-
Die Erfindung betrifft eine Tastvorrichtung zur Erfassung des Abstands eines Fahrzeugs oder Arbeitsgeräts von mechanisch tastbaren Strukturen, insbesondere Pflanzenbeständen, Pflanzenreihen, Bodenstrukturen, Pflugfurchen oder dergleichen, mit einem stabförmigen, federnd nachgiebigen Tastfühler, der ein frei bewegbares Tastende hat und in einem Abstand von diesem starr an einem Halter befestigt ist, und einem elektrischen Meßsystem, das eine Lageänderung des Tastendes gegenüber dem Halter erfasst und ein von der Lageänderung abhängiges Messsignal erzeugt.
-
Tastvorrichtungen der angegebenen Art werden eingesetzt, um landwirtschaftliche Maschinen, Traktoren, Arbeitsgeräte oder Baumaschinen automatisch längs einer tastbaren Struktur, beispielsweise einer Pflanzenreihe, einer Bestandsgrenze oder einer Bodenfurche, zu führen. Das Signal der Tastvorrichtung kann zur automatischen Lenkung eines Fahrzeugs oder einer selbstfahrenden Maschine dienen und es kann genutzt werden, um die Arbeitsposition eines Anbaugerätes horizontal oder vertikal zu steuern.
-
Aus
DE 23 62 899 C2 ist eine Tastvorrichtung der angegebenen Art bekannt, deren Tastsignal zur selbsttätigen Seitenführung einer selbstfahrenden landwirtschaftlichen Erntemaschine dient. Die Tastfühler sind hierbei an einem Tragarm, der in Fahrtrichtung nach vorn über das Schneidwerk der Erntemaschine vorsteht, derart befestigt, dass sie sich in einem flachen Kreisbogen nach rückwärts erstrecken. Nahe der Befestigungsstelle sitzen an den Tastfühlern Dehnmessstreifen-Schaltungen, welche die Durchbiegung der Tastfühler in ein elektrisches Signal umsetzen. Es wird somit die durch das auftreffende Erntegut hervorgerufene mechanische Biegebeanspruchung der Tastfühler in ein elektrisches Signal zur Steuerung der Maschine umgewandelt. Diese bekannte Gestaltung hat den Nachteil, dass sie aufwendig und störanfällig ist. Die Dehnmessstreifen sind sehr empfindlich und müssen aufwendig gegen falsche mechanische Beanspruchung geschützt werden, zumal sie an der ungünstigen Auflaufseite der Tastfühler angeordnet sind. Entsprechendes gilt für die Anschlussleitungen, die den Messstreifen mit der Auswerteschaltung verbinden und in einem Schutzrohr verlegt werden müssen. Kommt es zu einer Beschädigung der Tastfühler, so muss jedes Mal ein teures Element des Messsystems ersetzt werden.
-
Es ist weiterhin aus
DE 27 05 491 C2 eine Tastvorrichtung zur selbsttätigen Seitenführung einer selbstfahrenden Erntemaschine entlang einer Pflanzenreihe bekannt, bei der ein gebogener Tastfühler an der Maschine um eine etwa vertikale Achse drehbar gelagert ist. Die drehbare Lagerung befindet sich innerhalb einer mit einer Verkleidung geschlossen ausgeführten Teilerspitze der Maschine und ist mit einem elektrischen Messsystem ausgerüstet, welches ein vom Drehwinkel des den Tastfühler tragenden Nabenkörpers abhängiges Steuersignal bildet. Auch diese Tastvorrichtung ist aufwendig und erfordert einen durch eine Verkleidung geschützten Einbau.
-
Aus
DE 44 12 557 A1 ist ein Schaltgerät für Handbetätigung und die Umwandlung eines Betätigungsweges zwischen einem ersten Kontakt und einem Folgekontakt in ein elektrisches Signal bekannt, bei welchem zur Wegaufnahme mittels eines Hall-Sensors die Veränderung eines Magnetfelds bei Annäherung eines Permanentmagneten an den Hall-Sensor messbar ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine robuste und störungssichere Tastvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die vielseitig einsetzbar ist und sich durch geringen Bauaufwand auszeichnet.
-
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
-
Bei der erfindungsgemäßen Tastvorrichtung ist der Tastfühler auf der Außenseite eines Gehäuses befestigt und weist in einem Abstand von seiner Befestigungsstelle und von der Gehäusewand einen Permanentmagneten auf, dessen Magnetfeld von einem in Bezug auf die Befestigungsstelle des Tastfühlers ortsfesten, feldempfindlichen Sensor erfasst wird, der ein vom Abstand zwischen dem Permanentmagneten und dem Sensor abhängiges elektrisches Signal erzeugt, wobei der Sensor in dem Gehäuse, das aus unmagnetischem Material besteht, auf der Innenseite der Gehäusewand an einer Stelle angeordnet ist, welcher der Permanentmagnet sich nähert, wenn der Tastfühler in Richtung des Gehäuses gebogen wird.
-
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist der Tastfühler ein einfaches, unkompliziertes und unempfindliches Bauteil, das kostengünstig hergestellt werden kann. An dem Tastfühler, der durch den Kontakt mit den abzutastenden Strukturen stärkerer Beanspruchung und Verschleiß ausgesetzt ist, sind keine empfindlichen Messorgane angebracht. Statt dessen trägt der Tastfühler lediglich einen Permanentmagneten, der gegen mechanische Beanspruchung und Schmutz sehr unempfindlich ist und der nicht durch Leitungen an eine Schaltung angeschlossen werden muss. Vorzugsweise ist der Permanentmagnet in einer Vertiefung des Tastfühlers angeordnet und dadurch zusätzlich gegen äußere Einwirkung geschützt. Ist der Tastfühler verschlissen oder beschädigt, so kann er durch Lösen seiner Befestigung leicht ausgewechselt werden, ohne dass weitere Teile des elektrischen Messsystems davon betroffen sind. Der Sensor ist von dem Tastfühler getrennt und in Tastrichtung hinter diesem angeordnet und daher durch den Tastfühler geschützt. Vorzugsweise ist der Sensor zusammen mit der dazugehörigen Sensorelektronik vollständig gekapselt in einem Gehäuse aus unmagnetischem Material angeordnet und dadurch zuverlässig gegen Einwirkung von außen geschützt. Als Sensor ist vorzugsweise ein Hall-Sensor vorgesehen, der ein von der Feldstärke des Magnetfelds abhängiges Spannungssignal erzeugt.
-
Der Tastfühler kann erfindungsgemäß als gerader Stab ausgeführt sein und aus einem hochelastischen Material, beispielsweise faserverstärktem Kunststoff, bestehen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Querschnitt des Tastfühlers von der Befestigungsstelle in Richtung des Tastendes abnimmt. Hierdurch wird eine gleichmäßige Verteilung der Biegebeanspruchung und eine günstige Verformungscharakteristik erreicht. Das Querschnittsprofil des Tastfühlers kann weiterhin so gestaltet sein, dass der Tastfühler in Tastrichtung einen kleineren Biegewiderstand hat als quer zur Tastrichtung.
-
Ein weiterer Vorschlag der Erfindung sieht vor, dass der Tastfühler in Bezug auf seine Befestigungsstelle symmetrisch ausgebildet ist, so dass sich der Tastfühler von seiner Befestigungsstelle aus in zwei entgegengesetzte Richtungen erstreckt und zwei entgegengesetzte Tastenden hat. Durch eine solche Gestaltung ist es möglich, zwei im Abstand voneinander befindliche Strukturen, beispielsweise Pflanzenreihen, gleichzeitig zu ertasten und ein Gerät mittig zwischen den Pflanzenreihen zu führen. Ebenso kann im Wechsel mal mit dem linken und mal mit dem rechten Tastende getastet werden.
-
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann der Tastfühler mit der den tastbaren Strukturen abgekehrten Rückseite an einer insbesondere konvex gekrümmten Stützfläche eines Stützkörpers abstützbar sein, wobei der Abstand zwischen dem Tastfühler und der Stützfläche von der Befestigungsstelle in Richtung des Tastendes stetig zunimmt. Bei dieser Gestaltung legt sich der Tastfühler mit zunehmender Verformung zunehmend an die Stützfläche an, wobei seine freie Länge entsprechend abnimmt. Hierdurch wird die Biegebeanspruchung des Tastfühlers bei stärkerer Auslenkung reduziert und eine Überbeanspruchung an der Befestigungsstelle vermieden. Gleichzeitig wird eine kontrollierte Verformung des die Lageänderung des Permanentmagneten bestimmenden Bereichs des Tastfühlers erreicht. Vorzugsweise ist der Stützkörper Teil eines Gehäuses, welches den Sensor und die elektronische Sensorschaltung umschließt.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen
-
1 eine Tastvorrichtung nach der Erfindung von oben gesehen,
-
2 eine Ansicht des Tastfühlers der Tastvorrichtung gemäß 1 in Tastrichtung gesehen,
-
3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III des Tastfühlers in 2.
-
Die in der Zeichnung dargestellte Tastvorrichtung 1 weist einen Tastfühler 2 und ein Gehäuse 3 auf, an welchem der Tastfühler 2 lösbar befestigt ist. Der Tastfühler 2 hat die Form eines im Wesentlichen geraden Stabes mit rechteckigem Querschnitt. Die Breite b des Querschnitts ist konstant, seine Höhe h ist größer als die Breite b und nimmt von der Stabmitte ausgehend in Richtung der beiden Stabenden gleichmäßig ab. Der Tastfühler 2 ist daher in Richtung seiner Höhe h steifer als in Richtung seiner Breite b, welche die Tastrichtung ist. Der Tastfühler 2 ist in der Mitte auf einer Breitseite mit einem rechteckigen Vorsprung 4 und Bohrungen 5 versehen, die den Tastfühler 2 im Bereich des Vorsprungs 4 durchdringen und zur Aufnahme von Befestigungsschrauben dienen. Beiderseits des Vorsprungs 4 und jeweils in gleichem Abstand von diesem sind in den Tastfühler 2 Permanentmagnete 6 eingebettet. Die Permanentmagnete 6 sind allseits von dem Material des Tastfühlers 2 umgeben und dadurch gegen äußere Einwirkungen geschützt.
-
Der Tastfühler 2 besteht aus glasfaserverstärktem Kunststoff und weist eine hohe Biegeelastizität auf. Die Permanentmagnete 6 können bei der Herstellung des Tastfühlers 2 mit dem Kunststoffmaterial umgossen werden. Alternativ hierzu kann der Tastfühler mit Öffnungen versehen sein, die nach dem Einsetzen der Permanentmagnete verschlossen werden. Anstelle von glasfaserverstärktem Kunststoff können zur Herstellung des Tastfühlers 2 auch andere unmagnetische Werkstoffe hoher Elastizität, beispielsweise nicht rostender Stahl, verwendet werden.
-
Das Gehäuse 3 bildet auf seiner dem Tastfühler 2 zugekehrten Außenseite eine im Wesentlichen zylindrische Stützfläche 7 und hat in der Mitte der Stützfläche 7 eine Vertiefung 8 zur Aufnahme des Vorsprungs 4. Die der zylindrischen Stützfläche 7 entgegengesetzte Außenfläche des Gehäuses 3 ist eben und eignet sich zur Anbringung des Gehäuses 3 an einem Halter. In dem Gehäuse 3 befinden sich in symmetrischer Anordnung nahe der Stützfläche 7 zwei Hall-Sensoren 9 und eine elektronische Schaltung 10, an die die Hall-Sensoren angeschlossen sind und die zur Stromversorgung der Sensoren und zur Signalverarbeitung und Signalverstärkung dient. Hall-Sensoren erzeugen in einem Magnetfeld ein von der Feldstärke abhängiges Spannungssignal. Durch eine nicht dargestellte Schnittstelle ist die Schaltung 10 mit einer elektrischen Steuereinrichtung eines Fahrzeugs oder einer Arbeitsmaschine verbindbar. Das Gehäuse 3 besteht aus unmagnetischem Material, so dass die Magnetfelder der Permanentmagnete 6 durch das Gehäuse nicht gestört oder geschwächt werden.
-
Wie aus 1 zu ersehen, sind die Permanentmagnete 6 in Bereichen des Tastfühlers 2 angeordnet, die sich den Stützflächen 7 nähern, wenn die Tastenden 11 des Tastfühlers 2 in Richtung der Pfeile X gebogen werden. Die Sensoren 9 befinden sich auf der Innenseite der die Stützfläche 7 bildenden Gehäusewand jeweils an einer Stelle, die sich im Wesentlichen auf einer Verlängerung der Bahnkurve befindet, auf der sich die Permanentmagnete 6 beim Biegen der Tastenden 11 bewegen. Die Hall-Sensoren 9 erfassen somit jede durch Biegen der Tastenden 11 in Pfeilrichtung hervorgerufene Verlagerung des Magnetfelds der Permanentmagnete 6 und erzeugen ein von der jeweiligen Feldstärke und damit von dem Ausmaß der Verlagerung der Permanentmagnete 6 abhängiges, analoges Signal, welches die Stärke der Auslenkung der Tastenden 11 in Pfeilrichtung beschreibt. Das gewonnene Signal zeigt somit an, wie stark ein Tastende 11 von einer ertasteten Struktur aus seiner Grundstellung ausgelenkt wird und wie groß dementsprechend der Abstand der Tastvorrichtung 1 von der ertasteten Struktur ist.
-
In der praktischen Anwendung der Tastvorrichtung 1 ist das Gehäuse 3 mit einem Fahrzeug oder Anbaugerät, welches gesteuert werden soll, derart verbunden, dass der Tastfühler 2 in Fahrtrichtung vorne liegt. Außerdem besteht eine elektrische Verbindung zwischen den Sensoren 9 bzw. der elektronischen Schaltung 10 und der elektrischen Steuerung des Fahrzeugs. Ist die Tastvorrichtung 1 so angebracht, dass der Tastfühler 2 sich waagrecht quer zur Fahrtrichtung erstreckt und das Gehäuse 3 in der Fahrzeugmitte liegt, so kann die Auslenkung beider Tastenden 11 des Tastfühlers 2 dazu benutzt werden, um das Fahrzeug z. B. mittig zwischen zwei Bestandsreihen oder bei Anordnung der Tastvorrichtung 1 in Bodennähe zwischen zwei Dämmen zu führen. Das Fahrzeug wird dabei von der Auswerte- und Steuereinheit so gesteuert, dass die Auslenkung des Tastfühlers 2 an beiden Tastenden 11 gleich bleibt. Wird die Tastvorrichtung 1 so angebracht, dass der Tastfühler 2 senkrecht ausgerichtet ist, so kann das nach unten zeigende Tastende dazu benutzt werden, um eine Einheit des Fahrzeugs oder des Anbaugerätes in der Höhe oder Tiefe zu führen. Hierbei steuert die Auswerte- und Steuereinheit das entsprechende Gerät so, dass die Auslenkung des Tastfühlers 2 immer einem vorgegebenen Sollwert entspricht.
-
Die beschriebene Tastvorrichtung hat den Vorteil, dass sie sehr robust gegenüber mechanischen Beanspruchungen ist. Der Tastfühler kann ohne Schaden zu nehmen in alle Richtungen ausgelenkt, gestaucht oder verdreht werden. Die Tastvorrichtung ist äußerst vielseitig in der Anwendung, sie kann senkrecht, waagrecht oder auch in anderen Ausrichtungen genutzt werden. Der Tastfühler kann verschiedene Formen und Größen haben, um eine optimale Anpassung an bestimmte Anwendungsfälle zu erreichen, ohne dass eine Änderung des Messsystems und der Sensoren erforderlich ist. Auch das Auswechseln des Tastfühlers ist einfach und ohne Eingriff in den elektrischen Teil des Messsystems möglich.
