DE102024001464A1

DE102024001464A1 - Oscillating knife blades whose cutting surface is guided against the centrifugal force axis

Info

Publication number: DE102024001464A1
Application number: DE102024001464.0A
Authority: DE
Inventors: auf Antrag nicht genannt. Erfinder
Original assignee: Gartentechnik Muensterland GmbH
Current assignee: Gartentechnik Muensterland GmbH
Priority date: 2024-05-05
Filing date: 2024-05-05
Publication date: 2025-11-06

Abstract

Frei Pendelnde Messerklingen an einer Antriebseinheit befestigt, die durch eine Führung oder Lagerung von der Axialen Fliehkraftachse abweichen. Wir bezeichnen Sie als N-A-C-K System. (Non Axial Cutting Knife). Kombinierbar mit einer Schutzscheibe zum Boden oder Tastrollen um das Aufsetzen auf den Boden zu verhindern
1.1 Technisches Problem
Die Befestigung liegt immer unterhalb der Pendelnden Klingen, so dass die Schnitthöhe nach unten beschränkt ist. Des Weiteren ist der Verschleiß enorm hoch, da durch das bodennahe Arbeiten viel Schmutz und Sandanteile in der Aufnahme einen starken Verschleiß verursachen. Zudem wickelt sich häufig Schnittgut um die Messeraufnahme, so dass die Messerklingen nicht mehr frei nach außen getragen werden können und somit eine Unwucht und eine Schneiden verhindern.
1.2 Lösung
Die Messerklinge wird durch eine Führung oder Lagerung zwangsweise von der axialen Fliehkraftachse (4) abweichend (7) geführt. Somit ist die Schnittfläche abweichend von der Messeraufnahme (5). Besonders beim Führen der Schnittfläche nach unten (6) liegt die Schnittfläche unter der Messeraufnahme. Der Aufnahmepunkt liegt höher und besonders bei niedrigen Schnitthöhen wird die Belastung durch Schmutz und Sand erheblich reduziert. Auch das Umwickeln von Schnittgut im Bereich der Messeraufnahme wird erheblich reduziert da es nicht in der gleichen Höhe wie die Aufnahme geschnitten wird. Es treten keine Kräfte auf, die das Schnittgut nach oben.
1.3 Anwendung
Besonders beim Schneiden von Rasen oder ähnlichen Pflanzen findet dieses System seine Anwendung. Bei Akkubetriebenen Geräten (auch Mährobotern) liegt die Gewichtung auf einen geringen Energiebedarf bei dem Schneiden und trotzdem eine hohe Schnittqualität. Ein Anwendungsbeispiel ist die Verwendung des Schneidsystem bei einem Mähroboter auf Golfanlagen, Sportanlagen bzw. anderen Grünflächen. Freely pivoting knife blades are attached to a drive unit and deviate from the axial centrifugal axis via a guide or bearing. We refer to this as the NACK system (Non-Axial Cutting Knife). It can be combined with a protective disc for the floor or guide rollers to prevent contact with the floor.
1.1 Technical Problem
The mounting is always located below the pivoting blades, thus limiting the cutting height. Furthermore, wear is extremely high because working close to the ground results in a large amount of dirt and sand accumulating in the mounting, causing significant wear. Additionally, material being cut often wraps around the blade mount, preventing the blades from moving freely outwards and thus causing imbalance and preventing proper cutting.
1.2 Solution
The blade is guided by a guide or bearing in a manner that deviates (7) from the axial centrifugal axis (4). Thus, the cutting surface differs from the blade holder (5). Particularly when guiding the cutting surface downwards (6), the cutting surface lies below the blade holder. The holder is higher, and especially at low cutting heights, the load from dirt and sand is significantly reduced. The wrapping of material around the blade holder is also considerably reduced, as it is not cut at the same height as the holder. No forces occur that would pull the material upwards.
1.3 Application
This system is particularly useful for cutting lawns or similar plants. For battery-powered devices (including robotic lawnmowers), the focus is on low energy consumption while maintaining a high cutting quality. One application example is the use of this cutting system with a robotic lawnmower on golf courses, sports fields, or other green spaces.

Description

Schneidsystem zum Schneiden von Pflanzen (in besonderer Weise auf verschiedene Gräser Rasenflächen) mit frei schwingenden Messerklingen bei den die Schnittfläche zwangsweise außerhalb der axialen Fliehkraft Achse geführt wird. Die Grundlage bietet das Sichel-Schneid-System bei dem die Pflanzen nicht durch gegenläufige Klingen geschnitten werden, sondern aufgrund der hohen Drehzahl abgeschlagen werden.Cutting system for cutting plants (especially various grasses and lawns) with freely swinging blades where the cutting surface is forced outside the axial centrifugal force axis. The system is based on the sickle-shaped cutting mechanism, in which the plants are not cut by counter-rotating blades, but rather whipped due to the high rotational speed.

2.1 Technisches Problem2.1 Technical Problem

Die pendelnd befestigten Messerklingen finden schon heute vielfach Anwendung im Bereich der Rasenmähroboter und im landschwirtschaftlichem Bereich in Form von Kreiselmähern oder Trommelmähern. Der besondere Vorteil der pendelnden Messerklingen liegt darin, dass sehr Dünne und empfindliche Messerklingen verwendet werden können, die bei kleinen Hindernissen oder Gegenständen entgegen der Fliehkraft kurzzeitig nach innen einklappen. Die Messer werden von dem Hindernis um den Befestigungspunkt der Messerklinge in Richtung Antriebsachse geschleudert und anschließend durch die Fliehkraft wieder nach außen getragen.The pivoting blades are already widely used in robotic lawnmowers and in agriculture in the form of rotary or drum mowers. The particular advantage of pivoting blades lies in the fact that very thin and delicate blades can be used, which, upon encountering small obstacles or objects, momentarily fold inwards against centrifugal force. The blades are flung by the obstacle around the blade's mounting point towards the drive shaft and then carried outwards again by centrifugal force.

Ein großes Problem bei dieser Technik besteht in den umherwirbelnden Schmutzanteilen. Das Schnittgut, besonders längere Teile wickeln sich um die Aufnahme des Messers bzw. die Schmutzanteile verkleben die Aufnahme, so dass ein freies Pendeln nicht mehr möglich ist. Schlägt die Klinge durch einen Gegenstand in Richtung Antriebsachse, schafft es die Fliehkraft häufig nicht die Klinge wieder nach außen zu tragen. Je nach Einsatzgebiet, Witterung und Bodengegebenheiten verursachen die Sandanteile einen hohen Verschleiß in der Messeraufnahme / Drehpunkt der Klinge und die klingen reißen teilweise aus. Verlust der klingen und eine zusätzliche Unwucht sind die Folgen.A major problem with this technique is the swirling debris. The material being cut, especially longer pieces, wraps around the blade's mounting, or the debris clogs the mounting, preventing free pivoting. If the blade strikes an object towards the drive shaft, centrifugal force is often insufficient to carry the blade back outwards. Depending on the application, weather, and soil conditions, the sand content causes significant wear on the blade's mounting/pivot point, and the blades can even tear out. The consequences are blade loss and additional imbalance.

Ein weiteres Problem ist das die Befestigung immer unterhalb der Schnittfläche liegt und sehr Nah am Boden dreht, wo der Verschleiß durch die Verschmutzung besonders hoch ist. Schrauben sind teilweise nicht mehr zu lösen. Zudem ist durch dieses System die Schnitthöhe begrenztAnother problem is that the mounting is always located below the cutting surface and rotates very close to the ground, where wear and tear due to dirt is particularly high. Some screws are no longer removable. Furthermore, this system limits the cutting height.

2.2 Lösung des Problems2.2 Solution to the problem

Wir legen die Schnittfläche außerhalb der axialen Fliehkraftachse. Somit liegt die Schnittfläche nicht auf Höhe der Messeraufnahme / Drehpunkt der Klinge. In den meisten Fällen werden die Schnittfläche der Messerklingen im Schneidvorgang nach unten geführt. Unter besonderen Bedingungen ist es sinnvoll diese oberhalb der Aufnahme zu legen (grober Schnitt oder mehrfaches Schneiden des Schnittgutes mit Messerklingen, die eine unterschiedliche Schnitthöhe haben).We position the cutting surface outside the axial centrifugal force axis. Therefore, the cutting surface is not at the level of the blade holder/pivot point. In most cases, the cutting surface of the blades is guided downwards during the cutting process. Under certain conditions, it is advantageous to position it above the holder (e.g., for a coarse cut or multiple cuts of the material with blades of varying cutting heights).

2.3 Anwendungsgebiet2.3 Application area

Das Einsatzgebiet dieses Schneidsystem liegt vorrangig in der Landwirtschaft und Rasenpflege. Besonders bei Zierrasen ist ein feiner Schnitt mit geringen Schnitthöhen gewünscht. Z. B. Golfplatz und Sportplatzpflege. Vielfach auch in Privatgärten. Je nach Verwertung des Schnittgutes auch in der LandwirtschaftThis cutting system is primarily used in agriculture and lawn care. A fine cut with low cutting heights is particularly desirable for ornamental lawns, for example, on golf courses and sports fields. It is also frequently used in private gardens. Depending on the intended use of the clippings, it can also be used in agriculture.

Bei der Recherche habe ich diverse Ergänzungen gefunden. So werden verschiedene Formen der Messerscheibe verwendet. Es gibt Sie von rund bis eckig oder auch als Messerbalken. Ausschlaggebend ist immer eine gleichbleibende Gewichtsverteilung, um eine Unwucht zu vermeiden und die Messer sind in einem gleichbleibenden Durchmesser angeordnet. Es gibt Messerteller bei denen Die Messer auf verschiedenen Schnitthöhen angeordnet sind um das Zerkleinern des Schnittgutes und somit den Mulch Effekt zu verbessern.During my research, I found various additional information. Different shapes of cutting discs are used. They range from round to square, or even as cutter bars. Crucially, a consistent weight distribution is always essential to prevent imbalance, and the blades are arranged with a uniform diameter. There are also cutter discs where the blades are positioned at different cutting heights to improve the shredding of the material and thus the mulching effect.

Es gibt zusätzliche Schutzscheiben um, besonders die Messerbefestigungen und Messerscheiben zu schützen. Diese Schutzscheiben werden sowohl starr mit der Antriebswelle verbunden (III) als es auch Varianten gibt, bei denen die Schutzscheibe separat gelagert ist (I Pos 8 und 9). Ebenso gibt es Schutzscheiben bzw. Schutztrommeln (I Pos 7), die die gesamte Antriebswelle und, oder die Messerscheibe schützen. Diese findet eher die Anwendung in der Landwirtschaft, wenn besonders langes Gras geerntet wird. Hier liegt der Schwerpunkt des schneiden, nicht wie beim mulchen, darin das Gras möglichst wenig zu beschädigen. Somit wird mit der „Schutztrommel“ das Umwickeln des Schnittgutes bzw. ein unnötig häufiges Schneiden des Schnittgutes verhindert.There are additional protective discs to protect, in particular, the blade mountings and blade discs. These protective discs are rigidly connected to the drive shaft ( III ) as well as variants where the protective screen is stored separately ( I (Positions 8 and 9). Protective discs and drums are also available ( I Item 7), which protects the entire drive shaft and/or the cutting disc. This is more commonly used in agriculture when harvesting particularly long grass. Here lies the The focus of cutting, unlike mulching, is on minimizing damage to the grass. Therefore, the "protective drum" prevents the clippings from wrapping around the drum or from being cut unnecessarily often.

Es gibt verschiedene Arten der Messerklingen von weichen Außenmaterialien und einem harten Kern oder spezielle gehärtete Materialien oder ähnliches.There are various types of knife blades made from soft outer materials and a hard core, or from specially hardened materials, or similar.

Die Messer können mit Bolzen, Federbolzen zum Schnellwechseln oder Schrauben befestigt werden. Ebenso kann der Bund, der für ein freies Pendeln sorgt, in der Schraube oder auch in der Aufnahme integriert sein.The blades can be attached with bolts, quick-release spring bolts, or screws. Similarly, the collar, which ensures free pendulum movement, can be integrated into the screw or the holder.

Weiterhin gibt es in diesen Einsatzgebieten Leistungsabhängige Messergeschwindigkeiten, Drehrichtungswechsel, integrierte Luftschlitze, die die Grashalme vor dem Scheiden aufrecht stellen sollen bzw. eine Zirkulation an den Messern erzeugen sollen, um durch mehrfaches Schneiden die Mulch Qualität zu optimieren.Furthermore, in these areas of application there are performance-dependent blade speeds, changes in direction of rotation, integrated air slots that are intended to stand the blades of grass upright before cutting or to create a circulation at the blades in order to optimize the mulch quality through multiple cutting.

Mit dem in dieser Patentanmeldung beschriebenem System wurde diverse Maßnahmen ergriffen, um das Schnittgut und die Schmutzanteile vom der Messeraufnahme fern zu halten.The system described in this patent application incorporates various measures to keep the cut material and dirt particles away from the blade intake.

Patentbeschreibung:Patent description:

Bei allen recherchierten Ansprüchen wird die Position der Schnittfläche durch die Axiale Fliehkraft (I, Pos 4) bestimmt. Somit wird das Messer in Abhängigkeit von der Form mit dem Gewichtsmittelpunkt im 90 Grad Winkel zur Antriebsachse getragen. Um die Schnittflächen mit gleichen Eigenschaften von beiden Seiten nutzen zu können, sind beide Seiten der Schnittflächen identisch. Das beidseitige Nutzen kann durch Ändern der Drehrichtung oder durch Drehen der Messerklingen erfolgen.In all researched claims, the position of the cutting surface is determined by the axial centrifugal force ( I , Pos 4). Thus, depending on its shape, the knife is carried with its center of gravity at a 90-degree angle to the drive axis. To ensure that the cutting surfaces have the same properties on both sides, both sides of the cutting surfaces are identical. This double-sided use can be achieved by changing the direction of rotation or by rotating the knife blades.

Die Besonderheit bei unserem System ist, dass wir bewusst gegen die Axiale Fliehkraft arbeiten, um die Schnittfläche von der Fliehkraft vorgegebenen Schnitthöhe weg zu führen. Im Normalfall wird das Messer frei pendelnd befestigt und entgegen der Fliehkraft nach unten gehalten. Dies kann durch die Führung an der Messerscheibe (V, Pos 6), oder durch eine Zwangsführung in der Aufnahme (V, Pos 5) erfolgen. Der große Vorteil ist, dass wir die Schnittfläche unter die Messerbefestigung bringen können und somit auch sehr geringe Schnitthöhen möglich sind. Theoretisch ist eine Schnitthöhe von 0 mm möglich. Das geht in den vorherigen Varianten nicht. Es wäre denkbar einen ähnlichen Effekt durch abgekantete Messerklingen (III, Pos. 6) zu erreichen. Dieser Anspruch wurde bislang in diesem Zusammenhang nicht benannt. Zu berücksichtigen ist, dass dabei das Messer mit dem Schwerpunkt in die axiale Fliehkraftachse (in III also nach oben) getragen wird und ein freies Pendeln nicht mehr möglich ist. Somit ist auch in dieser Form eine Führung der Messer entgegen der axialen Fliehkraft erforderlich. Es greift die Patentbeschreibung wie zuvor. Selbst wann man durch den Einsatz gespiegelt gekrümmter Messerklingen den Zwang in Richtung axialer Fliekraft gegeneinander aufheben würde, ist es nicht möglich die Klingen gleichmäßig abzunutzen. Besonders durch unterschiedliche Schnitthöhen entstehet ein unterschiedlicher Verschleiß. Somit würde sich auch hier die Fleihkraft nicht mehr gleibleibend aufheben und es ist eine Führung wie zuvor beschrieben erforderlich.The unique feature of our system is that we deliberately work against the axial centrifugal force to guide the cutting surface away from the cutting height dictated by the centrifugal force. Normally, the blade is mounted to swing freely and held downwards against the centrifugal force. This can be achieved by the guide on the cutting disc ( V , Pos 6), or by forced entry ( V , Pos 5). The major advantage is that we can position the cutting surface below the blade mounting, thus enabling very low cutting heights. Theoretically, a cutting height of 0 mm is possible. This is not possible with the previous versions. It would be conceivable to achieve a similar effect with angled blades ( III , Pos. 6). This claim has not yet been mentioned in this context. It should be taken into account that the knife is positioned with its center of gravity in the axial centrifugal force axis (in III (i.e., upwards) and free pendulum movement is no longer possible. Therefore, even in this configuration, guiding the blades against the axial centrifugal force is necessary. The patent description applies as before. Even if the constraint in the direction of the axial centrifugal force were to be eliminated by using mirror-curved blades, it would not be possible to wear the blades evenly. Different cutting heights, in particular, result in uneven wear. Thus, the centrifugal force would no longer cancel each other out uniformly, and guiding as described previously is required.

Ebenso ist die Verwendung einer Schutzscheibe möglich, wenn diese Unterhalb derMesseraufnahme liegt, um auch dort das freie Pendeln zu ermöglichen. Durch die eingesetzte Zwangsführung in der Aufnahme ist es dann auch möglich abgewinkelte Messer zu verwenden.A protective disc can also be used if it is positioned below the blade holder to allow free pendulum movement. The positive guidance system in the holder then also makes it possible to use angled blades.

Bezugzeichenliste der BeschreibungList of reference symbols for the description

Ansicht: Querschnitt

Pos. 1: Antriebsmotor (Drehrichtung kann in beide Richtungen oder wechselnd erfolgen)
Pos. 2: Antriebswelle (direkt oder indirekt über den Motor angetrieben)
Pos. 3: Messerteller zur Aufnahme der Messerklingen.
Pos. 4: Axiale Fliehkraftachse
Pos. 5: Messeraufnahme für frei pendelnde Messerklingen
Pos. 6: frei schwingende Messerklingen
Pos. 7: Tendenz durch die Fliehkraft, die durch die Führung in der Lagerung oder die Führung des Messerteller verhindert wird
Pos. 8: Schutzscheibe (Schützt den Messerteller mit allen Teilen vor Verschmutzung und Beschädigungen)
Pos. 9: optional Lagerung für die Schutzscheibe. Die Unterbrechung der Kraftübertragung schützt Motor und Schutzscheibe.
Pos.10: Schutzvorrichtung um die Antriebswelle (2) und das Schneidsystem (Pos. 3,5 und 6) um das umwickeln

View: Cross section

Item 1: Drive motor (rotation direction can be in both directions or alternating)
Item 2: Drive shaft (driven directly or indirectly via the engine)
Item 3: Knife plate for holding the knife blades.
Item 4: Axial centrifugal axis
Item 5: Knife holder for freely swinging knife blades
Item 6: freely swinging knife blades
Item 7: Tendency caused by centrifugal force, which is prevented by the guidance in the bearing or the guidance of the knife plate.
Item 8: Protective disc (Protects the blade plate and all its parts from dirt and damage)
Item 9: Optional mounting for the protective screen. Interrupting the power transmission protects the motor and the protective screen.
Item 10: Protective device around the drive shaft (2) and the cutting system (pos. 3, 5 and 6) to wrap around the

Claims

The shape of the blade holder forces the freely oscillating blades outwards against the axial centrifugal force axis. This places the cutting surface outside the blade holder. The cutting surface of the blades can vary depending on their angle relative to the pivot point. However, centrifugal force pushes the blade outwards, guiding it to its lowest point, which in our example is below the holder/pivot point. With an oscillating blade motion, the primary cutting action occurs at the outermost point of the blade disc. In this example, this means the lowest point below the blade holder, assuming the blade disc is angled accordingly. Especially at low cutting heights, the holder is less stressed by soil particles, resulting in less wear and contamination. This characteristic can also occur when the cutting edge, in the ejected state, is positioned above the intake (e.g., to achieve a better mulching effect). This effect also applies to angled blades, where the centrifugal force axis is necessarily deflected. This is true even though the pressure from angled blades cancels itself out, because wear is higher in the lower area, and after a short time, equilibrium is no longer maintained.

As in Claim 1 The goal described is to move the object away from the physically predetermined axis of rotation. The difference lies in the Claim 2 The reason for this is that the knife blade is fixed to a shaft and cannot swing freely on the mount. The same effect is achieved by deviating the angle to the drive axis. V Detail Pos. 6).

Leading guide rollers. These can be designed as small discs or as a continuous roller. With disc-like wheels or rollers, the downward movement immediately before the cutting process is minimized. The angle of the blades allows us to get much closer to the ground contact of the guide rollers and thus adjust the cutting height more precisely than if the blades started behind the complete guide rollers in the direction of travel.

The guide roller is used to limit the cutting height. This also applies to a partial range of the cutting height. The height setting is the difference between the guide roller and the cutting surface. The guide rollers run freely above the ground. For a coarse adjustment, the entire unit, including the guide roller, can be lifted.

A shaft attached to the knife blade allows the knife blade and axle to be used as a supported unit. This transfers the free oscillation of the blade from its mounting to a supported shaft.

The angled blades allow for stepless cutting height adjustment despite the freely pivoting blades. This stepless cutting height adjustment results in multiple cuts of the material being processed.

Optionally, air vanes are mounted above the cutting disc to direct debris away from the disc and especially the pivot point. Currently, the blades or cutting discs, or separate air wheels, create a suction effect from the ground upwards. This serves to spread the clippings, circulate them for a mulching effect, and ensure good discharge. In our system, we push the air outwards or downwards (in the direction of the cutting disc) to further reduce the amount of debris.