillstand der Getriebewelle 19
führt.
Um Fehlschaltungen der Art, daß es zum Drehmomentenaufbau vor
dem Abschluß des Einkuppelvorganges kommt, auszuschließen, wur
de auf der Flanschbuchse 36 mittels eines Lagers 38 ein Sperring
39 wälzgelagert. Dieser trägt an seiner Stirnseite ebenfalls
eine Stirnverzahnung 40, die die gleiche Teilung und den gleichen
Modul wie die Stirnverzahnungen 34, 35 aufweist. Abweichend von
diesem ist jedoch die Zahndicke, die unter Berücksichtigung aller
Einflußgrößen bestimmt wurde. Die Lage der Stirnverzahnungen 35
und 40 zueinander wurde mittels Bolzen 41, Langloch 42 und Feder
43 so fixiert, daß nur dann ein sofortiges Einkuppeln des Schalt
elementes 33 in die Stirnverzahnungen 35 und 40 möglich ist,
wenn der Einkuppelvorgang vor dem Aufbau des Stoppmomentes ab
geschlossen ist. Im anderen Falle kommt es zur Zahnkopfanlage
der Zähne des Schaltelementes 33 und des Sperringes 39. Da
das hierbei infolge der Gleitreibung auftretende Mitnahmemoment
größer ist als das im Lager 38 hervorgerufene Wälzmoment, ein
schließlich des durch die Feder 43 verursachten Drehmomentes, kommt
es zur Mitnahme des Sperringes 39, bis das andere Ende des Lang
loches 42 am Bolzen 41 anschlägt. Da in dieser Stellung die er
forderliche Zuordnung gegeben ist, kommt es nunmehr vor dem
Aufbau des Stoppmomentes zum Abschluß des Einkuppelvorganges.
Alle Stirnverzahnungen 34, 35 und 40 sind als Konvoidverzahnung
ausgeführt, deren Eingriffswinkel kleiner als der Reibkegel
winkel ist. Dies garantiert neben einer ökonomischen Fertigung
eine große Mitnehmerzahl und Selbsthemmung. Zahndicke und
Lückenweite wurden in Abhängigkeit des Eingriffswinkels, der
maximalen Umfangsgeschwindigkeit sowie der Schaltgeschwindig
keit bestimmt.
Claims (6)
1. Sicherheitsvorrichtung für das Arbeitsaggregat landwirt
schaftlicher Erntemaschinen, insbesondere für das Häcksel
aggregat eines Feldhäckslers, die innerhalb eines Getrie
bes angeordnet ist, welches sich im Antriebsstrang befindet,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- a) Auf einer Getriebewelle (19) ist ein angetriebenes Zahn rad (25) drehbar gelagert und axial fixiert angeordnet, das eine mit Außenlamellen (27) besetzte Nabe (26) trägt.
- b) Die Getriebewelle (19) ist mit verdrehfest angebrachten Innenlamellen (29) versehen, die zwischen die Außenlamel len (27) ragen.
- c) Ein zentrisch auf der Getriebewelle (19) sitzendes und mittels Schaltgabel (32) axial verschiebebewegliches Schaltelement (33) liegt einenendes mit einer definier ten Anpreßkraft, hervorgerufen durch eine Feder (30), an den Innen- und Außenlamellen (27, 29) an und ist an derenendes mit einer Stirnverzahnung (34) versehen.
- d) Eine ebenfalls zentrisch auf der Getriebewelle (19) sitzende Flanschbuchse (36) trägt auf der einen Seite eine Stirnverzahnung (35), die der Stirnverzahnung (34) am Schaltelement (33) so gegenübersteht, daß beide durch Verschieben des Schaltelementes (33) miteinander in Ein griff bringbar sind, und mit der anderen Seite ist die Flanschbuchse (36) fest mit dem Getriebegehäuse (37) ver bunden.
2. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß sie direkt auf derjenigen Getriebewelle (19) ange
ordnet ist, die separat für den Antrieb des zu schützenden
Teiles des Arbeitsaggregates bestimmt ist.
3. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß auf der Flanschbuchse (36) mittels eines
Lagers (38) ein um einen definierten Betrag drehbarer Sperr
ring (39) gelagert ist, der eine Stirnverzahnung (40) be
sitzt, die die gleiche Teilung und den gleichen Modul wie
die Stirnverzahnungen (34, 35) aufweist und deren Teilkreis
sich in der gleichen Ebene wie der Teilkreis der Stirnverzah
nung (35) befindet und daß die Zahnköpfe der Stirnverzahnung
(40) die Zahnköpfe der Stirnverzahnung (35) überragen.
4. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Stirnverzahnungen (34, 35, 40) als Konvoidverzah
nung ausgeführt sind, deren Eingriffswinkel kleiner als der
Reibkegelwinkel ist.
5. Sicherheitsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Lage der Stirnverzahnungen (35, 40) in Drehrich
tung zueinander im ausgekuppelten Zustand durch einen in die
Flanschbuchse (36) eingelassenen Bolzen (41), der in ein in
Drehrichtung weisendes Langloch (42) des Sperringes (39) ein
greift, fixiert ist, wobei der Bolzen (41) und der Sper
ring (39) durch eine unter Zugspannung stehende Feder (43)
miteinander verbunden sind und daß in dieser Stellung des Sper
ringes (39) die Zähne seiner Stirnverzahnung (40) die Bereiche
der Stirnverzahnung (35) abdecken, wo beim Einkuppeln das
Erreichen einer maximalen axialen Mindesteingriffslänge der
beiden Stirnverzahnungen (34, 35) nicht möglich wäre.
6. Sicherheitsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Länge des Langloches (42) so be
messen ist, daß beim Einkuppeln die Lage der Stirnverzahnungen
(35, 40) in Drehrichtung zueinander so ist, daß eine maximale
axiale Mindesteingriffslänge der beiden Stirnverzahnungen
(34, 35) erreicht wird.
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