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Die Erfindung betrifft ein Überwachungssystem zur Detektion eines Ankoppelungszustandes zwischen einer Ankoppelungsvorrichtung einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine und einem daran ankoppelbaren Arbeitsgerät.
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Im täglichen Betrieb einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, beispielsweise eines Schleppers, und eines daran angekoppelten Arbeitsgeräts, beispielsweise eine Fräse, ein Mulcher, ein Mähwerk, eine Kreiselegge oder dergleichen, kann es infolge Verschleiß, extremer Neigung oder durch Verlust von Sicherungssplinten zu einem Lösen einer oder mehrerer Koppelpunkte zwischen der Arbeitsmaschine und dem Anbaugerät kommen. Aufgrund des herrschenden Geräuschpegels, der Vibrationen und einer eingeschränkten Sicht auf die Koppelpunkte zwischen Arbeitsmaschine und Arbeitsgerät, kann der Bedienperson der Arbeitsmaschine entgehen, dass sich ein Koppelpunkt gelöst hat. Wird die Arbeitsmaschine trotz eines losen Koppelpunktes weiter betrieben, kann dies zu Schäden an Arbeitsmaschine und Arbeitsgerät führen. Weiterhin stellt eine solche Situation ein Sicherheitsrisiko dar. Zur Vermeidung derartiger Situationen wäre es wünschenswert, wenn die Bedienperson der Arbeitsmaschine beispielsweise in der Kabine zumindest eine Warnung in Form eines Signals oder einer Anzeige erhält. Weiterhin wäre eine automatisierter Eingriff in die Steuerung der Arbeitsmaschine denkbar, beispielsweise indem ein Anhalten der Zapfwelle erzwungen wird oder eine Lösen der Parksperre blockiert ist.
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Beispielsweise aus der
EP 625 696 B1 und der
DE 41 38 289 A1 sind Wiegesysteme, auch als Traktorwaagen bezeichnet, bekannt, die eine Gewichtsbestimmung eines beladenen Anbaugerätes erlauben, beispielsweise eines Düngerstreuers oder einer Sähmaschine. Derartige Wiegesystem beinhalten im Bereich der Koppelpunkte zwischen der Arbeitsmaschine und dem Anbaugerät angeordnete Komponenten. Diese Komponenten sind allerdings meistens äußerlich an den Streben oder Lenkern einer Ankoppelungsvorrichtung, beispielsweise eines Dreipunktanbaus, angebracht und nicht integral mit diesen ausgeführt. Die Komponenten sind somit sämtlichen äußeren Bedingungen, die während eines Arbeitseinsatzes in diesem Bereich herrschen, ausgesetzt, mit entsprechenden abträglichen Folgen für deren Lebensdauer und deren Beitrag zur Genauigkeit der durchzuführenden Gewichtsbestimmung. Außerdem können solche Wiegesystem bauartbedingt nicht immer einen Verlust der Kopplung des Arbeitsgeräts detektieren, da der Gewichtsverlust auch durch ausgebrachten Dünger oder dergleichen zustande kommen kann. Außerdem messen Wiegesysteme regelmäßig aus Kostengründen nur an einem Punkt, in der Regel an dem Oberlenker, und können nicht auf andere Ankoppelpunkte übertragen werden.
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Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Überwachungssystem zur Detektion eines Ankoppelungszustandes bereitzustellen, dass vor den herrschenden äußeren Bedingungen während des Arbeitseinsatzes besser geschützt ist und dass weitere der genannten Nachteile überwindet.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Überwachungssystem zur Detektion eines Ankoppelungszustandes zwischen einer Ankoppelungsvorrichtung einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine und einem daran ankoppelbaren Arbeitsgerät, mit einer Detektionsvorrichtung, die mit der Ankoppelungsvorrichtung strukturell integriert angeordnet ist und die den Ankoppelungszustand zwischen der Arbeitsmaschine und dem Arbeitsgerät detektiert und einer Empfangseinheit zur Verarbeitung eines durch die Detektionsvorrichtung an die Empfangseinheit übermittelten und den Ankoppelungszustand repräsentierenden Zustandssignals.
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Hierbei soll unter Ankoppelungszustand einerseits ein gekoppelter Zustand und ein ungekoppelter Zustand und andererseits verschiedene Zustände innerhalb des gekoppelten oder des ungekoppeltes Zustandes verstanden werden. Ein Beispiel für Zustände innerhalb des gekoppelten Zustandes sind verschiedene Höheneinstellungen der Ankoppelungsvorrichtung, die über eine verstellbare Hubstrebe eingestellt werden können. Bei einem Arbeitsgerät kann es sich einerseits um ein angekoppeltes und getragenes Anbaugerät, wie bereits oben aufgeführt, und anderseits um einen angekoppelten und gezogenen Anhänger handeln. Bei dem Arbeitsgerät kann es sich aber auch um einen Frontlader oder einen Hecklader handeln.
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Erfindungsgemäß stellt das Überwachungssystem zur Detektion eines Ankopplungszustandes durch die in der Ankopplungsvorrichtung strukturell integrierte Detektionsvorrichtung eine Verbundstruktur mit integrierter Elektronik dar. Hierdurch wird es möglich, die Detektionsvorrichtung bereits während des Fertigungsprozesses in das Material der Ankopplungsvorrichtung, oder einigen Komponenten davon, kostengünstig einzuarbeiten. Weiterhin ist die Detektionsvorrichtung hierdurch gegen die Einflüsse der Arbeitsumgebung geschützt, so dass das erfindungsgemäße Überwachungssystem eine Möglichkeit zur Erhöhung der Betriebssicherheit bietet. Desweiteren ergeben sich Anwendungsmöglichkeiten für das erfindungsgemäße Überwachungssystem im Bereich von automatischen Kuppelsystemen.
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Bevorzugt umfasst die Detektionsvorrichtung ein Sensormodul zur induktiven, kapazitiven oder mittels Dehnmessstreifen durchgeführten Detektion des Ankoppelungszustandes. Hierdurch ist gewährleistet, dass in Abhängigkeit des Einsatzgebietes und der Erfordernisse ein geeignetes Messverfahren zum Einsatz kommt.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass die Detektionsvorrichtung eine integrierte Schaltung zur Verarbeitung des detektierten Ankoppelungszustandes umfasst. Hierdurch kann bereits innerhalb der Detektionsvorrichtung zumindest eine Vorverarbeitung der erfassten Signale erfolgen.
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Bevorzugt ist ebenfalls, dass die Detektionsvorrichtung ein Modul zur autarken Gewinnung von Bewegungsenergie umfasst. Hierdurch wird in vorteilhafterweise eine wartungsfreie Energieversorgung gewährleistet. Diese Form der Energiegewinnung wird im englischen Sprachgebrauch als „Energy Harvesting“ bezeichnet.
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In bevorzugter Ausgestaltung umfasst das Modul zur autarken Energiegewinnung ein piezoelektrisches Element. Piezoelektrische Elemente sind kostengünstig in verschiedenen Konfigurationen verfügbar.
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Bevorzugt wird das Zustandssignal drahtlos von der Detektionsvorrichtung an die Empfangseinheit übertragen. Hierdurch ist maximale Flexibilität bei der Anordnung der Detektionsvorrichtung auf der Ankopplungsvorrichtung gewährleistet, da ein Verlauf eines Anschlusskabels nicht berücksichtigt werden muss.
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Bevorzugt ist in die Detektionsvorrichtung zur drahtlosen Übertragung des Zustandssignals eine Antenne baulich integriert. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Detektionsvorrichtung als abgeschlossene bauliche Einheit vorkonfektioniert werden kann und keine externe Antenne vorgesehen werden muss.
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Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Detektionsvorrichtung mit einem Koppelpunkt zwischen der Ankoppelungsvorrichtung und dem Arbeitsgerät auf der Seite der Ankoppelungsvorrichtung strukturell integriert angeordnet ist. Hierdurch wird in vorteilhafterweise ein Überwachungssystem bereitgestellt, das unmittelbar ein unbeabsichtigtes Lösen eines Koppelpunktes detektiert.
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Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Detektionsvorrichtung mit einer Hubstrebe der als Dreipunktanbau ausgebildete Ankoppelungsvorrichtung strukturell integriert angeordnet ist. Hierdurch wird in vorteilhafterweise ein Überwachungssystem bereitgestellt, das unmittelbar ein unbeabsichtigtes Verstellen der Hubstrebe detektiert. Bevorzugt ist durch die Detektionsvorrichtung eine verstellbare Länge der Hubstrebe bestimmbar.
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Bevorzugt ist bei allen Ausführungsformen vorgesehen, dass die Empfangseinheit das Zustandssignal einem Benutzer anzeigt oder zur Steuerung einer Maschinenfunktionalität auswertet. Hierbei kann ein Benutzer eine Bedienperson entweder der Arbeitsmaschine oder des Arbeitsgeräts oder von beiden sein. Bei einer Maschinenfunktionalität kann es sich beispielsweise um den Antrieb eines Anbaugeräts über die Schlepperzapfwelle mittels einer Gelenkwelle handeln. Auch kann es sich bei einer Maschinenfunktionalität um ein Lösen der Parksperre handeln, wobei das Lösen unterbunden werden kann, wenn ein Zustandssignal vorliegt, das auf eine nicht vorhandene Kopplung schließen lässt.
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Weiterhin ist bei allen Ausführungsformen bevorzugt vorgesehen, dass die Empfangseinheit in ein Bediengerät oder Steuergerät der Arbeitsmaschine oder des Arbeitsgeräts integriert ist. Durch diese Integration kann auf ein bereits vorhandenes Bediengerät oder Steuergerät zurückgegriffen werden.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Überwachungssystems werden anhand der nachfolgenden Figuren beschrieben. Hierin zeigen
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1 eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überwachungssystems;
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2 zwei alternative Möglichkeiten der Anordnung der Detektionsvorrichtung;
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3 eine weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Überwachungssystems und
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4 weitere zwei alternative Möglichkeiten der Anordnung der Detektionsvorrichtung.
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Die 1 zeigt eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 12 in Form eines Schleppers oder Traktors und ein daran angekoppeltes Arbeitsgerät 14 beispielsweise in Form einer Fräse, eines Mulchers, eines Mähwerks oder einer Kreiselegge. Das Arbeitsgerät 14 ist über eine Ankoppelungsvorrichtung 20 in Form eines Dreipunktanbaus 22 an die Arbeitsmaschine 12 angekoppelt. Das Arbeitsgerät 14 kann über eine Gelenkwelle 18 durch die Zapfwelle 16 dem Schlepper 12 angetrieben werden, sofern ein Antrieb des Arbeitsgeräts 14 erforderlich ist. Ferner ist an dem Schlepper 12 eine weitere Ankoppelungsvorrichtung 20 in Form einer Kugelkopfkupplung 32 angeordnet. Wenn keines der oben beispielhaft erwähnten Arbeitsgeräte 14 an den Schlepper 12 angekoppelt ist, kann die Kugelkopfkupplung 32 dazu benutzt werden, ein Arbeitsgerät 14 in Form eines zu ziehenden Anhängers zu kuppeln, wobei diese Möglichkeit exemplarisch in 4 gezeigt ist.
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Die Darstellung des Dreipunktanbaus 22 in 1 zeigt einen Oberlenker 24, eine in ihrer Länge verstellbare Hubstrebe 26, einen Kraftarm 29 und einen von zwei seitlich nebeneinander angeordneten Unterlenkern 30. Die Unterlenker 30 können in ihrer Höhe über den Kraftarm 29 und die Hubstrebe 26 verstellt werden. In der Kabine 13 des Schleppers 12 ist ein Bediengerät 15 dargestellt, welches mit einer berührungsempfindlichen Oberfläche zur Anzeige von Zustandsinformationen und Eingabe von Steueranweisungen und weiteren Bedienelementen ausgestattet sein kann.
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Desweiteren ist in der 1 das erfindungsgemäße Überwachungssystem mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. In der 1 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel des Überwachungssystems 10 dargestellt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel des Überwachungssystems 10 umfasst eine mit dem Ende 25 des Oberlenkers 24, das mit dem Arbeitsgerät 14 gekoppelt ist, integrierte Detektionsvorrichtung 40 und eine in das Bediengerät 15 integrierte Empfangseinheit 60. In anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass die Detektionsvorrichtung 40 mit anderen Bauteilen des Dreipunktanbaus 22 oder mit weiteren Ankoppelungsvorrichtungen integriert ist. Ebenfalls kann die Empfangseinheit 60 getrennt von dem Bediengerät 15 vorgesehen sein.
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Die 2 zeigt die Integration der Detektionsvorrichtung 40 in das Ende 25 des Oberlenkers 24 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und gemäß einem hierzu alternativen Ausführungsbeispiel. Die Bezugszeichen des alternativen Ausführungsbeispiels sind um die Ordnungsnummer 100 hochgesetzt. Gezeigt ist das Ende 25 des Oberlenkers 24 mit einer Fangschale 34 und einem Verriegelungsmechanismus 36. Die Fangschale 34 und der Verriegelungsmechanismus 36 umgreifen und verriegeln einen Haltebolzen 38 des Arbeitsgeräts 14, wie es in 1 dargestellt ist. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Detektionsvorrichtung 40 in die Fangschale 34 integriert und bei dem hierzu alternativen Ausführungsbeispiel ist die Detektionsvorrichtung 140 in den Verriegelungsmechanismus 36 integriert. Prinzipiell sind beide Detektionsvorrichtungen 40, 140 identisch aufgebaut und umfassen jeweils ein Sensormodul 42, eine integrierte Schaltung 44, ein Modul 46 zur autarken Gewinnung von Bewegungsenergie und eine Antenne 50. Alternativ zu einer Anordnung der Detektionsvorrichtung 40, 140 auf dem Oberlenker 24, kann auch einer Anordnung an dem Unterlenker 30 oder den Unterlenkern 30 vorgesehen sein, wobei die Detektionsvorrichtung ebenfalls auf der Fangschale oder dem Verriegelungsmechanismus des Unterlenkers angeordnet sein kann. Auf eine gesonderte Darstellung einer Anordnung an dem Unterlenker 30 wird verzichtet.
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Das Sensormodul 42 kann einen induktiven oder einen kapazitiven Sensor beinhalten. Alternativ kann der Sensor auch als Dehnmessstreifen ausgeführt sein. Das Modul 46 zur autarken Energiegewinnung umfasst bevorzugt ein piezoelektrisches Element 48. Hierdurch kann aus den beim Betrieb der Arbeitsmaschine 12 herrschenden Vibrationen die benötigte Versorgungsspannung für das Sensormodul 42, die integrierte Schaltung 44 und eine Funkübertragung eines Zustandssignals an die Empfangseinheit 60 gewonnen werden.
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Durch die unmittelbar an einem Koppelpunkt zwischen dem Dreipunktanbau 22 und dem Haltebolzen 38 des Arbeitsgeräts 14 angeordnete Detektionsvorrichtung 40 ist das Überwachungssystem 10 in der Lage den korrekten Sitz des Haltebolzens 38 gegenüber der Fangschale 34 und dem Verriegelungsmechanismus 36 zu erkennen. Es ist vorgesehen, dass das erkannte Zustandssignal drahtlos an die Empfangseinheit 60 übermittelt wird. Für die Übertragung kann beispielsweise ein Funkstandard mit geringer Versorgungsenergie verwendet werden. Hier kann beispielsweise RFID Kommunikation verwendet werden. Die Empfangseinheit 60 kann das Zustandssignal dem Benutzer anzeigt oder zur Steuerung einer Maschinenfunktionalität auswerten und einer entsprechenden Ansteuerkomponente für eine Maschinenfunktionalität zuführen.
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In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung der Detektionsvorrichtung 240 gezeigt. Die Bezugszeichen sind ein weiteres Mal um die Ordnungsnummer 100 hochgesetzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Detektionsvorrichtung 240 mit der Hubstrebe 26 des Dreipunktanbaus 22 integriert. Insbesondere ist die Detektionsvorrichtung 240 mit der drehbaren Spindel 27 der Hubstrebe 26 integriert. Weiterhin weist die Detektionsvorrichtung 240 ein erstes Sensormodul 242 1 und eine zweites Sensormodul 224 2 auf. Die Sensormodule 242 1, 242 2 sind in der Spindel 27 jeweils derart integriert angeordnet, dass das erste Sensormodul 242 1 eine Eindrehung eines oberen Gewindeabschnitts 28 1 der Hubstrebe 26 in die Spindel 27 und das zweite Sensormodul 242 2 eine Eindrehung eines unteren Gewindeabschnitts 28 2 der Hubstrebe 26 in die Spindel 27 sensieren kann. Der weitere Aufbau der Detektionsvorrichtung 240 entspricht der im Zusammenhang mit der 2 beschriebenen Detektionsvorrichtung 40.
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Die 4 zeigt, entsprechend der 2, eine weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung der Detektionsvorrichtung 340 und ein hierzu alternatives Ausführungsbeispiel mit einer Detektionsvorrichtung 440. Die Bezugszeichen sind weitere Male um die Ordnungsnummer 100 hochgesetzt. Die 4 zeigt die Kugelkopfkupplung 32 mit einem Verriegelungsmechanismus 33 und eine an die Kugelkopfkupplung 32 angekoppelte Zugdeichsel 35 eines nicht weiter dargestellten Anhängers. Bei dem in der 4 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist die Detektionsvorrichtung 340 in dem Verriegelungsmechanismus 33 der Kugelkopfkupplung 32 integriert. Bei dem in der 4 gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel ist die Detektionsvorrichtung 440 in den Kugelkopf der Kugelkopfkupplung 32 integriert. Der Aufbau der Detektionsvorrichtungen 340 und 440 entspricht dem im Zusammenhang mit der 2 beschriebenen Aufbau der Detektionsvorrichtung 40.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Überwachungssystem
- 12
- Arbeitsmaschine
- 13
- Kabine
- 14
- Arbeitsgerät
- 15
- Bediengerät
- 16
- Zapfwelle
- 18
- Gelenkwelle
- 20
- Ankoppelungsvorrichtung
- 22
- Dreipunktanbaus
- 24
- Oberlenker
- 25
- Ende
- 26
- Hubstrebe
- 27
- Spindel
- 28
- Gewindeabschnitt
- 29
- Kraftarm
- 30
- Unterlenker
- 32
- Kugelkopfkupplung
- 33
- Verriegelungsmechanismus
- 34
- Fangschale
- 35
- Zugdeichsel
- 36
- Verriegelungsmechanismus
- 38
- Haltebolzen
- 40
- Detektionsvorrichtung
- 42
- Sensormodul
- 44
- integrierte Schaltung
- 46
- Energiemodul
- 48
- piezoelektrisches Element
- 50
- Antenne
- 60
- Empfangseinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 625696 B1 [0003]
- DE 4138289 A1 [0003]
