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Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Arbeitstiefenregelung
von an landwirtschaftlichen Fahrzeugen oder dgl. angebauten Boden bearbeitungsgeraten.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Regelung der
arbeitstiefe von an landwirtschaftlichen Fahrzeugen oder dgl. angebauten Bedenbearbeitungsgeräten,
welche vorzugsweise über ein Dreipunktgestände angelenkt sind Und wobei die Arbeitstiefe
(Sollwert) über einen Sollwertainstellhebel vorgewählt und durch Zugkraft- ur.d/oder
Labewerteänderungen, , die über ein Regelgestange auf einen Steuerschieber eines
srafthebers übertragen werden, möglichst konstantbleibend geregelt wird.
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Die Arbeitstiefe kann bei den bekannten Regelungsvor richtungen der
eingangs genannten art durch verschiedene Regelgrößen annänernd konstantbleibend
geregelt werden. bei diesen Systemen wird gefordert, daß eie auftretende Nickbewegungen
des Zugmittels ansgleichen und die Arbeitstiefe auch bei w.chselndem Bodenwiderstand
annähernd konstantbleibend regeln.
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bei der Arbeitstifenregelung nach reiner Zugkraft
(Zugkraftregelung)
wird die Arbeitstiefe durch Vorwählen einer bestimmten Zugkraft geregelt Jedoch
treten beim Regelungsvorgang bei wechsekndem Bodenwideratand große wrbeitatiefenschwankungen
auf, da sich die Arbeitstiefe annähernd umgekehrt proportional mit dem Bodenwideratand
ändert. Um eine gleichbleibende Arbeitstiefe zu erreichen, muß daher von Hand nachgeregelt
werden. Vorteilhaft ist bei diesem System, daß eine gute Korrektur der Nickbewegungen
möglich ist.
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Weiterhin ist die Regelung der Arbeitstiefe über die Regelgröße "Lage"
möglich, bei der die relative Lage des Bodenbearbeitungsgerätes in bezug auf das
Zugmittel geregelt wird (Lageregelung), Diese Regelungaart ist, wie sich aus der
Definition ergibt, keine Arbeitatiefenregelung im eigentlichen Sinne, so daß auch
keine Korrektur der Nickbewegungen möglich ist. Eine Kombination der beiden Regelungsarten
(Zugkraft - und Lageregelung) stellt die Zugkraftregelung mit Lagerückführung dar.
hierbei versteht man eine hegelvorrichtung mit Zugkraftanteil, der auf den Steuerschieber
einwirkt, und dessen Stellung weiter durch eine Lagerückführung beeinflußt wird.
Diese Regelung ermöglicht eine gute Tiefennaltung bei wechselndem Bodenwiderstand.
Nachteil ist hierbei, daß der ageeinfluß es nicht immer gestattet, Miokbewegungen
auszugleichen. Ein Nickbewegungszausgleich ist jedoch notwendig, ds sonst das Bodenbearbeitungsgerät
au. dem boden ausgehoben wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung
sur Ausübung des Verfahren. zu achatfein, bei der bei wechselndem bodenwideratand
und auftretenden Nickbewegungen eine optimale Arbeitsqualität erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zusätzlich
zum Sollwerteinstellhebel mindestens eine weitere Einstellhandhabe zur neeinflussung
des Regelvorganges zur Einhaltung des Sollwertes vorgesehen ist, mit der der Regelvorgang
nach einmaligem Einstellen festgelegt ist, derart, daß er, beeinflußt durch die
Bodenverhältnisse, nach folgenden Eombinatonen von Regelungsarten in der angegebenen
Xeihenfolge oder umgekehrt abläuft: a) Zugkraftregelung - 6ugkraftregelung mit xagerückführung;
b) Zugkraftregelung - Zugkraftregelung mit Lagerückführung; c) Lageregelung - Zugkraftregelung
mit Lagerückführung; d) Lageregelung - Zugkraftregelung; wobei die Bereiche der
Regelungsarten wählbar sind und der uebergang automatisch erfolgt. Der Regelungs
vorgang kann bei diesem system unter Ausnutzung der, für die einzelne Xegelungsart
charakteristischen Vorteile ablaufen.
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Eine Vorrichtung zur ausübung des Verfahrens ist nach der Erfindung,
bei der die Zugkraft- und LagewerteXnderungen nach Eingang an den Geberelementen
zu einem Subtraktionsglied geführt werden dadurch gegeben, daß dem Subtraktionsglied
mindestens ein schwenkbar ortsfest gelagerter hebel zugeordnet ist, dessen freie
Snden Festpunkte darstellen, die innerhalb der Bewegung bahnen von am Subtraktionsg,lied
angeordneten Anschlägen liegen, und die den Einfluß der bage- oder Angkraftwerteänderungen
durch einlage der anschläge an den Festpunkten nach unten und/oder oben, bezogen
auf den Lage- und
Zugkraftregelbereich, begrenzen.
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Das Subtraktionsglied und der ihm zugeordnete hebel stellen eine einfache
bauliche einheit dar, die zentral innerhalb des Gehäuses der Regelvorrichtung anzuordnen
ist.
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Aus der deutschen Patentschrift 1 210 603 ist bekannt geworden, dem
Subtraktionsglied eine Platte zuzuordnen, mit der bei gleichzeitiger Sollwertwahl
eine System schaltung vorgenommen werden kann. Diese anordnung ist jedoch nicht
dazu geeignet, die Systemechaltung automatisch während des Regelvorganges vorzunehmen.
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Eine Erweiterung zur beeinflussung des Regelvorganges ist nach der
Erfindung dadurch gegeben, daß dem Subtraktionsglied zwei für sich unabhängig schwenkbar
ertefest gelagerte, einarmige hebel zugeordnet sind. Mit dieser Maßnahme erhöht
sich die Anzahl der möglichen chaltungen, d.h., es können sämtliche Kombinationen
der Zugkraft- und Lageregelung verwirklicht werden.
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Eine Begrenzung des Lage- und Zugkraftwertebereiches nach oben und
unten ist in vorteilhafter eise dadurch möglich, daß die Festpunkte der einarmigen
Hebel zwischen je zwei im Abstand zueinander am Subtraktionsglied angeordnete Anschläge
liegen.
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Nach der Erfindung ist eine weitere Beeinflussung des Regelvorganges
dadurch gegeben, daß der Abstand der Anschläge für die Lagebereichs- und Zugkraftbereichsbegrenzung
verstellbar ist. Hiermit kann z.b. der Bereich innerhalb dessen die Zugkraftregelung
mit LagerückführBng wirksam ist, verändert werden. Die Einstellhandhaben werden
durch Reibungsschluß in den entsprechenden caltstellunen gehalten.
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Vorteilhaft ist es nach der Erfindung weiter, daß innerhalb des Regelgestänges
unmittelbar nach den Lage-und Zugkraftwerteeingängen federnd belastete wegaufnehmende
Speicher angeordnet sind. Der in das Regelgestange eingebrachte eg eines ausgeschalteten
Systems wird durch diese Speicher aufgenommen, Die mit der Erfindung erzielbaren
Vorteile bestehen zusammenfassend insbesondere darin, daß eine Vorrichtung zur Regelung
der Arbeitsttofe geschaffen wurde, bei der sich der Regelvorgang den jeweiligen
bodenverhältnissen autosatisch anpaßt. Diese Vorrichtung macht sich - je nach den
auftretenden ßodenverhältnissen -die Vorteile der einzelnen Regelungsarten: Zug,
Lage, und Zug mit bagerückfuhrung zueigen, so daß mit dieser Vorrichtung eine optimale
Arbeitsqualität erreicht wird.
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Liegt z.B. ein gering wechselnder Bodenwiderstand bei großen Nickbewegungen
vor, wird man den Regelungsvor gang von der Zugkraftregelung mit Lagerückführung
zur Zugkraftregelung und umgekehrt wechseln lassen. Die Zugkraftregelung mit LagerückSuhrung
wird beim Einstellen des Sollwert es eingeschaltet und kann wechselnden Bodenwiederstand
bei nahezu konstanter bodentiefe ausgleichen. Treten Nickbewegungen auf, wird das
nodenbearbeitungsgerät durch die zugkraft im floden gehalten, da der Lageeinfluß
auskeschaltet ist.
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bei großem wechselnden bodenwiderstand wird man das System Zugkraftregelung
mit Lagerückführung - Lageregelung einstellen, so daß die Arbeitstiefe bei diesen
Verhältnissen konstant gehalten werden kann, aber auch kleinere lmickbewegung,en
ausgeblichen werden können. Durch Einsetzen der Lagebegrenzung nach oben oder nach
unten lassen sich bestimmte Mindesttieien halten.
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In der zeichnung eind Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben.
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Hierbei zeigen: Pig. 1 die schematische Darstellung einer Regelungsvorrichtung
Fig. 2 die Regelungsvorrichtung gemäß Pig. 1 in abgewandelter Form Pig. 3 eine Regelungsvorrichtung
mit zwei iusätzlichen Einstellhandhaben Fig. 4 die Regelungsvorrichtung gemäß Fig.
1 mit einer automatischen Nachstellvorrichtung.
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Ein bodenbearbeitungagerät 1, beispielsweise ein Pflug, ist über ein
an sich bekanntes Dreipunktgestänge 2, beetehend aus unteren Lenkern 3 und einem
oberen Lenker 4 an einem nicht dargestellten landwirtschaftlichen Fahr~ zeug angelenkt.
Die Arbeitstiefe des Bodenbearbeitungsgerätes 1 wird über einen Sollwerteinstellhebel
5 vorgewählt. Ein keilförmiges Verstellglied 6 wirkt beim Verstellen des Sollwerteinstellhebels
5 auf ein federnd belastetes Steuerventil 7 und schließt bzw. öffnet einen llydraulikkreis
8 eines Krafthebers 9, der mittels Hubarmen 10 das Bodenbearbeitungsgerät 1 über
Hubstreben 11, die mit den unteren Lenkern 3 gelenkig verbunden sind, senkt bzw.
anhebt. Der obere Lenker 4 übt beim Regelungsvorgang in Folge wechselnder Kraft
Z am Bodenbearbeitungsgerät Zug- bzw. Druckkräfte auf einen Meßwertgeber 12 z.B.
eine Blattfeder, aus. Die aufgenommenen Kräfte machen sich in wegänderungen innerhalb
eines Xeeelgestänges 13 bemerkbar, die über das Verstellglied 6 auf das Steuerventil
7 einwirken. Innerhalb des Regelgestanges 13 befindet sich ein bubtraktionshebel
14, auf den einerseits die fiugkrafteinflüsse und andererseits durch eine Lagenocke
16 die Lageeinflüsse einwirken. Dem Subtraktionsglied 14 ist ein, in einem Lager
17 schwenkbar
ortsfest gelagerter, zweiarmiger Hebel 18 zugeordnet.
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Die freien nden stellen Festpunkt 19, 20 dar, die innerhalb der bewegungsbahnen
von Anschlägen 21 und 22, die am Subtaktionsglied 14 angeordnet sind, liesein. Die
isage des zweiarmigen knebels 18 ist durch eine zusätzliche Einstellhandhabe 23
veränderlich. Die Verbindung von der Einstellhandhabe 23 zum zweiarmigen Hebel 18
ist durch ein Schaltgestänge 24 gegeben, das in einem Lager 25 reibschlüssig geführt
ist, so daß es durch die auftretenden Stellkräfte nicht verschoben werden kann.
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In der gezeichneten Stellung ist die Regelungsart Zugkraft mit proportionaler
Lagerückführung wirksam, da die Einflüsse der zugkraft und die der Lage ungehindert
auf das Steuerventil 7 wirken können. Verschwenkt man die zinstellhandhabe 23 in
Pfeilrichtung K nach rechts, verdreht man den zweiarmigen nebel 18 entgegen dem
Uhrzeigersinn um die Xagerstelle 17. hierdurch verkleinert sich der abstand b des
Festpunktes 19 zum anschlag 22, während sich der Abstand a zwischen den Festpunkten
20 und dem Anschlag 21 vergrößert. Das hat zur Folge, daß beim Regelungsvorgang
die Zugkraftregelung mit Lagerückführung wirksam ist, so lange, bis eine Wegänderung
innerhalb des Zugkraftregelgestän&es 13 - hervorgerufen durch Zugkraftwerteänderungen
- am bodenbearbeitungagerat 1 den Abstand b derartig verringert hat, bis der Anschlag
22 am Festpunkt 19 anliegt. Von diesem Augenblick an ist die Zugkraftregelung ausgeschaltet,
während die Lageregelung weiter wirksam ist. Diesen Übergang würde man z.B. wählen,
falls der Boden Bodenwiderstandsänderungen aufweist und kleinere Nickbewegungen
vorliegen.
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Verschwenkt man die Handhabe 23 nach links in Richtung ii,
verkleinert
sich der Abstand "a", während der abstand "b" sich vergrößert. Das hat zur Folge,
daß, falls das Bodenbearbeitungsgerät 1 eine bestimmte Lage erreicht hat, die Lageregelung
nach Uberwinden des Abstandes "a" ausgeschaltet ist, während vorher mit Zugkraftregelung
und proportionaler Lagerückföhrung geregelt wurde. Von nun an ist allein die Zugkraftregelung
wirksam, d.h., es erfolgt ein vollkommener Nickbewegungsausgleich, wobei Jedoch
das Gerät automatisch bei scnweren Stellen im Boden nach oben ausweichen kann. Der
Übergang von Zugkraftregelung auf Zugkraftregelung mit Lagerückfüh rung ergibt sich,
falls man die instellhandhabe nach links in wichtung L verschwenkt bis der Festpunkt
20 am Anschlag 21 anliegt und das Subtraktionsglied 14 von der Lagenocke 16 abhebt.
Mit geringer werdender Arbeitstiefe schaltet sich der Lageeinfluß automatisch nieder
ein. Der Übergang von Lageregelung auf Zugkraftregelung mit Lageräckführung ergibt
eich in analoger speise. Die Bereiche der Regelungsarten sind durch die jeweilige
Stellung der Einstellhandhabe 23 frei wählbar.
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In Fig. 2 ist der zweiarmige Hebel 18 mit einem zusätzlichen Festpunkt
26 versehen, obei die Festpunkt 20 und 26 den Regelbereich der Lage nach oben und
unten, bezogen auf den Gesamtregelbereich der Lage, begrenzen.
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Der Abstand zwischen den Festpunkten 20 und 26 ist so gewählt, daß
er dem gesamten Lageregelbereich entspricht.
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bei dem in Fig. 3 dargestellten System sind dem bubtraktionsglied
14 zwei einarmige Hebel 28, 29 zugeordnet.
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Jeder der einarmigen Hebel 28 und 29 ist um je eine Lagerstelle 50
und 31 für eich ortsfest schwenkbar gelagert. Über eine Einstellhandhabe 52 läßt
sich der einarmige Hebel 28 verschwenken, während der einarmige Hebel 29 durch die
Einstellhandhabe 93 verschwenkt erden kann.
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Diee hat den Vorteil, daß die Lage und Zugkraftregelbereiche
unabhängig
voneinander begrenzt werden können.
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In der gezeichneten Stellung ist die Zugkraftregelung mit der proportionalen
Rückführung von der Lage aus wirksam. Verschwenkt man die Einstellhandhabe 32 in
Richtung L, wird die Lageeinwirkung bei größer werdender Arbeitstiefe, d.h., die
dubarme drehen sich im Uhrzeigersinn, ausgeschaltet, so daß ab diesem Zeitpunkt
reine Zugkraftregelung wirksam ist. bei Verschwenken der Einstellhandhabe 32 in
Richtung R erfolgt der Übergang von Zugkraftregelung mit Lagerückführung zur Zugkraftregelung.
Falle man die Einstellhandnabe 33 nach links in wichtung ii verschwenkt und die
Sinstellhandhabe 32 in der gezeichneten Stellung beläßt, ergibt sich der Übergang
von Zugkraftregelung mit Lagerückführung zur Lageregelung. Durch die Stellung der
ligand haben 32 und 33 können die Regelbereiche beliebig variiert werden. Lageregelung
erhält man, indem man die Sinstellhandhabe 33 nach links in Richtung L verschwenkt,
wobei man die Einstellhandhabe 32 in der gezeichneten Einstellung beläßt. Zugkraftregelung
liegt vor, indem man die Einstellhandhabe 32 in itichtung L verschwenkt, während
man die binstellhandhabe 33 in der gezeichneten Stellung beläßt. Am Subtraktionsglied
14 kannen den Anschlägen 21, 22 bedarfeweise weitere Anschläge 34, 35 zugeordnet
sein. Mit den Anschlägen 34, 35 läßt sich der Einfluß der isage- und Zugkraftwerte
nach unten (d.h.
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in Richtung kleiner werdender Zugkraft bzw. kleiner werdender Arbeitstiefe)
unabhängig von der Stellung der binstellhandhabe 32 und 33 zusätzlich beeinflussen,
so daß die Grenzen innerhalb denen die Lage und/oder Zugkraftregelung nicht wirksam
ist, eingeengt werden können.
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beim arbeiten mit dem in Fig 1 dargestellten system kennen üuf unrund
der charakteristischen Eigenschaften
der ugkraftregelung mit agerückführung
Nachteile in bezug auf die Nickbewegungskorrektur auftreten. Angenommen, das Bodenbearbeitungegerät
arbeitet mit Zugkraftregelung und Lagerückführung bei einer bodentiefe T1, , einem
Bodenwiderstand S0 und einer Zugkraft Z1¢ Die Einstellhandhabe 23 sei dabei so eingestellt,
daß der Lage einfluß im ersten Stadium einer Nickbewegung ausgeschaltet wird.Ändert
sich nun der Bodenwiderstand in Richtung größeren werten, nimmt die Arbeitatiefe
T1ab, wobei jedoch der Lugkraftanteil für die Umschaltung um einen Betrag dz steigt.
Käme nun eine Nickbewegung, so würde die Schaltung nicht bei dieser Arbeitstiefe
stattfinden, sondern das Bodenbearbeitungs gerät würde aus dem Boden nach oben ausweichen,
bid die ursprüngliche Zugkraft Z1 erreicht wird. Danach würde eine Umschaltung auf
reine ugkraft stattfinden.
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Um diesen nachteil zu vermeiden, muß also bei der Umschaltung von
Zugkrdftregelung mit agerückführung auf Zugkraftregelung der Festpunkt 20 möglichst
nahe am Anschlag 21 stehen. Umgekehrt bei Umschaltung von Zugkraftregelung mit agerückführung
auf Lage, muß ein geringer Abstand zwischen dem Festpunkt 19 und dem Anschlag 22
vorausgehen. hierzu ist gemäß Fig. 4 dem Schaltgestänge 24 ein Stellgetriebe 41
zugeordnet. Am Subtraktionshebel 14 sind weiter Kontaktflächen 43, 44 vorgesehen,
auf denen ein federnd belasteter Kontaktstift 45 gleitet, der über eine elektrische
Leitung 46 an einer nicht dargestellten Stromquelle und am Stellmotor 42 mit geringer
Drehzahl angeschlossen ist. Eine weitere Leitung 47 schließt einen Stromkreis über
die Kontaktschiene 43 und die Leitung 46, so daß der zweiarmige hebel 18 nach rechts
bewegt wird. Fails er die Kontaktsciiiene 44 erreicht, tritt eine Umpolung der Stromrichtung
auf, da die Kontaktschiene 44 über eine Leitung 48 mit dem rotor verbunden ist.
hierdurch dreht sicii der otelllciotor 42 in
entgegengesetzter
Richtung und führt den zweiarmigen Hebel 18 in seine bullatellung zurück. In gleicher
Weise wird der gestrichelt eingezeichnete Stromkreis 49 für das Ausschalten des
nugkrafteinflusses aufgebaut. Beide Stromkreise können nicht gleichzeitig auf das
System einwirken. Diese elektrische Nachstellvorrichtung kann auch durch einen hydraulischen
oder mechanischen Dämpfer, der innerhalb des Regelgeständes 13 unmittelbar nach
dem Lagewerteeingang angeordnet ist, so daß das lagesignal mit einer Zeitverspätung
in den Regelkreis eingeführt wird, ersetzt werden.
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Bei sämtliche angeführten Systemen sind innerhalb des Regelgestänges
13 unmittelbar nach Eingang der Meßwerte (Lage und Zugkraft) federnd belastete wegaufnehmende
Speicher 36 angeordnet, die auch z.B. durch ein Manloch 37 ersetzt werden können,
so daß die in das Regelgestänge 13 eingebrachten Wegeänderungen eines in ausgeschaltetem
Zustand befindlichen Systemes abgefangen werden.
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Weiter kann es bei diesem System vorkommen, daß im Kraftheber 7 bei
Umschaltung der Systeme ein Vakuum entsteht. Dieses kann durch ein Rückschlagventil
38 (Fig. 1) verhindert werden, das zwischen der Zulaufleitung 39 zum kraftheber
9 und der Ablaufleitung 40 einscsetzt ist.
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Beim Arbeiten dieser Regelungsvorrichtung wird folgendermaßen vorgegangen:
Mit dem Sollwerteinstellhebel wird der Sollwert, d.h.
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die gewünschte Arbeitstiefe des Bodenbearbeitungagebrätes 1 eingestellt.
Danach stellt die bedienungaperson den für den Obergang maßgebenden spielraum mit
den
handhaben 23 (Fig. 1, 2) bzw. 32, 33 (Fig. 3) ein.
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Bei dem in Fig. 1 gezeigten System wird der Abstand "b", der für die
Umschaltung des Systems auf Lageregelung maßgebend ist, eingestellt, in dem die
Bedienungsperson die Einstellhandhabe 23, so weit nach rechts in Richtung R verschwenkt,
bis der Festpunkt 19 am Anschlag 22 anliegt, so daß ein Senkvorgang kurzzeitig eingeleitet
wird. Anschließend kann der Abstand b gewählt werden. Der Abstand 7a'8, der für
die Umschaltung des Systems auf Lageregelung maßgebend ist, wird in entsprechender
Weise gewählt. Das Anliegen des Festpunktes 20 am Anschlag 21 macht sich in der
Einleitung eines Hubvorganges bemerkbar. Für die minstellung des in Fig. 3 gezeigten
Systems gilt sinngemäß das gleiche.
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Möglich ist, daß dieser Einstellvorgang auf einer Skala direkt abgelesen
werden kann.
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Weiter können die Festpunkt 19, 20 und die Anschläge 21, 22 bzw. 34,
35 mit Kontaktflächen versehen sein, die bei entsprechender Anlage z.B. des Festpunktes
20 am Anschlag 21 gemäß Fig. 1 einen Stromkreis eines opfischen Anzeige systems
schließen, so daß vorzugsweise am Armaturenbrett ein entsprechendes Signal erscheint,
das der Bedienungsperson das Arbeiten des Systems nach der jeweiligen Regelungsart
anzeigt.