DE3722367C2 - Sicherheitsvorrichtung fuer das arbeitsaggregat landwirtschaftlicher erntemaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für das Arbeitsaggregat landwirtschaftlicher Erntemaschinen, insbesondere für das Häckselaggregat eines Feldhäckslers, die innerhalb eines Getriebes angeordnet ist, welches sich im Antriebsstrang befindet.

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 Zuführsystem 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 Notwendigkeit des Vorhanden­ seins 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 zu einer größeren Dimensionierung dieser Teile führt. Die Schalt­ klinnke 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.

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 kürzerer 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 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 sich 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 Beispeil des Feldhäckslers die ledig­ lich für den Antrieb der Zuführwalzen vorhandene Getriebewelle. Hierdurch werden schlagartig nur die Zuführwalzen und die An­ triebsteile 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 Drehmomentaufbau 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 Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf das Antriebssystem eines selbstfahrenden Feldhäcklsers,

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 Kegel-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 Adpater 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 varriert 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 Ende des Lang­ loches 42 am Bolzen 41 anschlägt. Da in dieser Stellung die er­ forderliche Zuordnung gegeben ist, kommt es nunmehr vor dem Aubau 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 einer 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.