DE1237831B - Verfahren und Einrichtungen zur Steuerung der Arbeitstiefe eines Bodenbearbeitungsgeraetes - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

AOIb

Deutsche Kl.: 45 a - 65/06

Nummer: 1237 831

Aktenzeichen: K 50833III/45 a

Anmeldetag: 16. September 1963

Auslegetag: 30. März 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Einrichtungen zur Steuerung eines hinten an einer Zugmaschine angebrachten Bodenbearbeitungsgerätes , auf eine möglichst gleichbleibende Arbeitstiefe, das in Anpassung an die Unebenheiten der Bodenoberfläche gegenüber der Zugmaschine in der Höhe verstellt wird.

Zur Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Arbeitstiefe sind Regeleinrichtungen mit dem Zugwiderstand des Gerätes als Regelgröße vorgeschlagen. Solche Einrichtungen geben zwar eine gleichmäßige Belastung des Antriebsmotors der Zugmaschine, haben anderseits aber den Nachteil, daß ungleiche Härten des Ackerbodens entsprechend ungleichmäßige Arbeitstiefen zur Folge haben, und zwar an härteren Stellen, wo die Bearbeitung des Bodens besonders wichtig ist, eine geringere Tiefe. Deshalb sind solche Zugmaschinen zusätzlich mit einer wahlweise einschaltbaren Einrichtung versehen, die das Gerät gegenüber der Zugmaschine in gleichbleibender Höhe hält, damit aber bei Unebenheiten der Bodenoberfläche eine ungleiche Arbeitstiefe bewirkt. Dazu kommen die zusätzliche Bedienung und die Schwierigkeiten bei der Wahl der einen oder anderen Einrichtung, die nur von Schätzungen ausgehen können.

Ferner sind Regeleinrichtungen mit Arbeitstiefe selbst als Regelgröße bekannt. Diese benötigen einen Tiefentaster als Meßglied, der hinten an der Zugmaschine oder an dem Arbeitsgerät angebracht ist. Der Tiefentaster hat Nachteile bezüglich einer Behinderung durch Pflanzen, einer Übertragung der Messung auf die Steuereinrichtung für die Höhenverstellung des Gerätes und einer zusätzlichen Wartung.

Ein weiterer Vorschlag, bei Unebenheiten des Bodens Änderungen der Arbeitstiefe zu vermeiden, beruht darauf, die Größe einer Abflußöffnung im hydraulischen Kraftheberzylinder durch den senkrechten Bodendruck des Gerätes zu verändern. Damit läßt sich jedoch eine gleichbleibende Arbeitstiefe schon deshalb nicht erreichen, weil die senkrechte Komponente des Zugwiderstandes sich mit der Dichte des Bodens und der Fahrgeschwindigkeit der Zugmaschine ändert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, zur Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Arbeitstiefe einen neuen Weg zu beschreiten und die Mängel der bekannten Einrichtungen zu vermeiden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Bodenoberfläche als Führungsgröße für die Höhenverstellung Verfahren und Einrichtungen zur Steuerung der
Arbeitstiefe eines Bodenbearbeitungsgerätes

Anmelder:

KlÖckner-Humboldt-Deutz Aktiengesellschaft,

Köln-Deutz

Als Erfinder benannt:
Hermann Möller, KÖln-Merheim;
Wilhelm Jansen, Bensberg-Refrath

des Gerätes benutzt wird. Die Krümmung der Bodenoberfläche läßt sich mathematisch als ^

ds

drücken, wobei α den jeweiligen Neigungswinkel der Bodenoberfläche und s den Weg bedeutet. Von der mit gleichbleibender Geschwindigkeit fahrenden Zugmaschine aus gesehen, erscheint die Krümmung der Bodenoberfläche als -^*-. worin t die Zeit ist,

at

oder, in Worten ausgedrückt, als Winkelgeschwindigkeit der Nickbewegungen der Zugmaschine beim Überfahren der Bodenunebenheiten. Für die Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung wird demgemäß vorgeschlagen, daß die Krümmung der Bodenoberfläche als Geschwindigkeit der Winkeländerungen gemessen wird, die von der Zugmaschine beim Überfahren der Bodenunebenheiten ausgeführt werden. Das jeweilige Maß der Winkelgeschwindigkeit dient als Führungsgröße in der Steuerung der Höhenverstellung des Arbeitsgerätes.

In Weiterbildung der Erfindung werden von der Meßeinrichtung für die Winkelgeschwindigkeit nur die Abweichungen von der für ebenen Boden vorgewählten Arbeitstiefe gesteuert. Beim Übergang auf eine ebene Bodenoberfläche, ganz gleich ob die Ebene waagerecht oder geneigt ist, wird das Gerät damit immer auf dieselbe vorgewählte Höheneinstellung gegenüber der Zugmaschine zurückgeführt. Die Bedienung seitens des Fahrers beschränkt sich also auf die Vorwahl der Tiefe, und die Steuerung arbeitet im übrigen selbsttätig.

Eine Einrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält als Meßeinrichtung ein Winkel-Meßglied und ein Geschwindigkeits-Meß-

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glied in Hintereinanderschaltung. Das Winkel-Meßglied kann beispielsweise aus zwei an. einem zweiarmigen Hebel angreitenden Schwimmern bestehen, die z. B. im vorhandenen Ölbad eines Fahrgetriebes oder des hydraulischen Krafthebers pendelbar gelagert sind.

Als Meßglied für die Geschwindigkeit der Winkeländerungen dient zweckmäßig ein Zylinder mit Kolben oder Membran mit einem drosselnden Ein- und Auslaß, der das Stellglied für den Stellmotor gegen die Kraft einer von zwei Federn jeweils um das dem Druckunterschied der beiden Kolbenseiten entsprechende Maß in der einen oder anderen Richtung verschiebt. Dabei kann der drosselnde Ein- und Auslaß als Ringspalt zwischen Zylinder und Kolben ausgebildet sein.

Um nur die Abweichungen von der für ebenen Boden vorgewählten Arbeitstiefe zu steuern, wird eine Einrichtung vorgeschlagen, in der ein zweites Stellglied, dessen relative Lage zum winkelgeschwin- ao digkeitsabhängigen Stellglied die jeweilige Stellgröße bestimmt, mit dem Stellmotor über ein Rückführungsgestänge gekoppelt ist, das ein Einstellglied für den Sollwert der Arbeitstiefe enthält. Die Einrichtung bildet damit eine Kombination einer winkelgeschwindigkeitsabhängigen Steuerung mit einer bekannten Lagensteuerung.

Zweckmäßig erhalten die Federn des nach der Winkelgeschwindigkeit gesteuerten Stellgliedes an der Zugmaschine feste Abstützungen. Es wird ferner vorgeschlagen, daß die Stellgröße des winkelgeschwindigkeitsabhängigen Stellgliedes durch feste Anschläge begrenzt ist. Größere Abweichungen der Fahrgeschwindigkeit ergeben damit nur begrenzte Fehler der Steuerung, und z. B. sehr kurze Bodenwellen werden nicht kopiert. Die festen Anschläge können gegebenenfalls einstellbar sein.

In der bisherigen Betrachtung einer Steuerung der Höhenverstellung des Gerätes nach der Winkelgeschwindigkeit der Nickbewegungen der Zugmaschine ist eine gleichbleibende Fahrgeschwindigkeit vorausgesetzt. Für den Fall, daß die Fahrgeschwindigkeit veränderlich ist, entsprechen solche Steuerungen der Höhenverstellung des Gerätes nicht mehr der Krümmung der Bodenoberfläche. Für solche Fälle wird deshalb vorgeschlagen, daß die Stellgröße des winkelgeschwindigkeitsabhängigen Stellgliedes durch ein fahrgeschwindigkeitsabhängiges Meßglied korrigiert wird. Als solches kann ein Drehzahlmesser irgendeiner bekannten Art dienen, der 5< > beispielsweise von der bei Ackerschleppern üblichen wegabhängigen Zapfwelle angetrieben wird.

Ein Meßglied für die Fahrgeschwindigkeit läßt sich mit einfacheren Mitteln ersetzen durch eine mit der Getriebeübersetzung des Fahrantriebes (Gangschaltung) veränderbare Einrichtung für eine Korrektur der Stellgröße. Wenn hierbei der Antriebsmotor noch mit verschiedenen Drehzahlen betrieben wird, wird eine weitere Korrektur der Stellgröße mit der Drehzahl oder der Drehzahleinstellung des Antriebsmotors vorgeschlagen.

Die bei veränderlicher Fahrgeschwindigkeit vorgeschlagenen Mittel können auf verschiedene Weise für eine Korrektur der Stellgröße zur Anwendung gebracht werden: Die Korrektur kann mittels eines Übertragungsgliedes, z. B. eines Hebels mit veränderbarem Übersetzungsverhältnis, zwischen der winkelgeschwindigkeitsabhängigen Meßeinrichtung und dem Stellglied hergestellt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Korrektur der Stellgröße durch Spannungsänderung der am Stellglied angreifenden Federn vorzunehmen. Weiterhin ist es denkbar, die Korrektur der Stellgröße durch Änderung einer Drosselverbindung im Geschwindigkeits-Meßglied der winkelgeschwindigkeitsabhängigen Meßeinrichtung vorzunehmen, z. B. mittels eines zum drosselnden Ein- und Auslaß parallelgeschalteten Drosselquerschnittes.

Für die praktische Konstruktion erscheint es wertvoll, daß der Stellmotor mit der Steuereinrichtung eine geschlossene Baugruppe der Zugmaschine bildet. Dadurch wird der Zusammenbau erleichtert und ein gegebenenfalls nachträglicher Einbau in die Zugmaschine ermöglicht.

Die Erfindung ist in der Zeichnung veranschaulicht.

Abb. 1 zeigt das Schema einer Steuereinrichtung mit nur einer winkelgeschwindigkeitsabhängigen Meßeinrichtung;

A b b. 2 dient der Erläuterung eines Steuervorganges beim Übergang der Zugmaschine mit Gerät von einer waagerechten in eine geneigte Ebene; in

A b b. 3 sind die wesentlichen Teile einer Steuereinrichtung mit fahrgeschwindigkeitsabhängiger Korrektur der Stellgröße im Schema wiedergegeben.

In Abb. 1 ist ein Bodenbearbeitungsgerät 2 (Pflug) in üblicher Weise über eine Viergelenkkette mit Oberlenker 3 und Unterlenkern 4 in der Höhe verstellbar an der Zugmaschine angelenkt. Die Höhenverstellung geschieht durch den hydraulischen Stellmotor 5 über den Winkelhebel 6 und Hubstangen 7.

Das Winkelmeßglied besteht aus zwei an je einem Arm eines zweiarmigen Hebels 9 angreifenden Schwimmern 10, die beispielsweise im ölbad des Krafthebergehäuses schwimmen und den Winkelausschlag bei Neigungsänderangen der Bodenoberfläche über einen Hebel 11 auf die in zwei Lagern geführte Stange 12 übertragen. Letztere trägt einen einseitig offenen Zylinder 13, in dem ein Kolben 14 geführt ist. Der Kolben ist über die Stange 15 mit dem inneren Steuerschieber 16 und über eine weitere Stange 17 mit einem Federteller 18 verbunden, gegen den beiderseits je eine Feder 19 abgestützt ist. Die Federn haben am Schlepper feste Widerlager 20, die gegebenenfalls einstellbar sind. Außerdem ist beiderseits des Federtellers 18 je ein ringförmiger Anschlag 22 vorgesehen, die ebenfalls einstellbar sein können.

Zwischen der Innenwand des Zylinders 13 und dem Umfang des Kolbens 14 ist ein enger Spalt 8 vorgesehen, der eine Drosselwirkung bei gegenseitiger Verschiebung erzeugt. Je nach Geschwindigkeit der Winkeländerung und Relativgeschwindigkeit zwischen Zylinder 13 und Kolben 14 wird der Steuerschieber 16 auf Grund der Drosselwirkung gegen die Kraft der einen oder anderen Feder 19 mehr oder weniger in der einen oder anderen Richtung verschoben. Wenn die Neigung der Bodenoberfläche sich nicht ändert, also in der waagerechten oder geneigten Ebene, findet keine Verschiebung zwischen Kolben und Zylinder statt, und der Steuerschieber 16 wird von den Federn in der Null-Lage gehalten.

Der in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit gesteuerte Schieber 16 ist in einer Schieberhülse 25 geführt. Diese und der Schieber 16 enthalten in bekannter Weise Steuerkanäle, die in der Null-Lage abgesperrt sind und bei einer gegenseitigen Verschie-

bung in der einen oder anderen Richtung das von einer Pumpe geförderte Druckmittel nach dem Zylinder 5 des Stellmotors führen oder aus diesem ablassen, so daß der Pflug 2 gehoben oder gesenkt wird.

Ein Hebel 26 mit Handgriff 27 dient in an sich bekannter Weise dem Ausheben und Absenken des Pfluges sowie einer Vorwahl der Arbeitstiefe, die in Rasten 28 einstellbar ist. Der Hebel 26 ist unten mit der Schieberhülse 25 und zwischen seinen Enden über die Stange 29 mit dem Hebel 6 des Stellmotors (Krafthebers) 5 gekoppelt, so daß die Bewegungen des Kraftheberkolbens die Schieberhülse 25 nach jedem Steuervorgang wieder in die relative Null-Lage zum Schieber 16 zurückführen.

A b b. 2 zeigt einen Geländeübergang zwischen einer waagerechten Ebene A -B und einer geneigten Ebene C-D. Der Übergang B-C ist als Kreisbogen gedacht. Stellt man sich vor, daß die Zugmaschine 1 mit dem angebauten Pflug 2 aus der gezeichneten ao Stellung in die Steigung einfährt, so hebt sich bis zum Punkt Bl zunächst nur die Vorderachse, während beim anschließenden Durchfahren des Bogens die Winkelneigung des Schleppers gegenüber der Waagerechten sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit ändert. Wenn die Vorderräder in die geneigte Ebene C-D übergehen, nimmt die Geschwindigkeit der Winkeländerung bis zum Punkt C1 wieder stetig auf den Wert Null ab.

In gleichem Maße, wie die Geschwindigkeit der Winkelneigung sich ändert, bildet sich auf Grund der Drosselwirkung ein Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des Kolbens 14, dem die Kraft der einen oder anderen Feder 19 das Gleichgewicht hält. Die Größe der Verschiebung des Steuerschiebers 16 entspricht damit der Geschwindigkeit der Änderung der Winkelneigung. Die Verschiebung des Steuerschiebers entspricht anderseits der Größe des Kolbenweges des Stellmotors 5 und damit der Höhenverstellung des Pfluges 2, die so der Krümmung der Bodenoberfläche angepaßt ist.

Die Steuereinrichtung nach A b b. 3 hat weitgehende Übereinstimmung mit der nach Abb. 1. Sie unterscheidet sich von dieser nur in einer fahrgeschwindigkeitsabhängigen Korrektur der Stellgrößen.

Eine bei Ackerschleppern üblicherweise vorhandene wegabhängige Zapfwelle 30 treibt über ein Zahnradpaar einen Fliehkraftregler 31, dessen Ausschläge in Achsrichtung ein Maß für die Fahrgeschwindigkeit bilden. Diese Ausschläge werden über die Stange 32 und den Winkelhebel 33 auf eine Achse 34 übertragen, die in einem Längsschlitz eines Hebels 35 geführt ist und mit der Verschiebung das Übersetzungsverhältnis dieses Hebels ändert. Der Hebel 35 überträgt die vom Schwimmerhebel Il eingegebenen Meßwerte auf die Stange 12 des Geschwindigkeits-Meßgliedes.

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steuerung eines hinten an einer Zugmaschine angebrachten Bodenbearbeitungsgerätes auf eine möglichst gleichbleibende Arbeitstiefe, das in Anpassung an die Unebenheiten der Bodenoberfläche gegenüber der Zugmaschine in der Höhe verstellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Bodenoberfläche als Führungsgröße für die Höhenverstellung benutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Bodenoberfläche als Geschwindigkeit der Winkeländerungen gemessen wird, die von der Zugmaschine beim Überfahren der Bodenunebenheiten ausgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Meßeinrichtung für die Winkelgeschwindigkeit nur die Abweichungen von der für ebenen Boden vorgewählten Arbeitstiefe gesteuert werden.

4. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung ein Winkel-Meßglied (9 bis 11) und ein Geschwindigkeits-Meßglied (8, 13, 14) in Hintereinanderschaltung enthält.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkel-Meßglied aus zwei an einem zweiarmigen Hebel (9) angreifenden Schwimmern (10) besteht.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschwindigkeits-Meßglied aus einem Zylinder (13) mit Kolben (14) oder Membran und einem drosselnden Ein- und Auslaß (8) besteht, der das Stellglied (16) für den Stellmotor (5) gegen die Kraft einer von zwei Federn (19, 20) jeweils um das dem Druckunterschied der beiden Kolbenseiten entsprechende Maß in der einen oder anderen Richtung verschiebt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der drosselnde Ein- und Auslaß als Ringspalt (8) zwischen Zylinder (13) und Kolben (14) ausgebildet ist.

8. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Stellglied (25), dessen relative Lage zum winkelgeschwindigkeitsabhängigen Stellglied (16) die jeweilige Stellgröße bestimmt, mit dem Stellmotor (5) über ein Rückführungsgestänge (6, 26, 29) gekoppelt ist, das ein Einstellglied (27, 28) für den Sollwert der Arbeitstiefe enthält.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (19, 20) des nach der Winkelgeschwindigkeit gesteuerten Stellgliedes (16) an der Zugmaschine (1) feste Abstützungen (21) haben.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße des winkelgeschwindigkeitsabhängigen Stellgliedes (16) durch feste Anschläge (22) begrenzt ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, gekennzeichnet durch ein fahrgeschwindigkeitsabhängiges Meßglied (30, 31), das die Stellgröße des winkelgeschwindigkeitsabhängigen Stellgliedes (16) korrigiert.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, gekennzeichnet durch eine mit der Getriebeübersetzung des Fahrantriebes (Gangschaltung) veränderbare Einrichtung für eine Korrektur der Stellgröße des winkelgeschwindigkeitsabhängigen Stellgliedes (16).

13. Einrichtung nach Anspruch 12, gekem> zeichnet durch eine mit der Drehzahl oder der Drehzahleinstellung des Antriebsmotors verstellbare weitere Korrektur der Stellgröße.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch eine Korrektur mittels eines Übertragungsgliedes, z. B. eines Hebels (35) mit veränderbarem Übersetzungsverhältnis, zwischen der winkelgeschwindigkeitsabhängigen Meßeinrichtung (8 bis 14) und dem Stellglied (16).

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der Stellgröße durch Spannungsänderung der am Stellglied (16) angreifenden Federn (19) vorgenommen wird.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch eine Korrektur der Stellgröße durch Änderung einer Drosselverbindung in dem Geschwindigkeits-Meßglied (13, 14) der winkelgeschwindigkeitsabhängigen Meßeinrichtung (8 bis 14).

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (5) mit der Steuereinrichtung (8 bis 22) eine geschlossene Baugruppe der Zugmaschine bildet. _____

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 287126;
französische Patentschrift Nr. 1068 687;
britische Patentschrift Nr. 602291;
USA.-Patentschriften Nr. 2 974734, 2 924 285.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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