DE102008044486A1

DE102008044486A1 - Rahmenförmige Vorrichtung zur Verminderung der Achslast und des Kontaktflächendrucks

Info

Publication number: DE102008044486A1
Application number: DE102008044486A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2028-08-29
Also published as: DE102008044486B4

Abstract

Offenbart wird eine Vorrichtung zur Bildung eines stabilen Dreiecks mittels einer rahmenförmigen Vorrichtung, die zur Verminderung der Achs- oder Radlast oder des Kontaktflächendrucks dient. Verfahren und Vorrichtung können einerseits zur Ermöglichung des Straßentransports eingesetzt werden, zum anderen können sie Einsatz beim physikalischen Bodenschutz finden.

Description

Offenbart wird eine Erfindung auf dem Gebiet der Fahrzeug-, Transport- und Landtechnik. Insbesondere kann die Erfindung Einsatz im Bereich der bunkernden Erntetechnik finden.
Es handelt sich um eine rahmenförmige Konstruktion zur Aufnahme eines gefederten Stützrads, verstellbar und festsetzbar über einen Zwei-Wege-Zylinder mit dem ein stabiles Dreieck gebildet werden kann.
Zugleich offenbart ist ein Verfahren um ein gefedertes Stützrad in einer stabilen Position jenseits des Lastnullpunkts zu arretieren. Das Stützrad kann einem Fahrzeug, vorzugsweise an einer Landmaschine angebracht werden.
Die Landwirtschaft ist in den letzten 50 Jahren durch eine immer stärkere Mechanisierung geprägt. Dies äußert sich in einer gestiegenen Arbeitsproduktivität. So werden immer höhere Flächenleistungen erreicht.
Die immer leistungsfähigeren Machinen zeichnen sich vorwiegend durch erhöhte Durchsatzleistungen (Massenstrom) und Bunkerkapazitäten aus. Mit der Durchsatzleistung und Kapazität nahmen die Eigen- und Nutzmasse der Landmaschine und somit auch die Rad- und Achslasten zu.
Bei der Gewichtsentwicklung von Mähdreschern ist festzustellen, dass sich das Leergewicht in den letzten fünf Jahrzehnten um den Faktor 4 erhöht hat.
Rad- und Achslasten sind sowohl auf dem Feld, als auch auf der Straße von Bedeutung. Auf dem Feld führen hohe Achs- und Radlasten zu einer Bodenverdichtung, welche die landwirtschaftliche Ausbeute beeinträchtigt und dem physikalischen Bodenschutz widerspricht. Auf der Straße sind zu hohe Achslasten schlicht verboten.
Über eine größere Fahrzeugbreite können Achs- und Radlasten nicht verringert werden. Auch hier setzen die gesetzlich zulässigen Fahrzeugbreiten Grenzen. Gerade jedoch die Vorderachse von Mähdreschern muss dringend entlastet werden, da hier 75% der Gewichtskraft wirken.
Zur Berechnung des mittleren Kontaktflächendrucks kann auf die Berechnungsmodelle nach McKeyes und TASC zurückgegriffen werden. Beim Berechnungsmodell nach McKeyes wird die Kontaktfläche durch Multiplizieren der Reifenbreite mit dem Reifendurchmesser und Dividieren des Produkts ermittelt. Diese Formel basiert auf der Annahme eines festen Oberbodens.
Das Berechnungsmodell TASC berechnet den mittleren Kontaktflächendruck mittels der Radlast und der Kontaktfläche zwischen Reifen und nachgiebigen Boden auf der Basis von Praxisversuchen. Ein weiterer Ansatz den Kontaktflächendruck zu ermitteln beruht darauf, dass insbesondere bei den modernen Radialreifen die Radlast hauptsächlich durch den Reifeninnendruck getragen wird, so dass man von folgender Faustregel ausgehen kann: Reifeninnendruck = Kontaktflächendruck.
Die Radlast bei Mähdreschern wird vor allem durch deren Schnittbreite, Korntankvolumen und Motorleistung bestimmt. Regelmäßig ergibt sich hier ein Vorderachslast von ca. 75% der Maschinenlast. Der mittlere Kontaktflächendruck hat sich laut Berechnungen mit TASC auf 1,38 bar erhöht. Der mittlere Belastungsindex stieg auf heute bis zu 154 t·km/ha.
Auch wenn Kontaktflächendrücke von hohen Achs- und Radlasten durch eine angepasste Bereifung auf einem Niveau gehalten werden können, wird durch die Ausbreitung der Druckzwiebel ein höheres Bodenvolumen mit Druck belastet. Die Tiefenwirkung des Bodendrucks ist eine Funktion des Kontaktflächendrucks und der Radlast.
Die kritischen Radlasten werden in Zukunft für einen umfassenden physikalischen Bodenschutz an Bedeutung gewinnen. Kritisch sind insbesondere Radlasten, deren Druckabbau in den Unterboden reicht. Die Schonung des Unterbodens ist wirtschaftlich sehr bedeutend. 95% der P- und K-Vorräte sind auf Äckern vorhanden. Dort erfolgt eine aktive Nährstoffmobilisierung. Der Unterboden bietet Wurzelraum und Lebensraum für das Edaphon. Die Beseitigung von Bodenschadverdichtungen unterhalb der Auflockerungstiefe sind Energie- und kostenintensiv.
Im Stand der Technik sind einige Stützradkonstruktionen vorhanden. Zur Vermeidung hoher Rad- und Achslasten und zur Stabilisierung von Fahrzeugen werden häufig Zusatz- und Stützräder an Fahrzeugen angebracht. Diese Räder werden jedoch nicht jenseits des Lastnullpunkts arretiert und benötigen zusätzliche Stützen.
So wird in EP1046329A2 ein Fahrzeug für den Einsatz in der Landwirtschaft offenbart, bei dem Zusatzgerät durch ein zusätzliches Rad abgestützt wird. Das Rad ist entweder vorhanden oder kann in Bodenkontakt gebracht werden. Desweiteren kann das Rad lösbar befestigt sein oder hydraulisch von einer Betriebsstellung in der es in Bodenkontakt ist, in eine Außerbetriebsstellung verbracht werden. Dabei wird auch offenbart, dass das Rad schwenkbar am Mittelteil befestigt ist Das Rad soll an einem Zwischenstück oder seitlich am Einzugszusammenbau angebracht sein oder zwischen dem Fahrzeug und dem Zusatzgerät lösbar befestigt ist.
US-A-4 184314 offenbart ein Fahrzeug für den Einsatz in der Landwirtschaft mit einem daran angebauten Zusatzgerät, wobei wenigstens ein zusätzliches Rad zur Abstützung des Zusatzgeräts beim Straßentransport des Fahrzeugs in Bodenkontakt bringbar ist. In US-A-3 822 354 , US-A-4 360 215 und DE-U-85 17 625 sind ebenfalls Fahrzeuge mit ähnlicher Ausstattung offenbart.
Allerdings werden in diesen Offenbarungen keine Aussagen zur konkreten Gestaltung der Stützsysteme getroffen und der physikalischen Bodenschutz vollkommen außer Acht gelassen. Nicht geklärt ist auch, wie ein Stützsystem im laufenden Betrieb in Bodenkontakt gebracht werden kann.
Es wird vollkommen außer Acht gelassen, dass ein Stützsystem, – beispielsweise ein Stützrad –, zu kontrollierten Verminderung des Kontaktflächendrucks bei der Feldarbeit zur Schonung des Bodens eingesetzt werden kann.
Im Stand der Technik werden Stützsysteme sowohl für selbstfahrende landwirtschaftliche Fahrzeuge, als auch für gezogene landwirtschaftliche Fahrzeuge offenbart.
Im Stand der Technik dürfte bekannt sein, dass die Anbringung von Stützrädern vor allem der Verminderung der Achslast dient. Insbesondere dürfen gewisse Achslasten nach der Straßenverkehrsordnung nicht überschritten werden. In Deutschland ist dabei eine Achslast von 11,5 t einzuhalten.
Die Problematik hat sich in den letzten Jahren durch die Einführung immer größerer, sowie breiterer Erntevorsätze und Maschinen verschärft. Dieser aus den USA stammende Trend hat auch in Deutschland zum Einsatz überbreiter und immer schwererer Erntefortsätze und Erntemaschinen geführt. Um den Einsatz überhaupt zu ermöglichen, müssen Stützräder angebracht werden, die sich einfach Ein- oder Ausfahren lassen, leicht zu installieren sind und leichtgängig sind.
Im Stand der Technik wird jedoch übersehen, dass gerade das Anbringen neuer großer und überbreiter Erntefortsätze, wie z. B. Pflücker oder Häcksler, zu einer starken Erhöhung des Kontaktflächendrucks der Vorderachse führen, die bei Selbstfahrern meist die Hauptantriebsachse ist. Landwirte setzen diese breiten, oft aus den USA stammenden Erntefortsätze ein, um schneller und rationeller ihre Felder abzuernten.
Bei älteren, aber auch bei modernen landwirtschaftlichen Maschinen sind die notwendigen Stützsysteme meist nicht vorhanden und müssen nachgerüstet werden. Dies sollte mittels eines Baukastensystems bewerkstelligt werden mit dem eine schnelle und unproblematische Nachrüstung erfolgen kann.
Die Anforderungen werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gelöst:
Es handelt sich um eine rahmenförmige Konstruktion zur Aufnahme eines gefederten Stützrads, verstellbar und festsetzbar über einen Zwei-Wege-Zylinder.
Das System kann sowohl auf dem Feld zum physikalischen Bodenschutz, mittels einer Verminderung des Kontaktflächendrucks, als auch auf der Straße zur Einhaltung der Achs- oder Radlast nach der Straßenverkehrsordnung eingesetzt werden.
Das freitragende Rahmen kann bei entsprechender Gegenlagerung schnell und leicht anmontiert werden und über den Feststellzylinder in seiner Position über den Nullpunkt in eine stabile Dreieckskonstruktion verwandelt werden.
Die rahmenförmige Vorrichtung kann ohne zusätzliche Stützen unter ein Fahrzeug gebracht werden und dort mit einem Hydrauliksystem verbunden werden. Beim Ausfahren des arretierenden Zylinders wird das Fahrzeug kurz angehoben bis die stabile Position des Feststellrades über dem Nullpunkt erreicht wird.
Die rahmenförmige Vorrichtung ist durch eine über den Lastnullpunkt arretierende Achslast gekennzeichnet, d. h. die Achslast wird nicht senkrecht aufgenommen, sondern das Stützrad kann in jeder Position mit hydraulischem Druck ausgefahren werden. Besonders vorteilhaft ist der Einbau eines Absperrventils um gegen unbeabsichtigendes Lösen des Stützsystems zu sichern.
Das Ausfahren des Stützsystems kann vom Fahrzeugführer auch ohne Aussteigen bewerkstelligt werden.
Zugleich offenbart ist ein Verfahren ein Stützsystem in über den Lastnullpunkt in ein stabiles Dreieck zu verwandelt. Die Vorrichtung wird unter ein Fahrzeug, beispielsweise den Schrägförderer eines landwirtschaftlichen Mähdreschers angebracht. Die Vorrichtung kann fest montiert sein oder bei Bedarf angebracht werden. Auszugehen ist von einem Mähdrescher mit hoher Achslast. Beim Straßenbetrieb darf in Deutschland eine Achsbelastung von 11,5 t nicht überschritten werden. Aber auch unter dem Gesichtspunkt des physikalischen Bodenschutzes kann im Feldbetrieb eine Verminderung der Achs- und Radlast notwendig sein. Um die Achslast nicht zu überschreiten, kann der Fahrzeugführer auf mehrere Systeme im Stand der Technik zurückgreifen, so kann er zusätzliche Stützräder an den Schrägförderer oder andere Punkte der landwirtschaftlichen Maschine anbringen. Diese können im Handbetrieb ausfahrbar oder auch hydraulisch ausfahrbar sein. Die Achslast über zusätzliche Stützräder für den Straßenbetrieb zu vermindern, liegt im Stand der Technik.
Alternativ kann er auch bestimmte schwere Maschinenteile abbauen und auf einem Zusatzfahrzeug nachziehen oder schwere Maschinenteile auf dem Feld zurücklassen.
Diese Stützräder werden jedoch meist senkrecht angebracht und stehen senkrecht unter dem Lastnullpunkt. Dies macht die Stützräder instabil und unfallanfällig. Zudem wird der Vortrieb des Fahrzeugs vermindert und der Treibstoffverbrauch erhöht, da eine erhöhte Reibung auftritt. Auch ist die Achsentlastung eines solchen senkrechten Systems gering und genügt beispielsweise nicht den immer größer werdenden Anforderungen an landwirtschaftliche Maschinen
Vorzugsweise wird das Stützsystem in einem Achsabstand von mindestens 1001 mm von der Hauptantriebsachse am Schrägförderer angebracht. (1) Es besteht allerdings auch die Möglichkeit das Stützsystem in einem Bereich von 800–2000 mm anzubringen.
Das Stützsystem, – oder Fahrwerk –, führt dazu, dass der Fahrzeugschwerpunkt etwas vor der Hauptantriebsachse liegt. Dadurch entsteht im Falle eines leichten Ausbrechens ein Moment, das der Ausbrechwirkung entgegen und somit stabilisierend wirkt. Desweiteren wird eine Dreipunktabstützung des Fahrzeugs erreicht.
Durch das Auslösen des Stützsystems ergibt sich folgende Abfolge:
Das Stützrad wird aus seiner Aufnahmevorrichtung, beispielsweise nach Anspuch 1 oder Anspruch 2, mittels eines hydraulischen Systems ausgefahren. Dabei wird das Rad jedoch über den Lastnullpunkt gebracht und nicht lediglich in die Senkrechte gefahren. Die Kräfte stellen sich dann als ungleichseitiges Dreiecks dar. Bei Überschreiten des Lastnullpunkts wird das Fahrzeug leicht angehoben.
Der Druck des Fahrzeugs verteilt sich so optimal, was zu einer größeren Achsentlastung führt und die Stabilität des Fahrzeugs erhöht. Die Schadverdichtungsgefahr wird im Sinne eines physikalischen Bodenschutzes gesenkt.
Ausführungsbeispiel (2 und 3) für die rahmenförmige Vorrichtung in Transportstellung:

– Befestigungsplatte oder Anordnung, beispielsweise eine Rahmenplatte mit Befestigungsbohrungen
– Stickstoffbehälter
– Hydraulikschlauch
– Zylinderführung (eingeschweißt)
– Hydraulikzylinder (einfachwirkend)
– Haltemanschette
– Federweg
– Laufachse mit Befestigung, mit Radnabe und Transporträder
– Transporträder
– Radnabe
– Mähdrescher (Hauptantriebsachse)
– Hydraulikzylinder (Doppelventil)
– Hydraulikschläuche (Absperrhähne)
– Hydraulikschläuche zu Pflücker

Ausführungsbeispiel zum Verfahren:
Die Vorrichtung befindet sich in Arbeitsstellung.
Die Vorrichtung stört nicht bei der Feldarbeit. Eine Entlastung der Achsen wird nicht benötigt.
Aus der Vorrichtung wird das Stützsystem über den Lastnullpunkt ausgefahren und so ein stabiles Dreieck gebildet. Das Stützsystem befindet sich einer sog. Transportstellung.
Das Stützsystem wird bei der Feldarbeit ausgefahren und den Kontaktflächendruck zu verringern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1046329 A2 [0015]
- US 4184314 A [0016]
- US 3822354 A [0016]
- US 4360215 A [0016]
- DE 8517625 U [0016]

Claims

Rahmenförmige Vorrichtung zur Aufnahme eines Stützsystems, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung durch Ausfahren des Stützsystems über den Lastnullpunkt in ein stabiles Dreieck verwandelt werden kann.
Rahmenförmige Vorrichtung zur Aufnahme eines gefederten Stützsystems, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung durch Ausfahren des Stützsystems über den Lastnullpunkt in ein stabiles Dreieck verwandelt werden kann.
Anspruch nach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützsystem ein Stützrad ist.
Anspruch nach 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Stützsystem ein Bugfahrwerk zum Einsatz kommt.
Anspruch nach 1 oder 2 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützsystem an einem Mittelteil zwischen Fahrzeug und einem weiteren Gerät angebracht wird.
Einer der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützsystem am Schrägförderer eines Mähdreschers angebracht wird.
Einer der Ansprüche nach 1 oder 2 oder 3 oder 4, dass das Stützsystem in der bunkerenden Erntetechnik Anwendung findet.
Einer der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsabstand zwischen Stützsystem und Hauptantriebsachse zwischen 800–2000 mm beträgt.
Einer der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Achsabstand zwischen Stützsystem und Hauptantriebsachse bei mindestens 1001 mm beträgt.
Schwenkbares Stützsystem oder Bugfahrwerk, dadurch gekennzeichnet, dass das schwenkbare Stützsystem oder Bugfahrwerk zum physikalischen Bodenschutz eingesetzt wird.
Einer der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zum physikalischen Bodenschutz eingesetzte schwenkbare Stützsystem mittels Bildung eines stabilen Dreiecks über den Lastnullpunkt hinaus erfolgt.
Verfahren zur Verringerung der Rad- oder Achslast auf der Straße mit folgenden Merkmalen: a. manuelles oder hydraulisches Ausfahren eines Stützsystems, b. über den Lastnullpunkt, c. zur Bildung eines stabilen Dreiecks d. unter einem Fahrzeug.
Verfahren zur Verringerung der Kontaktflächendrucks auf dem Feld mit folgenden Merkmalen: a. manuelles oder hydraulisches Ausfahren eines Stützsystems, b. über den Lastnullpunkt, c. zur Bildung eines stabilen Dreiecks d. unter einem Fahrzeug.
Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei einem landwirtschaftlichen Fahrzeug Verwendung finden.
Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1–13, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei einem selbstfahrenden landwirtschaftlichen Fahrzeug Anwendung finden.
Vorrichtung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei einem geschobenen oder gezogenen landwirtschaftlichen Fahrzeug Anwendung finden.