DE4231412C2 - Getriebe für den Antrieb von oder Antriebe in landwirtschaftlichen Geräten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere Winkelgetriebe, für den Antrieb von oder Antriebe in landwirtschaftlichen Geräten mit einer Eingangs­ welle und mindestens einer Ausgangswelle, wobei die Wellen jeweils in zwei beabstandeten Lagern drehbeweglich gehalten sind, und mit einer mindestens einer der Wellen zugeordneten Drehmomentmeßeinrichtung, welche zur Feststellung der Verdrehung der Welle als repräsentativ für das anliegende Drehmoment Dehnmeßstreifen umfaßt, die zwischen den Lagern an der Außenfläche der jeweiligen Welle angebracht sind, und mit einem Meßwert- und Energie­ übertrager, der in einem abgedichteten Aufnahmeraum zwischen dem die Welle aufnehmenden Gehäuseteil und der Welle angeordnet ist und mit Verbindungs­ leitungen.

Ein solches Getriebe ist in der JP 62-299 732 (A), veröffentlicht in Patent Abstracts of Japan P-713, June 7, 1988, Vol. 12/No. 194, beschrieben. Die ein Kegelrad tragende Welle ist über zwei beabstandete Lager im Gehäuse drehbar aufgenommen. Ein Teil der Außenfläche der Welle ist zwischen den beiden Lagern abgeflacht. An dieser Stelle sind Dehnmeßstreifen angebracht. Daneben sind ebenfalls zwischen den Lagern Schleifringe an der Welle zur Übertragung der Meßwerte angebracht.

In der DE 40 25 279 A1 ist eine Anordnung zum Messen des Drehmomentes an der Antriebswelle eines Stell- oder Steuerantriebes beschrieben, wobei die Meßelektronik an einer Leiterplatte angebracht ist, die radial von der Welle abstehend, angeordnet ist und an der zur Meßelektronik gehörenden Bauteile befestigt sind. Eine gleiche Anordnung ist an der Antriebswelle getroffen. Beide bilden zusammen die Stirnwände eines den dazwischen liegenden Raum abdichtenden Gehäuses, in dem auch die Dehnmeßstreifen auf der Antriebswelle angebracht sind.

Auch der DE-AS 10 75 864 ist eine Einrichtung zur Drehmomentmessung an An­ triebswellen zu entnehmen, bei der der Geber, der den Dehnmeßstreifen umfaßt, der Verstärker und der Wandler als Teil der Meßeinrichtung auf der Außen­ fläche der Welle angebracht sind. Die Meßwertübertragung nach außen erfolgt durch Schleifringe.

In der DE 38 38 081 A1 ist eine Vorrichtung zum Überwachen der Antriebswelle eines Fahrzeuges, die als Kardanwelle ausgeführt ist, beschrieben, welche in den als Rohr ausgebildeten Abschnitt der Welle eingeschoben ist. Die Vor­ richtung dient zum Überwachen der Drehzahl und des Drehmomentes während der Rotation der Antriebswelle.

Ferner ist in der DE 38 16 828 C2 ein Getriebe mit einer Drehmomentmeßein­ richtung, die berührungslos arbeitet, beschrieben. Die Meßelektronik ist außerhalb des Getriebes angebracht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Getriebe für den Antrieb von bzw. Antriebe in landwirtschaftlichen Geräten mit einer Drehmomentmeßeinrichtung so auszu­ gestalten, daß der Meßwertaufnehmer und die Meßelektronik zwar der Welle selbst zugeordnet sind, wobei jedoch gewährleistet ist, daß diese die Lauf­ eigenschaften der Welle nicht oder nur unwesentlich beeinflussen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Meßelektronik in einer Querbohrung der die Drehmomentmeßeinrichtung aufweisenden Welle unter­ gebracht ist, daß die Querbohrung in der Lagersitzfläche für das Lager angeordnet ist, welches dem Anschlußzapfen der Welle benachbart ist, mit dem diese aus dem sie lagernden Gehäuseteil herausgeführt ist, und daß die Verbindungsleitungen zwischen den Dehnmeßstreifen der Meßelektronik und dem Meßwert- und Energieübertrager angeordnet sind.

Von Vorteil bei dieser Ausbildung ist, daß die Meßelektronik so untergebracht werden kann, daß keine Unwucht erzeugt wird. Die Meßelektronik kann in der Querbohrung genau positioniert werden. Dadurch, daß die Dehnmeßstreifen in einem Bereich angeordnet sind, der zwischen den Lagern angeordnet ist, werden diese nicht durch einwirkende Kräfte beeinflußt. Die Dehnmeßstreifen bieten auch bei einer relativ steif ausgebildeten Welle ausreichend große Meßwert genauigkeiten. Die in der Querbohrung angeordnete Meßelektronik sowie die Dehnmeßstreifen können so abgedichtet werden, daß der zwischen den Lagern befindliche Raum ohne weiteres mit dem Schmiermittelkreislauf bzw. mit dem Schmiermittelvorrat des Getriebes in Verbindung stehen kann, um die nötige Schmierung der Lager zu gewährleisten. Durch die gewählte Anordnung des Meßwert- und Energieübertragers in einem über Dichtungen separierten Raum wird gewährleistet, daß die gemessenen Drehmomentmeßwerte sicher nach außen übertragen werden können, um Schaltimpulse auszulösen bzw. um der Person, die die Anlage überwacht, angezeigt zu werden. Durch die gewählte Anordnung der Meßwert- und Energieübertrager wird darüber hinaus gewähr­ leistet, daß der Anschlußzapfen nicht im Querschnitt geschwächt wird.

Durch die Anordnung der Querbohrung für die Aufnahme der Meßelektronik in der Lagersitzfläche für das Lager, das dem aus dem Getriebe herausgeführten Anschlußzapfen der Welle benachbart ist, ist gewährleistet, daß auch bei hohen Drehzahlen der Welle die Meßelektronik sicher in der vorgegebenen Position gehalten wird. Sie wird vom inneren Lagerring des Lagers überdeckt. Ferner ist durch die Anordnung unter dem Lagerinnenring eine Abdichtung erreichbar, so daß die Meßelektronik auch von dem sich erwärmenden Schmier­ mittel für das Getriebe nicht negativ beeinflußt werden kann. Vorzugsweise ist die Meßelektronik in der Querbohrung versiegelt.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Raum für den Meßwert- und Energieübertrager außerhalb des Zwischenraumes zwischen den beiden Lagern zum Anschlußzapfen der Welle hin angeordnet ist. Neben der Separierung von der ölgeschmierten Lagerung wird noch eine einfachere Zugänglichkeit für Repara­ turen oder den Austausch an den Meßwert- und Energieübertragern, die als Schleifringe gestaltet sind, erreicht.

Vorzugsweise weist die Lagersitzfläche, die die Querbohrung enthält, gegen­ über der Außenfläche der Welle, an der die Dehnmeßstreifen angebracht sind, und der Außenfläche der Welle, der der Meßwert- und Energieübertrager zu­ geordnet ist, einen vergrößerten Durchmesser auf. Von den daraus resultieren­ den Ringflächen sind jeweils zur Querbohrung hin Bohrungen für die Verbin­ dungsleitungen angeordnet. Hierdurch wird erreicht, daß die Verbindungs­ leitungen sicher geführt sind. Die Bohrungen können ebenfalls nach Hindurch­ führung der Verbindungsleitungen versiegelt werden, so daß ein dichter Abschluß gewährleistet ist. Dieser verhindert, daß Schmieröl aus dem Bereich des Getriebes in den Aufnahmeraum für den Meßwert- und Energieübertrager hin gelangen kann.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie dessen Anwendung in Bezug auf ein landwirtschaftliches Gerät ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Winkelgetriebe in der Ebene der Achsen der Wellen,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Wellenabschnitt gemäß Fig. 1, der die Querbohrung enthält, vergrößert dargestellt,

Fig. 3 die Ausbildung und Anordnung der Drehmomentmeßeinrichtung be­ züglich der ersten Welle im vergrößerten Maßstab und

Fig. 4 eine schematische Aufsicht auf einen Traktor mit Anbaugeräten, in deren Antriebsstrang ein oder mehrere Getriebe gemäß den Fig. 1 bis 3 angeordnet sind.

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Getriebe 1 umfaßt das Getriebegehäuse 2, an dem ein Lagergehäuse 3 angeflanscht ist. In dem Gelagergehäuse 3 ist eine erste Welle 4 in Lagern 5, 6 gehalten. Sie besitzt einen Anschlußzapfen 7 in Form eines Vielkeilprofiles, über das sie beispiels­ weise mit einem Antrieb verbunden ist. Das andere, in das Getriebegehäuse 2 hineinragende Ende trägt das Kegelrad 8. Quer zur ersten Welle 4 ist die zweite Welle 9 über Lager 13, 14 im Getriebegehäuse 2 bzw. in einem Flansch desselben gelagert. Die aus dem Getriebegehäuse 2 herausgeführten Anschlußzapfen der zweiten Welle sind mit 10 und 10a bezeichnet. An der zweiten Antriebswelle 9 ist zwischen deren Lagern 13, 14 eine Verzahnung 12 angebracht, auf der das Kegelrad 11 mit einer in seiner Bohrung angebrachten Verzahnung drehfest und über Sicherungsmittel axial unver­ schieblich gehalten ist. Die Verzahnungen der beiden Kegelräder 8, 11 sind in Eingriff zueinander. Das über den Anschlußzapfen 7 der ersten Welle 4 eingeleitete Dreh­ moment wird über die beiden Kegelräder 8, 11 auf die zweite Welle 9 und von deren Anschlußzapfen 10, 10a auf ein anzutreibendes Aggregat übertragen.

Die zweite Welle 9 ist gegenüber dem Getriebegehäuse 2 durch Dichtungen 15, 16 abgedichtet.

Die erste Welle 4 weist eine dem Kegelrad 8 benachbarte durchmesservergrößerte Sitzfläche 17 für das erste Lager 5 auf. Der Innenring des ersten Lagers 5 ist auf dieser Sitzfläche 17 aufgenommen. Der Außenring des Lagers 5 ist in einer Bohrungsstufe des Lagergehäuses 3 gehalten. Sämtliche Lager 5,6 bzw. 13, 14 der ersten und zweiten Welle 4, 9 sind als Kegelrollenlager ausgebildet. Sie sind so angeordnet, daß der aus der Drehmomentübertragung bei Zahneingriff der Kegelräder 8, 11 resultierende Axialschub auf genommen wird. Die Lagersitzfläche 18, auf der das dem Anschlußzapfen 7 benachbarte Lager 6 aufgenommen ist, ist ebenfalls im Verhältnis zu der Außenfläche 19 zwischen den beiden Sitzflächen 17, 18 im Durchmesser vergrößert. Im Bereich der Lagersitzfläche 18 ist eine Nut für einen Sicherungsring 20 zur Halterung des Innenringes des Lagers 6 angeordnet. Ferner dient die Lagersitzfläche 18 als An­ lauffläche für die Dichtung 21, die in einer Bohrung des Lagergehäuses 3, in der auch der Außenring des Lagers 6 aufgenommen ist, gehalten ist und sich axial gegen einen Sicherungsring 24 abstützt. Die Dichtung 21 dient zur Ab­ dichtung des Gehäuseinnenraumes einschließlich des Innen­ raumes des Lagergehäuses 3 nach außen. In die Aufnahme­ bohrung für den Außenring des Lagers 6 ist anschließend an die Dichtung 21 eine Abstandsbüchse 23 eingesetzt. Diese ist durch einen Sicherungsring 25 gesichert, welcher in einer Nut der Bohrung des Lagerkörpers 3 einsitzt. Im axialen Abstand zur Dichtung 21 ist in der Abstandsbüchse 23 eine weitere Dichtung 21a aufgenommen. Sie dichtet zu einer Außenfläche 22 der Welle ab, welche im Durchmesser zu der Lagersitzfläche 18 reduziert ist. Hieran schließt sich nach außen aus dem Lagergehäuse 3 vortretend der Anschlußzapfen 7 der ersten Welle 4 an. Auf der im Durch­ messer reduzierten Außenfläche 19 sind zwischen den beiden Sitzflächen 17, 18 bzw. Lagern 5,6 zwei Dehnmeßstreifen 32, 32a sich mit 90° kreuzend angeordnet, wobei sie jeweils die Drehachse X der ersten Welle 4 unter 45° schneidend angeordnet sind. Darüber kann die Verdrillung der ersten Welle 4 unter Drehmoment ermittelt werden, wobei durch die Anordnung Biegemomente, die auftreten können, eliminiert sind. Die Anordnung solcher Dehnmeßstreifen 32, 32a und die Verwendung derselben für die Drehmomentermittlung ist bekannt. Die Dehnmeßstreifen 32, 32a sind über Verbindungs­ leitungen 37, 37a mit einer Meßelektronik 31 verbunden, welche in einer Querbohrung 26 der ersten Welle 4 ange­ ordnet ist. Die Querbohrung 26 verläuft radial bezüglich der Drehachse X und sie ist im Bereich der Lagersitzfläche 18 unterhalb des inneren Lagerringes des Lagers 6 ange­ ordnet. Die Verbindungsleitungen 36, 36a sind durch eine erste Bohrung 29, ausgehend von den Dehnmeßstreifen 32, 32a, zur Meßelektronik 31 in die Querbohrung 26 einge­ führt. Die Bohrung 29 geht von der Ringfläche 27, die zwischen der durchmesservergrößerten Lagersitzfläche 18 und der dazu im Durchmesser reduzierten Außenfläche 19 entsteht, angebracht und mündet in der Querbohrung 26. Die Meßelektronik 31 ist so in der Querbohrung 26 angeordnet, daß ihre Masse keine Unwucht bei Rotation der ersten Welle 4 erzeugt. Zur Lagersitzfläche 18 hin ist eine Versiege­ lung angebracht, die die Querbohrung 26 und auch die Bohrung 29, durch die die Verbindungsleitungen 36, 36a hindurchgeführt sind, dicht schließt. Von der Stirnfläche 28 zwischen der Lagersitzfläche 18 und der ebenfalls im Durchmesser reduzierten Außenfläche 22 zum Anschlußzapfen 7 hin geht ebenfalls eine Bohrung 30 aus, die in der Quer­ bohrung 26 mündet. Aus dieser sind Verbindungsleitun­ gen 37, 37a von der Meßelektronik 31 ausgehend weiterge­ führt. Im Bereich des Aufnahmeraumes 33 zwischen den beiden Dichtungen 21, 21a sind auf der Außenfläche 22 Schleifringe 34, 34a angebracht, die mit in der Abstands­ büchse 23 fest angeordneten Schleifringabnehmern zusammen­ arbeiten. Ausgehend von den Schleifringabnehmern sind die Verbindungsleitungen 37, 37a nach außen geführt. Über die beiden Verbindungsleitung 37, 37a kann einerseits eine Energiezufuhr und andererseits die Meßwertübertragung nach außen erfolgen. Dabei kann die Meßwertübertragung zu einer Anzeige am Traktor oder Gerät führen um der Bedienungspo­ sition den aktuellen Drehmomentwert anzuzeigen. Die Meß­ wertsignale können aber auch dazu benutzt werden beispielsweise den Antrieb zu- bzw. abzuschalten.

In Fig. 4 ist eine Gerätekombination dargestellt, die aus dem Traktor 38, dem Heckanbaugerät 40 in Form eines Rüben­ vollernters und dem Frontanbaugerät 39 besteht. Die Arbeitswerkzeuge des Heckanbaugerätes 40 und des Frontanbaugerätes 39 erhalten ihre für den Antrieb erforderliche Drehbewegung vom Traktor 38 über jeweils eine Hauptantriebswelle 41. Von den Hauptantriebswellen 41 sind unter Zwischenschaltung von Getrieben 1 Nebenantriebe über Nebenantriebswellen 42 antreibbar. Die Getriebe 1 sind dabei entsprechend Fig. 1 bis 3 ausgestaltet. Zum Schutz einzelner Antriebsstränge bzw. Nebenantriebe können Kupplungen 43 vorgesehen sein, die als Schaltkupplungen ausgebildet sind und deren Schaltung über die im Getriebe zugeordnete Drehmomentmeßeinrichtung gesteuert wird. Die Drehmomentmeßeinrichtung kann auch mit einer Anzeige 44 für den Traktorfahrer verbunden sein.

Bezugszeichenliste

1 Getriebe
2 Getriebegehäuse
3 Lagergehäuse
4 erste Welle
5, 6 Lager
7 Anschlußzapfen
8 Zahnrad/Kegelrad der ersten Welle
9 zweite Welle
10, 10a Anschlußzapfen der zweiten Welle
11 Zahnrad/Kegelrad der zweiten Welle
12 Verzahnung
13, 14 Lager
15, 16 Dichtung
17 Zahnradseitige Sitzfläche der ersten Welle
18 Anschlußzapfen seitige Lagersitzfläche der ersten Welle
19 Außenfläche der Welle für Dehnmeßstreifen
20 Sicherungsring
21, 21a Dichtung
22 Außenfläche der Welle zur Aufnahme der Meßwert- und Energieübertrager
23 Abstandsbüchse
24, 25 Sicherungsring
26 Querbohrung
27, 28 Ringfläche
29, 30 Bohrung für Verbindungsleitungen
31 Meßelektronik
32, 32a Dehnmeßstreifen
33 Aufnahmeraum
34, 34a Schleifringe/Abnahme
36, 36a Verbindungsleitung
37, 37a Verbindungsleitung
38 Traktor
39 Frontanbaugerät
40 Heckanbaugerät
41 Hauptantriebswelle
42 Nebenantriebswelle
43 Schaltkupplung
44 Anzeige
X Drehachse der ersten Welle

Claims (3)

1. Getriebe, insbesondere Winkelgetriebe, für den Antrieb von oder An­ triebe in landwirtschaftlichen Geräten (39, 40), mit einer Eingangs­ welle (4) und mindestens einer Ausgangswelle (10, 10a), wobei die Wellen (4, 10, 10a) jeweils in zwei beabstandeten Lagern (5, 6; 13, 14) dreh­ beweglich gehalten sind, und mit einer mindestens einer der Wellen (4, 10, 10a) zugeordneten Drehmomentmeßeinrichtung, welche zur Feststellung der Verdrehung der Welle (4, 10, 10a) als repräsentativ für das anlie­ gende Drehmoment Dehnmeßstreifen (32, 32a) umfaßt, die zwischen den Lagern (5, 6) an der Außenfläche (19) der jeweiligen Welle (4) ange­ bracht sind, und mit einem Meßwert- und Energieübertrager (34, 34a), der in einem abgedichteten Aufnahmeraum (33) zwischen dem die Welle (4) aufnehmenden Gehäuseteil (3) und der Welle (4) angeordnet ist und mit Verbindungsleitungen (36, 36a; 37, 37a), dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßelektronik (31) in einer Querbohrung (26) der die Drehmo­ mentmeßeinrichtung aufweisenden Welle (4) untergebracht ist, daß die Querbohrung (26) in der Lagersitzfläche (18) für das Lager (6) angeord­ net ist, welches dem Anschlußzapfen (7) der Welle (4) benachbart ist, mit dem diese aus dem sie lagernden Gehäuseteil (3) herausgeführt ist, und daß die Verbindungsleitungen (36, 36a; 37, 37a) zwischen den Dehn­ meßstreifen (32, 32a), der Meßelektronik (31) und dem Meßwert- und Energieübertrager (34, 34a) angeordnet sind.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeraum (33) für den Meßwert- und Energieübertrager (34, 34a) außerhalb des Zwischenraumes zwischen den beiden Lagern (5, 6) zum Anschlußzapfen (7) der Welle (4) hin angeordnet ist.

3. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagersitzfläche (18), die die Querbohrung (26) enthält, gegen­ über der Außenfläche (19) der Welle (4), an der die Dehnmeßstreifen (32, 32a) angebracht sind, und der Außenfläche (22) der Welle (4), der der Meßwert- und Energieübertrager (34, 34a) zugeordnet ist, einen vergrößerten Durchmesser aufweist, und daß von den daraus resultieren­ den Ringflächen (27, 28) jeweils zur Querbohrung (26) hin Bohrungen (29, 30) für die Verbindungsleitungen (36, 36a; 37, 37a) angeordnet sind.