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Die
Erfindung betrifft eine Nachzerkleinerungseinrichtung ("Multicracker") für einen
Häcksler, enthaltend
zwei gegenläufig
antreibbare Zerkleinerungswalzen, welche jeweils in Axialrichtung
eine gewellte Mantelfläche
aufweisen und ineinandergreifend angeordnet sind.
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Eine
Nachzerkleinerungseinrichtung der eingangs genannten Art ist zum
Beispiel aus der
EP
0 525 422 B1 bekannt. Nachzerkleinerungseinrichtungen werden
in Verbindung mit von einem Schlepper gezogenen oder selbstfahrenden
Feldhäckslern
eingesetzt. In einem Feldhäcksler
wird Erntegut wie Gras, Getreide oder Mais in ein Schneidwerkzeug eingezogen
und durch Schneidvorrichtungen wie etwa eine Messertrommel oder
ein Scheibenrad in kleine Stücke
geschnitten. Das zerschnittene Erntegut wird dann über einen
Auswurfkanal in einen Vorratsbehälter
gefördert,
zum Beispiel einen parallel mit dem Feldhäcksler fahrenden Anhänger. In
diese Anordnung wird in der Regel im Auswurfkanal hinter den Schneidvorrichtungen
eine Nachzerkleinerungseinrichtung vorgesehen, um das Erntegut weiter
zu zerkleinern. Ferner kann die Nachzerkleinerungseinrichtung dazu
dienen, im Erntegut enthaltene Körner
aufzubrechen, weshalb sie gelegentlich auch als "Corn-Cracker" bezeichnet wird.
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Die
aus der
EP 0 525 422
B1 bekannte Nachzerkleinerungseinrichtung besteht aus zwei
gegenläufig
und mit gleicher Drehzahl angetriebenen, gleich großen und
ineinandergreifenden Zerkleinerungswalzen. Diese bestehen ihrerseits
aus auswechselbaren Keilscheiben, wobei die Form der Keilscheiben
zwei mit den Grundflächen
aneinandergesetzten Kegelstümpfen
entspricht. Die Zerkleinerungswalzen erhalten durch die Keilscheiben
in Axialrichtung ein Wellenprofil bzw. eine gewellte Mantelfläche, wobei
die Wellenflanken jeweils kegelförmig sind.
In der Seitenansicht hat das Wellenprofil somit einen sägezahnartigen
Verlauf.
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Vor
diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Nachzerkleinerungseinrichtung für
Feldhäcksler
bereitzustellen, welche eine erhöhte
Zerkleinerungsleistung aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Nachzerkleinerungseinrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 und eine Nachzerkleinerungseinrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 2 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Gemäß der ersten
Ausgestaltung der Erfindung enthält
die Nachzerkleinerungseinrichtung für einen Häcksler zwei gegenläufig antreibbare
Zerkleinerungswalzen, welche jeweils in Axialrichtung eine gewellte
Mantelfläche
bzw. ein Wellenprofil aufweisen und ineinandergreifend angeordnet
sind. Das heißt,
dass die Spitzen der Wellen der einen Zerkleinerungswalze in die
Täler der
Wellen der anderen Zerkleinerungswalze eingreifen und umgekehrt.
Das Wellenprofil erstreckt sich vorteilhafterweise jeweils über die
gesamte wirksame axiale Länge
der Zerkleinerungswalzen, obwohl dies nicht zwingend der Fall sein
muss. Ferner sind die Wellentäler
und -berge vorzugsweise kreisförmig
um die Drehachse umlaufend ausgebildet, so dass die Mantelfläche insgesamt
rotationssymmetrisch ist. Die Nachzerkleinerungseinrichtung ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenflanken an der ersten Zerkleinerungswalze konkav
und die Wellenflanken an der zweiten Zerkleinerungswalze komplementär hierzu
konvex gekrümmt
sind.
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Anders
als die bekannten Zerkleinerungswalzen mit wellenförmigem Profil
haben die Wellenflanken somit nicht die Form des Mantels eines Kegelstumpfes
mit in Axialrichtung geradem Verlauf, sondern die eines Kegelstumpfes
mit nach innen gewölbter
(konkaver) oder nach außen
gewölbter
(konvexer) Mantelfläche.
Derartige Flächen
können
auch als Teil eines Hyperboloids (konkav) beziehungsweise Paraboloids
(konvex) bezeichnet werden. Die Krümmung der Wellenflanken hat
den Vorteil, dass sich die Strecke zwischen einem Wellenmaximum und
einem Wellenminimum vergrößert, was
zu einer entsprechenden Verlängerung
des Reibspaltes zwischen den beiden Zerkleinerungswalzen führt. Ein solcher
verlängerter
Reibspalt sorgt dann für
eine gleichmäßigere und
bessere Zerkleinerung des durchgesetzten Erntegutes. Typischerweise
verlängert
sich der Reibspalt durch die Krümmungen
um ca. 5-30 %, vorzugsweise um 5-15 %. Weiterhin hat die Krümmung den
Vorteil, dass das Erntegut lokal zwischen gekrümmten Flächen "aufgebogen" wird, so dass die Krümmung selbst
noch einmal für
eine bessere Zerkleinerungswirkung sorgt.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Nachzerkleinerungseinrichtung
mit zwei gegenläufig
antreibbaren Zerkleinerungswalzen, die wie vorstehend erläutert jeweils
in Axialrichtung eine gewellte Mantelfläche aufweisen und ineinandergreifend
angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerkleinerungswalzen
unterschiedliche mittlere, minimale und/oder maximale Radien haben.
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Der
minimale Radius einer Zerkleinerungswalze liegt dabei definitionsgemäß am tiefsten
Punkt der Wellen des Wellenprofils vor. Entsprechend liegt der maximale
Radius am äußeren Scheitelpunkt
der Wellen des Wellenprofils vor. Der mittlere Radius wird typischerweise
als Mittelwert zwischen dem minimalen und dem maximalen Radius gebildet.
Dadurch, dass sich die Zerkleinerungswalzen in mindestens einem
der genannten Werte unterscheiden, was in der Regel auch einen Unterschied
in den anderen Werten zur Folge hat, kann bei betragsmäßig gleicher
Drehzahl der Zerkleinerungswalzen eine Steigerung der Zerkleinerungswirkung
erzielt werden. Die Zerkleinerungswirkung ist nämlich dann am größten, wenn
zwei gegenüberliegende
Punkte der zwei Zerkleinerungswalzen, zwischen denen ein Maiskorn
oder dergleichen eingeklemmt ist, möglichst unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten aufweisen.
Bei einem Antrieb der Zerkleinerungswalzen mit (entgegengesetzt)
gleicher Drehzahl kann ein solcher Unterschied der Umfangsgeschwindigkeiten
nur durch verschiedene Abstandsradien der betrachteten Punkte zur
jeweiligen Drehachse der Zerkleinerungswalze auftreten. Wenn die
Zerkleinerungswalzen somit unterschiedliche Radien haben, kommt
es auch bei gleichen Drehzahlen zu Differenzen in den Umfangsgeschwindigkeiten
an den Berührungspunkten
der Walzen, was einen entsprechend verbesserten Reibaufschluss des
Erntegutes bewirkt. Vorzugsweise ist der maximale Radius der einen
Zerkleinerungswalze kleiner als der minimale Radius der anderen
Zerkleinerungswalze, da dann alle Berührungspunkte der Walzen bei
gleichen Drehzahlen unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten annehmen.
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Vorteilhafterweise
werden die unterschiedlichen Walzenradien damit kombiniert, dass
die Wellenflanken an der einen Zerkleinerungswalze konvex und an
der anderen Zerkleinerungswalze konkav gekrümmt sind.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung sind die Zerkleinerungswalzen mit mindestens
einem Antrieb derart gekoppelt, dass sie mit unterschiedlicher Drehzahl
antreibbar sind. Die Einstellung unterschiedlicher Drehzahlen erlaubt
es, dafür
zu sorgen, dass sich berührende
Punkte auf den Oberflächen der
Walzen unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten haben, was wie
oben erläutert
zu einem verbesserten Reibaufschluss des Erntegutes führt. Dies ist
bei unterschiedlichen Drehzahlen selbst dann möglich, wenn die Zerkleinerungswalzen
sich hinsichtlich ihrer Radien nicht unterscheiden beziehungsweise überlappen.
Eine besonders hohe Zerkleinerungsleistung wird erzielt, wenn sowohl
unterschiedliche Radien der Walzen als auch unterschiedliche Drehzahlen
im Antrieb vorgesehen werden.
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Zur
Vereinfachung der Konstruktion werden die Zerkleinerungswalzen vorzugsweise
beide von demselben Antrieb (Motor) angetrieben, wobei die Übertragung
des Antriebs auf die Walzen jedoch mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen
erfolgt, so dass die gewünschte
Differenz der Drehzahlen entsteht.
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Die
Wellenflanken der Zerkleinerungswalzen können in sich noch einmal profiliert
sein, zum Beispiel durch radial verlaufende Einkerbungen. Durch die
Profilierung kann ein starker Reißeffekt auf das Erntegut ausgeübt werden,
so dass eine noch bessere Zerkleinerungswirkung erreicht wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Zerkleinerungswalzen sind diese aus
in Axialrichtung gestapelten Tellerelementen aufgebaut, wobei jedes
Tellerelement vorzugsweise eine Welle des Wellenprofils der Zerkleinerungswalze
bildet. Ein solcher modularer Aufbau aus Tellerelementen lässt sich
einerseits gut herstellen und gewährleistet andererseits, dass
defekte Tellerelemente leicht gegen neue ausgetauscht werden können, so
dass bei einem lokalen Schaden nicht die gesamte Zerkleinerungswalze
verworfen werden muss.
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Gemäß einer
anderen Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine der Zerkleinerungswalzen
in radialer Richtung verschiebebeweglich oder schwenkbar gelagert.
Das heißt,
dass diese Zerkleinerungswalze nicht nur drehbar um ihre Achse,
sondern auch mit ihrer Achse verschiebbar gelagert ist, wobei die
Verschiebung der Achse zumindest teilweise in radiale Richtung weist.
Hierdurch ist es möglich, dass
sich durch ein Ausschwenken der Zerkleinerungswalze in radialer
Richtung der Reibspalt zwischen den Zerkleinerungswalzen vergrößert, um zum
Beispiel einen harten Fremdkörper
zwischen den Walzen passieren zu lassen. Typischerweise wird die
verschiebebewegliche Zerkleinerungswalze mit Hilfe einer Feder unter
einer vorgegebenen Spannung in radialer Richtung bis auf eine minimale
Spaltbreite gegen die andere Walze gedrückt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft
erläutert.
Es zeigt:
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1a-1c eine Nachzerkleinerungseinrichtung mit
zwei Zerkleinerungswalzen gleichen Durchmessers in einer Frontansicht,
einer Seitenansicht und einer Vergrößerung des Reibspaltes;
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2a-2c eine
Nachzerkleinerungseinrichtung mit zwei Zerkleinerungswalzen unterschiedlichen
Durchmessers in einer Frontansicht, einer Seitenansicht und einer
Vergrößerung des
Reibspaltes;
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3a-3c ein
profiliertes Tellerelement einer Zerkleinerungswalze mit konkavem
Wellenprofil in einem seitlichen Querschnitt, einer Aufsicht und
einer Vergrößerung der
Aufsicht;
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4a-4c ein
profiliertes Tellerelement einer Zerkleinerungswalze mit konvexem
Wellenprofil in einer Seitenansicht, einer Aufsicht und einer Vergrößerung der
Aufsicht.
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In
den 1a und 1b ist
eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Nachzerkleinerungseinrichtung
in einer Ansicht auf die Stirnseiten der Zerkleinerungswalzen 11, 12 beziehungsweise
in einer Seitenansicht auf die Zerkleinerungswalzen 11, 12 dargestellt.
Die Zerkleinerungswalzen 11, 12 weisen jeweils
eine Drehachse 15 beziehungsweise 16 auf, um welche
sie in nicht näher
dargestellter Weise rotierend antreibbar sind. Die Nachzerkleinerungseinrichtung
wird im Folgenden auch als "Multicracker" bezeichnet.
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Wie
durch die Pfeile in 1a angedeutet ist, erfolgt der
Antrieb der Zerkleinerungswalzen 11, 12 gegensinnig,
so dass die Zerkleinerungswalzen in dem Reibspalt 17 zwischen
ihnen, wo sie zueinander den kürzesten
Abstand annehmen, eine in die gleiche Richtung weisende Umfangsgeschwindigkeit
haben. Diese Richtung der Umfangsgeschwindigkeit deckt sich mit
der Bewegungsrichtung des zu zerkleinernden Erntegutes (nicht dargestellt),
welches durch die Zerkleinerungseinrichtung möglichst wenig gebremst werden
soll. Wie durch die unterschiedliche Größe der Pfeile in 1a ferner angedeutet wird, drehen sich
die Zerkleinerungswalzen vorzugsweise mit unterschiedlich großen Drehzahlen,
so dass an jedem Punkt des Reibspaltes die sich dort gegenüberstehenden
Punkte der Zerkleinerungswalzen unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten
haben. Durch derartige Unterschiede in den Umfangsgeschwindigkeiten
wird die Reibwirkung an diesen Stellen sehr hoch, so dass auch bei
großen
Durchsatzmengen an Erntegut ein hoher und sicherer Körneraufschluss
gewährleistet
ist.
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Weiterhin
ist aus 1b und dem vergrößerten Detail
des Reibspaltes 17 in 1c erkennbar, dass
die beiden Zerkleinerungswalzen 11 und 12 in axialer
Richtung gesehen ein wellenförmiges
Profil haben. Die Besonderheit dieses Profils liegt darin, dass
die Wellenflanken 19 bei der in der Figur oberen Zerkleinerungswalze 11 konkav,
das heißt
nach innen gekrümmt
sind, während
die Wellenflanken 18 der gegenüberliegenden unteren Zerkleinerungswalze 12 konvex,
also nach außen
gewölbt
sind. Jeweils eine der Wellenflanken ist dabei in 1b durch
eine Schraffur hervorgehoben. Die Wellenflanke 19 an der Zerkleinerungswalze 11 hat
die Form eines Ausschnittes aus einem Hyperboloid, während die
gegenüberliegende
Wellenflanke 18 an der zweiten Zerkleinerungswalze 12 die
Form eines komplementären
Paraboloids aufweist. Die Vergrößerung in 1c zeigt dabei, dass die Krümmungen
vorzugsweise komplementär
zueinander ausgebildet sind, so dass der Reibspalt 17 an
jeder Stelle in etwa dieselbe Breite hat.
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Die
Zerkleinerungswalzen sind vorzugsweise aus einzelnen Tellerelementen 13, 14 aufgebaut, welche
entlang der Achsen 15 beziehungsweise 16 hintereinander
gestapelt sind. Bei den in 1b dargestellten
Zerkleinerungswalzen sind zum Beispiel jeweils zehn derartiger Tellerelemente 13, 14 hintereinander
gestapelt.
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Durch
den stückweise
gekrümmten
Verlauf des Reibspaltes 17 wird eine entsprechende Verlängerung
des Spaltes erreicht, ohne dass die Walzen 11, 12 selbst
verlängert
werden müssten
oder eine größere Bauform
erhielten. Durch die Spaltverlängerung
kann eine gleichmäßigere Zerkleinerungsleistung
erreicht werden. Ferner wird Erntegut auch durch die Krümmung des
Reibspaltes selbst zusätzlich
aufgebrochen.
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In 1b ist durch Blockpfeile angedeutet, dass
(zumindest) die Zerkleinerungswalze 12 in Radialrichtung
verschiebebeweglich gelagert ist. Hierdurch ist es möglich, dass
diese Walze 12 bei Eindringen eines Fremdkörpers in
den Reibspalt radial ausweichen kann, um eine größere Beschädigung der Zerkleinerungswalzen
durch den Fremdkörper
zu vermeiden.
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Die 2a bis 2c zeigen ähnlich wie 1 eine
Nachzerkleinerungseinrichtung mit einer konkav profilierten Zerkleinerungswalze 21 und
einer konvex profilierten Zerkleinerungswalze 22. Der Unterschied zu
der Vorrichtung nach 1 besteht darin, dass die Zerkleinerungswalze 21 einen
größeren Radius
hat als die Zerkleinerungswalze 22. Das heißt, dass
der Abstand der Wellentäler/Wellenberge
der Zerkleinerungswalze 21 von deren Drehachse größer ist
als der entsprechende Abstand der Wellentäler/Wellenberge bei der Zerkleinerungswalze 22:
r1 > r2 und R1 > R2,
wobei r1 und r2 (R1 und R2) die Abstände der Wellentäler (Wellenberge)
von der Drehachse der ersten Zerkleinerungswalze 21 bzw.
der zweiten Zerkleinerungswalze 22 sind. Durch die unterschiedlichen
Radien der beiden Zerkleinerungswalzen wird erreicht, dass bei gleichen
Drehzahlen der Walzen einander gegenüberliegende Punkte des Reibspalts 27 möglichst
große
Differenzen der Umfangsgeschwindigkeiten haben, so dass es an diesen
Stellen zu einer großen
Reibung und damit guten Zerkleinerung des Erntegutes kommt. Diese
bei gleichen Drehzahlen der Zerkleinerungswalzen konstruktiv erzeugten
Differenzen der Umfangsgeschwindigkeit können noch dadurch verstärkt werden,
dass die beiden Zerkleinerungswalzen 21, 22 mit
unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben werden, und zwar die größere Zerkleinerungswalze 21 mit
höherer
Drehzahl als die kleinere Zerkleinerungswalze 22.
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In 3 ist
ein Tellerelement 33 dargestellt, welches mehrfach hintereinander
gestapelt zum Aufbau einer Zerkleinerungswalze entsprechend den Walzen 11 beziehungsweise 21 aus
den vorangehenden Figuren verwendet werden kann. Die im zusammengebauten
Zustand nach außen
freiliegenden und den Reibspalt begrenzenden Flächen 39 dieses Tellerelementes 33 haben
eine konkave, das heißt nach
innen gekrümmte
Form, was insbesondere aus dem Querschnitt von 3a erkennbar
ist. Ferner weisen die Tellerelemente 33 in den Wellenflanken 39 eine
Profilierung auf, welche durch radial verlaufende Einkerbungen 37 gebildet
wird. Die Einkerbungen 37 sind weiterhin gegen die Drehrichtung
des Tellerelementes 33 gesehen (vgl. Pfeil in 3b) zur Mittelebene E des Tellerelementes 33 hin
einfallend. Außerdem
führen
die Einkerbungen 37 entlang des Umfanges des Tellerelementes 33 zu
radial einwärts gerichteten
Ausbuchtungen. Durch diese Formgebung wird die Förderung von Erntegut unterstützt.
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4 zeigt
ein in ähnlicher
Weise durch Einkerbungen 47 profiliertes Tellerelement 44,
welches konvexe Wellenflanken 48 aufweist und aus dem eine Zerkleinerungswalze
entsprechend den Zerkleinerungswalzen 12, 22 aus
den 1 und 2 aufgebaut werden kann.
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Durch
eine Profilierung der Wellenflanken gemäß den 3 und 4 kann
ein starker Reißeffekt
im Reibspalt erzeugt werden, welcher zu einer guten Zerkleinerung
des Erntegutes führt.
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Eine
Nachzerkleinerungseinrichtung der in den Figuren dargestellten Art
lässt sich
insbesondere zur Zerkleinerung von Maiskörnern in einem Maishäcksler einsetzen.
Bei den heutigen leistungsfähigen
Maishäckslern
ist die Nachzerkleinerungseinrichtung in der Regel der den Durchsatz
bestimmende Faktor. Die mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen erzielbare deutliche
Erhöhung
des Durchsatzes kommt somit der Gesamtleistung des Maishäckslers zugute.
Eine separate Luftführung
für den
Strom des Erntegutes ist dabei nicht erforderlich, da sich in der Praxis
herausgestellt hat, dass bei Verwendung des Häckslers im Graseinsatz eine
Nachbeschleunigungseinrichtung ohnehin erforderlich ist. Diese Nachbeschleunigungseinrichtung
kann somit auch beim Maishäckseln
Verwendung finden.
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- 11,
21
- konkave
Zerkleinerungswalzen
- 12,
22
- konvexe
Zerkleinerungswalzen
- 13,
23, 33
- konkave
Tellerelemente
- 14,
24 44
- konvexe
Tellerelemente
- 15
- Drehachse
- 16
- Drehachse
- 17,
27
- Reibspalt
- 37,
47
- Einkerbungen
- 18,
38
- konkave
Wellenflanke
- 19,
49
- konvexe
Wellenflanke
- E
- Mittelebene
- r1, r2
- minimale
Radien
- R1, R2
- maximale
Radien