DE3816828C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Winkelgetriebe für den Antrieb von oder in landwirtschaftlichen Geräten, mit einem Grundge­ häuse mit einer Eingangswelle und mit mindesten einer Ausgangswelle, und einem Anflanschgehäuse, durch das eine der Wellen, der eine Drehmomentmeßeinrichtung zugeordnet ist, hindurchtritt.

Aus der US-PS 41 82 168 ist eine Meßvorrichtung bekannt, die als separate Einheit an ein Getriebegehäuse ange­ flanscht ist. Ein Wellenzapfen des Getriebes ragt in die Meßvorrichtung hinein. Die axiale Verschiebung des Wellen­ zapfens, der in einem nachgiebigen Axiallager abgestützt ist, ist ein Maß für das anliegende Drehmoment. Dabei gehen die insbesondere in den Lagerungen der Welle auf­ tretenden Reibkräfte bei Verschiebung der Welle in die Messung mit ein. Die Anwendung ist im wesentlichen auf Schneckengetriebe wegen der Messung der axialen Verschie­ bung der Welle beschränkt.

Auch die US-PS 40 85 612 zeigt eine Drehmomentmeßvorrich­ tung für eine Tiefbohreinrichtung die eine separate Bau­ einheit darstellt und über ein Kegelrad an den eigent­ lichen Antriebsstrang als Abzweigung angeschlossen ist. Die darin beschriebene Meßvorrichtung mit Näherungs­ sensoren arbeitet nur dynamisch.

Es sind zum Antrieb von bzw. beim Antrieb in landwirt­ schaftlichen Geräten Getriebe, insbesondere Kegelrad­ winkelgetriebe, zur Verzweigung oder Umleitung des Dreh­ momentes bevorzugt im Einsatz.

Bei solchen vom Schlepper angetriebenen Geräten soll die Leistung des Schleppers einerseits möglichst optimal genutzt und andererseits eine Überlastung sowohl des Gerätes oder einzelner Funktionsbereiche des Gerätes, als auch des Schleppers vermieden werden, um Schäden zu verhüten.

Bisher wurden überwiegend bei Überschreitung eines Drehmomentes schlupfende oder in eine Abschaltposition umschaltende Kupplungen zum Schutz gegen eine Überlastung vorgesehen. Es erfordert viel Geschick und Erfahrung des Schlepperfahrers, die Einheit so zu bedienen, daß die Schlepperleistung möglichst bis zur Grenze genutzt wird, ohne daß jedoch die Kupplungen ansprechen.

Ein Ansprechen der Kupplung bedeutet nämlich, daß das Fahrzeug unter Umständen stillzusetzen ist, um die Störungen zu beseitigen bzw. eine Wiedereinschaltung vornehmen zu können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung, die in den Antriebsstrang zum Antrieb eines landwirtschaftlichen Gerätes und/oder einzelner Funktions­ abschnitte des Gerätes integriert ist, vorzuschlagen, die bei verbesserter Meßgenauigkeit und fehlerlosem Betrieb, eine optimale Nutzung der Leistungsfähigkeit der Schlepper- Gerätekombination, möglichst ohne Unterbrechungen zur Be­ seitigungen von Störungen, erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Anflanschgehäuse die zwei Lagereinheiten aufnimmt, in der die Welle, der die Drehmomentmeßeinrichtung zugeordnet ist und auf der ein Abtriebszahnrad fliegend zu den Lagerein­ heiten angeordnet ist, gelagert ist, daß die Drehmoment­ meßeinrichtung zwischen den beiden Lagereinheiten zur Lagerung der Welle beidseitig abgedichtet ist und daß die Drehmomentmeßeinrichtung als berührungslos dynamisch und statisch arbeitende Meßeinrichtung ausgebildet ist.

Da die Messung des Drehmomentes im Kraftfluß erfolgt, d. h. unmittelbar an der Welle, die vom Drehmoment beaufschlagt ist, treten keine Verfälschungen auf.

Wird die Drehmomentmeßeinrichtung der Eingangswelle zu­ geordnet, so ist das gesamt anliegende Drehmoment feststellbar. Im Zusammenwirken mit einer Drehzahlmeß­ einrichtung ist darüber hinaus die Gesamtleistung, die zur Verfügung gestellt wird, errechenbar.

Wird die Drehmomentmeßeinrichtung einer Ausgangswelle zugeordnet, so kann das vom abgezweigten Strang ange­ triebene Aggregat hinsichtlich des Drehmomentbedarfs bzw. hinsichtlich der dort geforderten Leistung überwacht werden. Im Vergleich mit einem vorgegebenen Grenzwert kann der Fahrer dann jeweils entscheiden, ob der Schlepper hinsichtlich der abgeforderten Leistung noch schneller fahren kann oder ob die Fahrleistung zu reduzieren ist. Ferner ist auch hierdurch feststellbar, ob in einzelnen Bereichen die Gefahr einer Verstopfung oder Blockade droht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind verschiedene alternative Drehmomentmeßeinrichtungen vorgeschlagen. Nach einer ersten Alternative ist die Drehmomentmeßeinrichtung aus auf der Welle aneinandergrenzend, aber mit axialem Abstand voneinander drehfest angebrachten Schlitzscheiben mit Öffnungen, die das Gehäuse, in dem sie aufgenommen sind, in zwei Räume unterteilen sowie einer einem Raum zugeordneten Lichtquelle zur Erzeugung eines diffusen Lichtes und einem dem anderen Raum zugeordneten Licht­ messer, insbesondere Photozelle oder Photodiode, zur Messung der von einem Raum in den anderen Raum über­ tretenden Lichtmenge gebildet ist.

Die an der Photozelle aufgrund der übertretenden Licht­ menge gemessene Stromspannung ist dem anstehenden Dreh­ moment proportional. Aufgrund der Anordnung der Schlitz­ scheiben mit bestimmter Überdeckung der Öffnungen in den beiden Schlitzscheiben bei drehmomentfreiem Zustand, er­ folgt bei Belastung mit einem Drehmoment eine Veränderung des Öffnungsquerschnittes zum Durchtritt des Lichtes von dem Raum, in dem die Lichtquelle angeordnet ist, zu dem Raum in dem die Photozelle angebracht ist. Mit größer werdendem Drehmoment wird der Durchlaßquerschnitt größer. Bei Anliegen eines Drehmomentes in der anderen Richtung wird der Querschnitt kleiner. Es ist also auch die Momentenwirkrichtung erkennbar.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausbildung besteht darin, daß auch bei stillstehender Welle das anliegende Dreh­ moment gemessen werden kann. Darüber hinaus besteht ein weiterer Vorteil der Ausführung darin, daß keine Drehdurchführungen, Schleifringabnehmer oder dergleichen Mittel zur Übertragung der Meßwerte von einem drehenden auf ein stillstehendes Teil erforderlich sind.

Aus der US-PS 39 38 890 ist eine Drehmomentmeßeinrichtung bekannt, bei der lichtdurchlässige Scheiben vorhanden sind, wobei durch die radiale gegenüberliegende Anordnung der Lichtquellen und Empfänger nur direkt durchscheinendes Licht gemessen wird. Die Vorrichtung ist nur zur Messung eines Drehmomentes an rotierenden Wellen geeignet.

Alternativ ist es möglich, daß die Drehmomentmeßein­ richtung aus zwei der Welle zugeordneten, als Näherungs­ sensoren ausgebildete Sensoren und zwei Gegensensoren besteht, die als Zahnscheiben ausgebildet sind und zyklische Meßwertverläufe erzeugende Zahnformen aufweisen, deren Phasenverschiebung ein Maß für das anliegende Dreh­ moment ist.

Schließlich ist alternativ vorgesehen, daß die Drehmoment­ meßeinrichtung aus zwei der Welle zugeordneten Scheiben mit eine Ringform aufweisenden Magnetaufzeichnungsträgern, die in kodierter Form ein periodisch wiederkehrendes Sig­ nal beinhalten, als Sensoren, und zwei dem Gehäuse zuge­ ordneten Gegensensoren zur Erfassung der Signale in der zeitlichen Abfolge, deren Phasenverschiebung ein Maß für das anliegende Drehmoment ist, besteht.

In weiterer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, der Dreh­ momentmeßeinrichtung eine Auswerteeinheit zur Auslösung eines Signals zur Warnung, Abschaltung des Antriebes oder Betätigung einer Kupplung zur Unterbrechung des Kraft­ flusses nachzuordnen. Eine solche Auswerteeinheit wird insbesondere dann zusätzlich vorgesehen, wenn die einfache Anzeige des anliegenden Drehmoments im Verhältnis zu den auf einer Skala des Spannungsmessers dargestellten Dreh­ momentgrenzwerten nicht genügt.

Eine Gerätekombination, in der das erfindungsgemäße Ge­ triebe Anwendung findet sowie der Aufbau des erfindungs­ gemäßen Getriebes sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 einen Schlepper mit Anbaugerät,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Getriebe mit Drehmoment­ meßeinrichtung,

Fig. 3 die Ausbildung der Drehmomentmeßeinrichtung als Prinzipdarstellung,

Fig. 4 eine Ansicht einer Schlitzscheibe,

Fig. 5 ein Schaltschema für die Lichtquelle und

Fig. 6 ein Schaltschema für den Lichtmesser.

In Fig. 1 ist eine Gerätekombination dargestellt, die aus dem Schlepper 1, dem Heckanbaugerät 3 in Form eines Rüben­ vollernters und dem Frontanbaugerät 2 besteht. Die Ar­ beitswerkzeuge des Heckanbaugerätes 3 und Frontanbaugerätes 2 erhalten ihre für den Antrieb erforderliche Drehbewegung vom Schlepper 1 über Hauptantriebswellen 4, 5. Von den Hauptantriebswellen 4, 5 sind unter Zwischen­ schaltung von Getrieben 6 verschiedene Nebenantriebe über Nebenantriebswellen 7 antreibbar. Die als Winkelgetriebe, insbesondere als Kegelradwinkelgetriebe, ausgebildeten Getriebe 6 sind anhand der Zeichnungsfiguren 2 bis 6 näher beschrieben.

Zum Schutze einzelner Antriebsstränge bzw. Nebenantriebe können Kupplungen 8 vorgesehen sein, die als Schalt­ kupplungen ausgebildet sind und über die dem Getriebe 6 zugeordnete Drehmomentmeßeinrichtung 12 gesteuert werden.

Das in Fig. 2 dargestellte Getriebe 6 ist ein Winkelge­ triebe mit Kegelrädern 13, 14. Das Getriebe 6 umfaßt ein Grundgehäuse 9, in dem eine erste Welle 10 in Lagern 16, 17 drehbar aufgenommen ist. Eines dieser Lager, nämlich das Lager 16, ist zur Aufnahme von Axialkräften ausge­ bildet. Nach außen hin ist eine Abdichtung 20 zwischen Welle 10 und der Bohrung des Grundgehäuses 9, aus der die Welle 10 herausgeführt ist, vorgesehen.

Die Welle 10 weist an beiden Enden aus dem Grundgehäuse 9 her­ ausragende Stummel auf, die mit einer Keilverzahnung zum Anschluß von Antriebswellen oder dergleichen versehen sind. Die Welle 10 weist ferner eine Verzahnung auf, auf der das Kegelrad 14 drehfest aufgenommen ist. Das Kegelrad 14 kämmt mit einem weiteren Kegelrad 13, welches in einer Lagereinheit 15 gelagert ist. Die Lagereinheit 15 ist an das Grundgehäuse 9 angeflanscht. Ausgehend vom Kegelrad 14 erstreckt sich die Welle 11, die in einem ersten Lager, welches ebenfalls zur Aufnahme von Axialkräften ausgebildet ist, und in einem zweiten Lager 19, das beabstandet zum ersten Lager angeordnet ist, geführt ist. Die anflanschbare Lagereinheit 15 umfaßt auch die Drehmomentmeßeinrichtung 12, die in dem Lagergehäuse 21 angeordnet ist. Die Anordnung der Drehmomentmeßeinrichtung 12 erfolgt im Bereich zwischen den beiden Lagern 18, 19 des Lagergehäuses 21. Die Welle 11 ist in diesem Bereich verjüngt ausgebildet. Ihre Verdrehung wird gemessen und dient zur Feststellung bzw. ist ein Maß für das anliegende Drehmoment. Eine der beiden Wellen kann als Antriebswelle, d.h. als Eingangswelle und die andere als Ausgangswelle ausgebildet sein. Die Drehmomentmessung kann also sowohl antriebsseitig, als auch abtriebsseitig vorgenommen werden. Der zur Aufnahme der Drehmomentmeßeinrichtung 12 dienende Raum des Lagergehäuses 21 ist zu den beiden Lagern 18, 19 hin durch Dichtungen 20 abgedichtet. Das Lager 19 ist abgedichtet.

Die Drehmomentmeßeinrichtung ist als optische Meßein­ richtung ausgebildet. Sie umfaßt eine Lichtquelle 27, eine Photozelle 28 und zwei den Aufnahmeraum in zwei Einzelräume A, B unterteilende Schlitzscheiben 23 mit Öffnungen. Die Drehmomentmeßeinrichtung 12 ist über einen Anschluß 29 einerseits zur Versorgung der Lichtquelle 27 mit Strom mit einer Stromquelle 32 und andererseits zur Umwandlung des von der Photozelle 28 aufgenommenen Lichtes in einen Drehmomentmeßwert mit einem Spannungsmesser 31, der in Hinsicht auf Drehmomentanzeige skaliert ist, versehen.

Die Ausbildung der Drehmomenteinrichtung 12 ergibt sich dem Prinzip nach aus der Zeichnungsfigur 3.

In dem Lagergehäuse 12, d.h. zwischen den beiden Lagern 18, 19 sind auf der Welle 11 zwei Schlitzscheiben 23 dreh­ fest angebracht. Die beiden Schlitzscheiben 23 sind un­ mittelbar benachbart zueinander angeordnet und weisen, wie aus Fig. 4 erkennbar, umfangsverteilt angeordnete Öffnungen 25 auf. Die beiden Schlitzscheiben 23 sind einander gegenüber so angeordnet, daß sich, solange kein Drehmoment an der Welle 11 anliegt, die Öffnungen 25 zu einem bestimmten Maß überdecken. Die beiden Schlitzscheiben 23 weisen ausgehend von ihrem radial inneren Ende jeweils zu den Lagern 18 bzw. 19 hin sich erstreckende Hülsenansätze 24 auf, die mit Bohrungen versehen sind und mit diesen Bohrungen festsitzend auf der Welle 11 angebracht sind. Die Befestigungsstellen der Schlitzscheiben 23 auf der Welle 11 weisen also einen Abstand auf, so daß bei Auftreten eines Drehmomentes an der Welle 11 eine genügende Länge zur Messung der Ver­ drehungen unter dem Drehmoment zur Verfügung steht. Durch die Schlitzscheiben 23 wird der Innenraum des Lagergehäuses 21 in zwei Teilräume A und B unterteilt. Zusätzlich sind noch zwei von den Hülsen 24 radial nach außen sich erstreckende Stege 26 zum Abschluß der Räume A bzw. B vorgesehen. Im Bereich des Raumes A ist in der Gehäusewandung des Lagergehäuses 21 eine Vertiefung angeordnet, in der eine Lichtquelle 27 in Form einer Glüh­ lampe aufgenommen ist. Die Glühlampe 27 ist über den Anschluß 29, wie aus Fig. 5 ersichtlich, mit einer Strom­ quelle 32 unter Zwischenschaltung eines Schalters ver­ bindbar. In der Gehäusewandung des Lagergehäuses 21 ist im Bereich des Raumes B eine weitere Vertiefung angeordnet, in der ein Lichtmessr, z.B. eine Photozelle 28, eingesetzt ist. Die Photozelle 21 ist über den Anschluß 29 mit einem Spannungsmesser 31 verbunden (Fig. 6). Der Spannungsmesser 31 weist eine Einteilung auf, die dem anstehenden Drehmoment entspricht. Bei Anliegen eines Drehmomentes an der Welle 11 verdrehen sich die beiden Schlitzscheiben 23 und damit deren Öffnungen 25 zueinander, so daß sich der Durchlaßquerschnitt, der aus dem Überschneidungsbereich der Öffnungen 25 der beiden Schlitzscheiben zwischen den beiden Räumen A und B gebildet wird, entsprechend dem anliegenden Drehmoment und dessen Wirkrichtung einstellt bzw. ändert. Die die Räume A und B begrenzenden Wandungen der Schlitzscheiben 23, der Hülse 24, der Stege 26 und der Innenwandung des Lagergehäuses 21 sind so ausgebildet, daß ein diffuses Licht erhalten bzw. erzeugt wird. Hierzu ist eine weiße Farblackierung oder Farbbeschichtung vorge­ sehen. Die Lichtmenge, die durch den sich einstellenden Durchgangsquerschnit zwischen den beiden Räumen A und B in den Raum B gelangt, ist ein Maß für das anstehende Drehmoment. Die Photozelle 28 setzt diese Lichtmenge in einen Spannungswert um. Die gemessene Spannung ist umgekehrt proportional dem an der Welle 11 anstehenden Drehmoment.

Der auf Drehmomentwerte skalierte Spannungsmesser, der mit der Photozelle 28 verbunden ist, dient zur Anzeige der anstehenden Drehmomentwerte und Drehmomentwirkrichtung und gibt dem Fahrer des Schleppers einen Hinweis im Zusammen­ hang mit einem angegebenen Grenzwert, ob die Leistungs­ grenzen des Schleppers bzw. Gerätes oder einzelner Funk­ tionsbereiche des anhängenden Heck- bzw. Frontanbaugerätes in optimaler Weise genutzt oder gegebenenfalls deren Leistungsgrenzen überschritten werden.

Die in Fig. 3 dargestelle Drehmomentmeßeinrichtung 12 kann auch ein separates Gerätegehäuse 22 umfassen, das in das Lagergehäuse 21 einschiebbar ist.

Es ist auch möglich, dem Spannungsmesser 31 eine Auswerte­ einheit 30 nachzuordnen, die beispielsweise dazu dient, ein Schaltsignal für die Schaltung einer Kupplung 8, wie sie in Fig. 1 ersichtlich ist, zu erzeugen, um beispiels­ weise einzelne Funktionsabschnitte des Gerätes oder aber auch den Hauptantrieb stillzusetzen.

Claims (5)

1. Winkelgetriebe für den Antrieb von oder in landwirt­ schaftlichen Geräten, mit einem Grundgehäuse (9) mit einer Eingangswelle und mit mindestens einer Ausgangs­ welle, und einem Anflanschgehäuse (15), durch das eine der Wellen, der eine Drehmomentmeßeinrichtung zuge­ ordnet ist, hindurchtritt,
dadurch gekennzeichnet, daß das Anflanschgehäuse (15) die zwei Lagereinheiten (18, 19) aufnimmt, in der die Welle (11), der die Drehmomentmeßeinrichtung (12) zugeordnet ist und auf der ein Abtriebszahnrad (14) fliegend zu den Lagerein­ heiten (18, 19) angeordnet ist, gelagert ist,
daß die Drehmomentmeßeinrichtung (12) zwischen den beiden Lagereinheiten (18, 19) zur Lagerung der Welle (11) beidseitig abgedichtet ist und
daß die Drehmoment­ meßeinrichtung (12) als berührungslos dynamisch und statisch arbeitende Meßeinrichtung ausgebildet ist.

2. Winkelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentmeßeinrichtung (12) aus auf der Welle (11) aneinandergrenzend, aber mit axialem Abstand voneinander drehfest angebrachten Schlitzscheiben (21) mit Öffnungen (25), die das Gehäuse (21), in dem sie aufgenommen sind, in zwei Räume (A, B) unterteilen sowie einer einem Raum (A) zugeordneten Lichtquelle (27) zur Erzeugung eines diffusen Lichtes und einem dem anderen Raum (B) zugeordneten Lichtdauer (28), insbesondere Photozelle oder Photodiode, zur Messung der von einem Raum (A) in den anderen Raum (B) übertretenden Lichtmenge gebildet ist.

3. Winkelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentmeßeinrichtung (12) aus zwei der Welle (11) zugeordneten, als Näherungssensoren ausgebildete Sensoren und zwei Gegensensoren besteht, die als Zahnscheiben ausgebildet sind und zyklische Meßwertverläufe erzeugende Zahnformen aufweisen, deren Phasenverschiebung ein Maß für das anliegende Drehmoment ist.

4. Winkelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentmeßeinrichtung (12) aus zwei der Welle (11) zugeordneten Scheiben mit eine Ringform aufweisenden Magnetaufzeichnungsträgern, die in kodierter Form ein periodisch wiederkehrendes Signal beinhalten, als Sensoren, und zwei dem Gehäuse zugeordneten Gegensensoren zur Erfassung der Signale in der zeitlichen Abfolge, deren Phasenverschiebung ein Maß für das anliegende Drehmoment ist, besteht.

5. Winkelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentmeßeinrichtung (12) eine Auswerte­ einheit (30) zur Auslösung eines Signals zur Warnung, Abschaltung des Antriebes oder Betätigung einer Kupp­ lung (8) zur Unterbrechung des Kraftflusses nachgeord­ net ist.