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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Pflege oder Bearbeitung von Außenflächen mit einem rotierenden Arbeitswerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf maschinelle Arbeitsgeräte für die Pflege von Grünflächen und Verkehrsflächen, von garten-, land- und forstwirtschaftlichen Flächen sowie für die Bodenbearbeitung. Hierzu zählen unter anderem handgeführte Mäher, Maschinenbesen, Häcksler, Vertikutierer, Stubbenfräsen oder dergleichen, insbesondere auch solche, bei denen das Arbeitsaggregat als Anbaugerät in Verbindung mit einer einachsigen, universell verwendbaren und von Hand geführten Antriebsmaschine mit Fahrantrieb eingesetzt wird. Die vorgenannten Geräte weisen je nach Verwendungszweck unterschiedlich ausgebildete Arbeitswerkzeuge auf, wobei sich die Erfindung ausschließlich auf rotierende Werkzeuge, die auf einer Werkzeugwelle sitzen, bezieht. Die Werkzeugwelle wird von einem Motor über einen Antriebsstrang angetrieben, der je nach Bauweise des Geräts und der geforderten Leistung unterschiedlich aufgebaut ist. Gegebenenfalls kann im Antriebsstrang auch eine Schalkupplung integriert sein.
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Das im Betrieb mit hoher Drehzahl umlaufende Arbeitswerkzeug stellt für den Benutzer ein potentielles Sicherheitsrisiko dar und zwar auch dann, wenn der Antrieb willkürlich oder unwillkürlich abgeschaltet worden ist, weil das Werkzeug mit einem mehr oder weniger großen Schwungmoment nachläuft. Es geht deshalb das Bestreben dahin, Antrieb und Antriebsstrang im Sinne einer Verringerung der Nachlaufzeit des Werkzeugs auszulegen. Die verbleibenden Nachlaufzeiten sind gleichwohl noch zu lang. Ist im Antriebsstrang ein Freilauf angeordnet, um das beim Abschalten auftretende Schwungmoment nicht auf die Fahrgetriebe der Antriebsmaschine wirken zu lassen, erhöht sich noch die Nachlaufzeit des Werkzeugs.
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Es sind deshalb zusätzliche Bremseinrichtungen vorgesehen, die in Abhängigkeit von dem für den Arbeitsbetrieb vorgesehenen Schaltglied in Wirkung treten. Soweit hierbei ein manuell auszulösender Steuerbefehl notwendig ist, ist die Übertragung des Steuerbefehls nicht garantiert und zudem mit zusätzlichem Bedienungsaufwand durch Aufbringen der Haltekraft verknüpft. Ferner sind die Übertragungsmittel fertigungs- und montageaufwändig. Auch werden diese Übertragungsmittel vom Benutzer häufig außer Kraft gesetzt, um das Arbeiten mit dem Gerät zu vereinfachen.
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Die
US 3 908 344 A zeigt einen Antriebsmechanismus mit einer Abtriebswelle und einer über diese mittels eines Kupplungsteils antreibbare Antriebswelle für ein Werkzeug, wobei das Kupplungsteil drehfest mit der Abtriebswelle, aber axial beweglich verbunden ist und bei Abschalten des Antriebs unter Fliegkraft als bewegliches Bremsteil gegen ein feststehendes Bremsteil bewegbar ist. Nachteilig ist, dass zum einen nach Abschalten eine geraume Zeit bis zum Greifen der Bremse vergehen kann, die Bremswirkung, da sie alleine durch Fliegkraft bewirkt wird, relativ gering ist und bei Stillstand keine Bremswirkung mehr gegeben ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dahingehend weiterzubilden, dass bei einem wie immer gearteten Ausschalten des Antriebs die Bremse unter Verringerung der Nachlaufzeit des Arbeitswerkzeugs selbsttätig zuverlässig geschlossen wird und dabei zugleich die Nachlaufzeit des Arbeitswerkzeugs verringert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung wird der Kraftfluss zwischen dem Motor oder einer Kupplung und der Werkzeugwelle an einer Trennstelle unterbrochen und wird diese Trennstelle durch eine Mitnehmerkupplung überbrückt, die nur in Drehrichtung und bei Anstehen eines Drehmomentes wirksam ist. Ferner ist die Bremse unter Wirkung einer Rückstellfeder normalerweise geschlossen und wird erst dann gelüftet, wenn ein Antriebsmoment an der Mitnehmerkupplung wirkt. Fällt das Antriebsmoment aus, beispielsweise bei willkürlichem oder unwillkürlichem Abschalten des Antriebs, läuft die Werkzeugwelle mit dem Werkzeug nach. Deren Schwungmoment löst die Mitnehmerkupplung und bringt die Bremse unter Mitwirkung der elastischen Rückstellkraft in die Schließlage, in der auch die Mitnehmerkupplung in die Bremsstellung zurückgesetzt ist. Die Nachlaufzeit lässt sich durch entsprechende konstruktive Auslegung von Mitnehmerkupplung, Bremseinrichtung und Rückstellkraft minimieren.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Mitnehmerkupplung wenigstens einen Mitnehmer am Abtriebsteil des Antriebsstrangs auf, der auf seinem Kupplungsweg unter Wirkung des Antriebsmomentes das mitlaufende Bremsteil löst, bevor er das Antriebsteil mit der Werkzeugwelle mitnimmt.
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Der Kupplungsweg des Mitnehmers wird erfindungsgemäß dazu genutzt, die Schaltkräfte für die Bremse aufzubringen und vom Mitnehmer auf das mitlaufende Bremsteil zu übertragen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mitnehmerkupplung eine auf dem Antriebsteil des Antriebsstranges gelagerte und auf dem Antriebsteil axial beweglich, aber drehfest geführte Schiebemuffe aufweist, die mit einer Wendelnut versehen ist, in die der am Antriebsteil angeordnete Mitnehmer eingreift.
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Der am Antriebsteil des Antriebsstrangs angeordnete Mitnehmer wandert beim Einschalten des Antriebs in der Wendelnut in Anschlagposition und überträgt das Drehmoment auf die Werkzeugwelle. Bei der Bewegung des Mitnehmers in der Wendelnut bis zur Anschlagposition wird zugleich die auf dem Abtriebsteil lose gelagerte Schiebemuffe auf dem Antriebsteil mit der Werkzeugwelle axial verschoben und wird bei dieser Bewegung die Bremse gelüftet.
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Dies geschieht in vorteilhafter Weise dadurch, dass die Schiebemuffe das mitlaufende Bremsteil aufweist, das bei Stillstand unter Wirkung der Rückstellkraft dem feststehenden Bremsteil anliegt. Zweckmäßigerweise ist das mitlaufende Bremsteil scheibenförmig ausgebildet und bildet die Schiebemuffe die Nabe des Bremsteils. Die Schiebemuffe wirkt bei Anlauf gegen die Rückstellkraft und hebt das mit ihr verbundene Bremsteil vom feststehenden Bremsteil ab. Fällt das Antriebsmoment aus, werden das Schwungmoment und die Rückstellkraft wirksam und bringen die Schiebemuffe wieder in ihre Ausgangsposition und gleichzeitig das mit dieser verbundene Bremsteil in die Bremsposition.
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In weiterhin vorteilhafter Ausführung ist vorgesehen, dass die Schiebemuffe von einer die elastische Rückstellkraft bildenden Feder belastet ist, welche die Schiebemuffe auf dem Antriebsteil in Richtung Abtriebsteil und dabei das scheibenförmige Bremsteil gegen das feststehende Bremsteil drängt. Die Feder sitzt dabei vorzugsweise auf dem Antriebsteil und stützt sich auf diesem ab. Insgesamt wird dadurch eine kompakte und funktionssichere Bauweise erhalten.
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Da je nach Bauweise und Baulänge des Antriebsstrangs die Biegesteifigkeit durch die Unterbrechung im Bereich der Mitnehmerkupplung beeinträchtigt werden kann, ist gemäß einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das Abtriebsteil und das Antriebsteil innerhalb der Schiebemuffe ein gemeinsames Stützlager aufweisen, das kardanisch ausgebildet sein kann, um ein gewisses Radialspiel zu ermöglichen.
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Für insbesondere schwere Anbaugeräte empfiehlt sich eine Ausführungsform, bei der die Bremse zwei mitlaufende Bremsteile und dazwischen das feststehende Bremsteil aufweist, wobei der wenigstens eine Mitnehmer am Abtriebsteil zwischen die mitlaufenden Bremsteile eingreift und diese gegen die elastische Rückstellkraft von dem feststehenden Bremsteil abhebt und danach das Antriebsteil mitnimmt. Zu diesem Zweck kann der Mitnehmer beispielsweise Keilflächen aufweisen, die in Verbindung mit entsprechenden Gegenflächen an den Bremsteilen den notwendigen Stellweg für die Bremse liefern.
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In weiterer Ausgestaltung dieser Ausführungsform weist das Antriebsteil für die Werkzeugwelle einen Mitnahmeflansch auf und sind die beiden mitlaufenden Bremsteile beiderseits des Mitnahmeflanschs verdrehfest und axial verschiebbar angeordnet und unter Wirkung der Rückstellfeder mit diesem kraftschlüssig gekuppelt, wobei der Mitnahmeflansch wenigstens ein Fenster aufweist, in das der Mitnehmer des Abtriebsteils mit seinen auf die beiden Bremsteile wirkenden Keilflächen eingreift.
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Bei dieser Ausführung liegt der Betätigungsmechanismus für die Bremse nicht unmittelbar im Kraftfluss des Antriebsstrangs, wodurch das System robuster und leistungsfähiger wird.
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In besonders vorteilhafter Ausführung weisen der Mitnehmer am Antriebsteil innerhalb des Fensters des Mitnahmeflanschs auf seinen den Bremsteilen zugekehrten Seiten je eine Keilfläche und ferner die Bremsteile mit den Keilflächen zusammenwirkende Kugelstifte auf.
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Durch diese Ausbildung ist eine besonderes kompakte annähernd geschlossene Bauweise möglich, da die für die Mitnahme und für die Betätigung der Bremse maßgeblichen konstruktiven Maßnahmen an einem einzigen Mitnahmeflansch und den ihn umgebenden Bremsteilen verwirklicht sind.
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Dem gleichen Ziel dient die Maßnahme, dass der Mitnehmer in Drehrichtung eine Anschlagfläche aufweist, die in der Mitnahmeposition mit einer Gegenfläche am Fenster des Mitnahmeflanschs zusammenwirkt, um das Drehmoment vom Abtriebsteil auf das Antriebsteil mit der Werkzeugwelle zu übertragen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die beiden mitlaufenden Bremsscheiben über sie und den Mitnahmeflansch durchgreifende Spannbolzen mit einer zwischengeschalteten, die elastische Rückstellkraft bildenden Feder gegen das gehäusefeste Bremsteil elastisch verspannt sind.
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Die Keilflächen an beiden Seiten des Mitnehmers drücken über die Kugelstifte die beiden Bremsteile auseinander, bevor der Mitnehmer mit seiner Anschlagfläche gegen die Gegenfläche am Fenster des Mitnahmeflanschs anliegt und das Drehmoment auf die Messerwelle übertragen wird.
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Um beim Abschalten des Antriebs sicherzustellen, dass die Bremse unter Wirkung der Spannbolzen schließt, kann zusätzlich zwischen dem Abtriebsteil und dem Antriebsteil eine Torsionsfeder angeordnet sein, welche die Rückstellung des Mitnehmers entgegen der Drehrichtung unterstützt.
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Mit Vorteil weist der Mitnahmeflansch drei radialsymmetrische Fenster auf, in die je ein Mitnehmer am Antriebsteil und je ein Kugelstift von beiden Seiten achsparallel eingreift. In gleicher Weise können die Spannbolzen mit den Rückstellfedern dreifach vorgesehen und radialsymmetrisch angeordnet sein.
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Das feststehende Bremsteil kann bei allen Ausführungsformen an einem den Antriebsstrang zumindest teilweise umgebenden Gehäuse angeordnet und ringförmig ausgebildet sein. Die Bremsflächen liegen auf einem größtmöglichen Durchmesser und können somit die Bremsflächen optimiert werden.
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Mit beiden zuvor beschriebenen Ausführungsformen wird ein neues konstruktives Prinzip verwirklicht, bei dem die Bremse integrierter Bestandteil des Antriebsstrangs ist und ihre Betätigung durch das Antriebsmoment einerseits (Öffnen) und durch das Schwungmoment im Verein mit einer integrierten selbsttätigen elastischen Rückstellkraft andererseits (Schließen) erfolgt. Gleichviel, ob der Antrieb (Motor oder Kupplung) bewusst oder unwillkürlich ausgeschaltet wird, tritt die Bremse ohne jedes weitere Zutun von außen in Funktion und wird sie umgekehrt bei Einschalten des Antriebs gelöst und verbleibt in diesem Zustand, solange ein Antriebsmoment ansteht. Die Nachlaufzeit des Arbeitswerkzeugs läßt sich dadurch erheblich reduzieren und durch die konstruktive Auslegung auch weitgehend bestimmen.
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Selbstverständlich können Bremsen jeder bekannten Bauweise, z. B. Trommel-, Schlag-, Bandbremsen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Anwendung finden. Ihre Wirkrichtung kann axial oder radial sein. Auch die Mitnehmerkupplung kann über anders aufgebaute Elemente auf die mitlaufenden Bremsteile, z. B. über Wälzkörper auf einer schiefen Ebene, über Elastikglieder, Schräghebel oder dergleichen wirken.
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Nachstehend ist die Erfindung beispielhaft anhand eines Mähwerkzeugs in zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen beschrieben, wobei nur die wesentlichen Teile des Antriebsstrangs wiedergeben sind, da der Antrieb selbst und Einzelheiten des Mähers von herkömmlicher Bauart sind.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 einen Ausschnitt einer ersten Ausführungsform des Antriebsstrangs eines Mähers;
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2 einen schematischen Ausschnitt eines Anbaumähwerks für handgeführte Antriebsmaschinen;
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3 einen Längsschnitt in der Zeichenebene der 2 im Bereich der Mitnehmerkupplung und Bremse;
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4 eine Stirnansicht des Mitnahmeflanschs gemäß 3 und
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5 einen Schnitt V-V gemäß 3.
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Der nicht gezeigte Motor überträgt das Antriebsmoment gegebenenfalls über nicht gezeigte Getriebemittel an eine Welle 2 eines insgesamt mit 1 bezeichneten Antriebsstrangs, der in einer gehäuseartigen Abdeckung 3 angeordnet ist. Der Antriebsstrang 1 weist ein von der Welle 2 gebildetes Abtriebsteil 4 auf, das über das Antriebsteil 5 und ein in dem Gehäuse 6 angeordnetes Kegelgetriebe die nicht gezeigte Werkzeugwelle mit dem horizontal umlaufenden Messer treibt.
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Zwischen dem Antriebsteil 4 und dem Antriebsteil 5 sind eine Mitnehmerkupplung 7 und eine Bremse 8 angeordnet, so daß der Antriebsstrang zwischen dem Antrieb und der Werkzeugwelle eine Trennstelle aufweist, die von der Mitnehmerkupplung 7 überbrückt ist. Die Mitnehmerkupplung 7 besteht aus einem auf dem Abtriebsteil 4 sitzenden, sich radial erstreckenden Mitnehmer 9 in Form eines Stiftes und einer Schiebemuffe 10 mit einer Wendelnut 11, in die der Mitnehmer 9 eingreift. Die Schiebemuffe 10 ist auf dem Abtriebsteil 4 gleitend gelagert und greift mit ihrem der Wendelnut 11 gegenüberliegenden Ende 12 in eine Axialverzahnung 13 am Antriebsteil 5 axial beweglich ein.
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Die Schiebemuffe 10 bildet zugleich die Nabe eines mitlaufenden Bremsteils 14 der Bremse 8, die weiterhin ein am Gehäuse 3 befestigtes Bremsteil 15 aufweist. Ferner steht die Schiebemuffe 10 unter Wirkung einer Rückstellkraft in Form einer Druckfeder 16, die sich einerseits an der Stirnseite der Schiebemuffe 10, andererseits an einem mit dem Antriebsteil 5 fest verbundenen Teil abstützt.
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Der Antriebsstrang 1 ist eingangseitig in einem Lager 17 und am Übergang in das Gehäuse 6 in einem Lager 18 gelagert. Ferner sind das Abtriebsteil 4 und das Antriebsteil 5 innerhalb der Schiebemuffe 10 über ein kardanisch wirkendes Lager 19 abgestützt.
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Bei Einschalten des nicht gezeigten Motors oder einer Kupplung läuft die Welle 2 des Antriebsstrangs 1 in Richtung des gezeigten Pfeils um. Der mit ihr verbundene Mitnehmer 9 wandert in der Wendelnut nach außen (in der Zeichnung nach unten) und drängt dabei und vor Erreichen der Anschlagposition die Schiebemuffe nach links, wobei das an ihr befestigte Bremsteil 14 vom feststehenden Bremsteil 15 gegen die Rückstellkraft der Feder 16 abgehoben wird. Der Mitnehmer 9 erreicht dann das Ende der Wendelnut und überträgt das Drehmoment vom Abtriebsteil auf das Antriebsteil 5. Diese Position bleibt erhalten, solange ein Antriebsmoment am Abtriebsteil 4 ansteht. Schaltet der Motor ab, steht am Mitnehmer 9 nur noch das Schwungmoment der Werkzeugseite an. Dadurch wird die Schiebemuffe 10 unterstützt von der Druckfeder 16 nach rechts verschoben und schließt die Bremse 8.
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Das in 2 gezeigte Anbaumähwerk kann über einen Flansch 20 an ein handgeführtes Antriebsaggregat angebaut werden, wobei zugleich die Verbindung zwischen der Abtriebswelle des Motors und dem Antriebsstrang 1 hergestellt wird. Der Antriebsstrang 1 ist in einer Rahmenkonstruktion mit einer gehäuseartigen Abdeckung 3 untergebracht. Der Antriebsstrang weist unter anderem als Abtriebsteil 4 eine Riemenscheibe 21 auf, die mit dem die Werkzeugwelle 22 bildenden Antriebsteil 5 in Verbindung steht. Nähere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
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3 zeigt einen Axialschnitt im Bereich von Abtriebsteil 4 (Riemenscheibe 21) und Antriebsteil 5 (Messerwelle 22) des Antriebsstrangs 1. Die Riemenscheibe 21 weist drei radialsymmetrisch angeordnete Mitnehmer 23 an einem Ringteil auf, das mittels Schrauben 24 an der Riemenscheibe 21 befestigt ist. Die Mitnehmer 23 greifen in Fenster 25 eines Mitnahmeflanschs 26 ein, der seinerseits auf dem Antriebsteil 5 sitzt und, wie 4 zeigt, drei radialsymmetrische Fenster 25 aufweist. Beiderseits des Mitnahmeflanschs sind mit dem Antriebsteil 5 umlaufende Bremsteile 27, 28 angeordnet, die mit einem zwischen ihnen befindlichen ringförmigen Bremsteil 29 die Bremse 8 bilden. Das ringförmige Bremsteil 29 ist über Tragteile 30 am Gehäuse 1 befestigt. Die mitlaufenden Bremsteile 27, 28 sind über drei sie und den Mitnahmeflansch 26 durchsetzende Spannbolzen 31 und eine die Rückstellkraft bildende Druckfeder 32 elastisch in Schließstellung gehalten.
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Die Mitnehmer 23 am Antriebsteil 4 wirken mit Kugelstiften 33 zusammen, die auf den Bremsteilen 27, 28 sitzen und von beiden Seiten in das Fenster 25 am Mitnahmeflansch 26 eingreifen. Wie aus 5 ersichtlich, weisen die Mitnehmer 23 an ihren Stirnseiten Keilflächen 34 auf, mit denen sie zwischen die Kugelstifte 33 greifen. Ferner weisen die Mitnehmer 23 in Drehrichtung 35 eine Anschlagfläche 36 auf, die mit einer Gegenfläche 37 am Fenster 25 der Mitnahmescheibe 26 zusammenwirken (siehe auch 4).
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Im Ruhezustand ist die Bremse 8 unter Wirkung der Druckfedern 32 geschlossen. Wird der Antrieb eingeschaltet, teilt sich das Antriebsmoment über das Antriebsteil 4 bzw. die Riemenscheibe 21 den Mitnehmern 23 mit, die in Drehrichtung 35 gemäß 5 innerhalb des Fensters 25 wandern. Dabei wirken sie mittels der Keilflächen 34 zunächst auf die Kugelstifte 33 und stellen die Bremsscheiben 27. 28 von dem festen Bremsteil 29 frei, so daß die Bremse gelüftet ist. Auf dem weiteren Weg schlägt die Anschlagfläche 36 gegen die Gegenfläche 37 des Fensters 25 im Mitnahmeflansch 26, so daß das Drehmoment auf den Mitnahmeflansch 26 und damit auf das Antriebsteil 5 bzw. die Werkzeugwelle 22 übertragen wird. Schaltet der Antrieb ab, überwindet das Schwungmoment unterstützt von der Rückstellkraft der Druckfeder 32 die Rollreibung zwischen den Kugelstiften 33 und den Keilflächen 34 des Mitnehmers 23, so daß die Kugeln auf den Keilflächen 34 nach unten laufen und die Bremsscheiben 27, 28 in Schließstellung an dem feststehenden Bremsteil 29 gelangen. Diese Rückstellung kann gegebenenfalls noch durch eine Torsionsfeder 38 unterstützt werden, die sich ihrerseits zwischen dem Abtriebsteil 4 und dem Antriebsteil 5 in Form einer Schenkelfeder abstützt.
