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Zugkraftregeleinrichtung
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Bei einer bekannten Regeleinrichtung dieser Art ("Mikrocomputer auch
für die Landwirtschaft" FAZ v. 13.1.79) für einen Schlepper mit Allradantrieb überwacht
ein Camputer die an der Anhängekupplung zwlscllen dem Schlepper und einum Pflug
oder einer anderen Maschine wirksamenra..fte. Ist beispielsweise ein Pflug angekuppelt
und die Tiefe der Pflugschar am Armaturenbrett eingestellt, dann sorgt ein Mikrocomputer
für eine konstante Zugkraft und Pflugschartiefe, indem er entsprechende Signale
an die elektromagnetisch gesteuerten Hydraulikventile liefert. Die Eingangssignale
erhält der Computer in Form von Spannungsschwankungen von den induktiven Sensoren,
die an der Kupplung angebracht sind.
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Wie bei dieser vorbekannten Zugkraftregeleinrichtung werden auch bei
allen anderen bekannten Zugkraftregeleinrichtungen die zwischen dem Schlepper und
dem Pflug wirksamen Kräfte mittels eines am Heck des Schleppers angeordneten, entweder
über einen der Unter- oder den Oberlenker betätigten Federmeßgliedes ermittelt.
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Aufgrund der Reaktion des Federmeßoliedes auf die vom Pflug erzeugten
Kräfte wird dieser durch den Kraftheber derart gesteuert, daß diese Kräfte und damit
die Pflugtiefe im wesentlichen konstant auf der vom Schlepperfahrer vorgegebenen
Große bleibt. Dringt der Pflug z.B. aufgrund von Nickbewegungen des Schleppers tiefer
in den Boden ein, so steigt
die zur Überwindung des sich dabei erhöhenden
Bodenwiderstandes bendtigte Zugkraft an, worauf die Regeleinrichtung mit einem entsprechenden
Anheben des Pfluges reagiert. Dementsprechend reagiert die Regeleinrichtung mit
einem Absinken de Pfluges, wenn der Zugwiderstand des während einer Nickbewegung
mehr oder weniger aus dem Boden austretenden Pfluges abfällt.
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Allen bekannten Zugkraftregeleinrichtungen ist gemeinsam, daB je nach
dem, in welcher Tiefe der Pflug im Boden arbeitet, die hinteren Räder des Schleppers
in unterschiedlicher Höhe belastet werden. Die Belastung setzt sich dabei aus einem
von der Pflugtiefe im wesentlich unabhängigen Anteil und den beim Pflügen auftretenden
dynamischen Kräften zusammen. So ist die Hinterachse des Schleppers bei ausgehobenem
Pflug nicht nur durch dna volle Pflunqel.lichtasndPrn such durch eine der Entlastung
der vorderen Räder entsprechende Kraft belastet. Nach dtrn Einsetzen des Pfluges
in den Boden wird die Hinterachse mit einem auch mit größer werdender Pflugtiefe
nicht mehr wesentlich geringer werdenden Teil des Pfluggewichtes belastet. Dafür
steigen jedoch die aus der dynamischen Beanspruchung des Pfluges resultierenden
Kräfte an. Bei Schleppern ohne Allradantrieb ist dieser Umstand an sich günstig,
da dadurch die Zugfähigkeit des Schleppers verbessert wird.
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In der Praxis kann so der Schlupf der hinteren Räder des Schleppers
bei ungünstigen Bodenverhältnissen wesentlich verringert werden.
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Andererseits ist dieser Umstand insofern nachteilig, als die Vorderachse
mit zunehmender Belastung der Hinterachse stark entlastet wird. Das kann bei Verwendung
von schweren Anbaupflügen so weit gehen, daß die gelenkten vorderen Räder des Schleppers
zeitweise keinen ausreichenden Bodenkontakt
bekommen. Damit das
Fahrzeug nicht manövrierunfähig wird ist man gezwungen, zum Ausgleich vorn am Schlepper
einige Frontanbaugewichte zu befestigen, womit zwar diese Schwierigkeit beseitigt
ist. Im Vergleich zur konstant bleibenden Pflugleistung steigt nunmehr aber die
Beanspruchung des Bodens erheblich an. Abgesehen davon kann die Anzahl der anzuhängenden
Frontanbaugewichte nur geschätzt, nicht dagegen genau bestimmt werden.
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Um die Bennspruchunq des Bodens in vertretboren Grenzen zu haiten
und andererseits keine Überbeanspruchung der einzelnen Reifen zu erhalten ist man
dazu übergegangen, die Zugkraft über alle Räder des Schleppers in den Boden einzuleiten.
Bei solchen Schleppern, deren Antrieb in der Regel so ausgelegt ist, daß in Abhängigkeit
von der Belastung der jeweiligen Achse ein bestimmter Anteil der Gesambzugkraft
über die Vorder- und die Hinterachse übertragen wird, bringt die Entlastung der
Vorderachse einen weiteren Nachteil mit sich. Es kann nämlich über die vorderen
Räder nicht mehr die ursprünglich vorgesehene Zugkraft, sondern lediglich ein geringerer
Teil derselben in den Boden eingeleitet werden, da dieser auch abhängig ist von
der Radlast. Die entsprechende Minderleistung wird vielmehr zusätzlich über die
hinteren Räder in den Boden geleitet, wobei aufgrund der höheren Umfangskraft ein
höherer Schlupf eintritt. Dieser teilt sich, da sämtliche Räder miteinander mechanisch
verbunden sind, rauch den vorderen Rädern entsprechend mit. Da Schlepper mit Allradantrieb
in der Regel nur für sehr große Zuglefstungen eingesetzt werden, muß ein übermäßig
hoher Schlupf aher nicht nur deshalb vermieden werden, weil der Boden hierdurch
unnötig geschädigt wird, sondern euch um unnötige Verluste wegen des dabei stark
absinkenden Wirkungsgrades der Kraftübertragung zu vermeiden,
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zugkraft regeleinrichtung für die eingangs
erwähnten Schlepper zu schaffen, bei welcher ständig eine optimale Zugkraftübertr2-gung
sowohl an der Vorder- ala auch an der Hinterachse gegeben ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im kennzeichnenden Teil des Anspruches
1 beschriebene Maßnahme vorgeschlagen. Die Erfindung ermöglicht es beim Pflügen
nicht nur die Arbeitstiefe, sondern auch die Achslastverteilung so zu regulieren,
daß sämtliche angetriebenen Räder den ihnen zugeteilten Anteil an der Gesamtzugkraft
in den Boden übertragen. Der nicht vermeidbare Schlupf und damit verbundene Verluste
können so auf ein Mindestmaß abgesenkt werden.
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tdL'il die entlastung der Vorderachse beim Pflügen von der am Pflug
angreifenden Bodenwiderstandskraft abhängt, ist gemäß Anspruch 2 die Arbeitetiefe
in Abhängigkeit von der Entlastung geregelt.
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Die gemäß Anspruch 3 vorgeschlagene Anordnung des Federmeßgliedes
im Bereich der Vorderachse und dessen Belastung mit der auf die Vorderachse einwirkenden
Kraft ermöglicht es die Größe der Entlastung der Vorderachse in einfachster Weise
zu bestimmen. Außerdem kann mit diesem Wert ermittelt werden, wieviele Frontanbaugewichte
am Schlepper anzubringen sind, um in Abhängigkeit von dem bekannten Gewicht des
Schleppers und des Pfluges sowie deren Abmessungen für eine gpuiünschte Arbeitstiefe
eine optimale Zugkraftübertragung an allen Rädern zu erreichen.
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In Verbindung damit, daß nach dem Merkmal des Anspruches 4 der
Pendelbolzen
bzw. bei Knickschleppern mit Drehknickgelenk die Auflagepunkte der Vorderachse als
Federmeßglied verwendet wird, kann ein Dehnmeßstreifen als Sensor vorgesehen werden,
da dessen Spannung als Maß für den Arbeitswiderstand in an sich bekannter Weise
mit einem Sollwert vergleichbar ist und ein Steuersignal zur Verstellung eines spannungsproportional
ansteuerbaren Steuerschiebers liefert. Gleichzeitig ist ein bei Schleppern mit am
Schlepperrahmen pendelbar aufgehängt er Vorderachse sowieso vorhandenes Funktionsteil
einer weiteren Funktion zugeführt.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale der Erfindung gehen
aus den ührigen Ansprüchen und einer Beschreibung anhand einer Zeichnung hervor.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Regeleinrichtung7 bei der die Zugkraft in Abhängigkeit
von der Entlastung der Vorderachse geregelt ist und Fig. 2 eine Regeleinrichtung,
bei de die Zugkraft in Abhängigkeit von den durch die Antriebswellen zu den angetriebenen
Rädern übertragenen Drehmomente geregelt ist.
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Die beiden auf der Erfindung basierenden Lösungswege zur Regelung
der Zugkraft sind an zwei gleichartigen Schleppern mit Allradantrieb dargestellt.
Beide in den Fig. 1 und 2 gezeigten Schlepper besitzen vordere Räder 1 sowie hintere
Räder 2.
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Die die Räder 1 tragende Vorderachse 3 ist um einen Pendelbolzen 4
pendelbar gelagert, welcher in einem Vorderachsbock 5 eingesetzt ist. Der Antrieb
der Räder 1 erfoigt über
eine als Gelenkwelle 6 ausgebildete Antriebswelle
vom nicht gezeigten Getriebe aus.
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Am Heck des Schleppers befindet sich eine Geräteanhauvorrichtung,
von der lediglich einer der unteren Lenker 7 gezrl irt. Dieener steht in bekannter
Wciuc Uber eine Hubstrebe 8 mit einem Kurbelarm 9 der Kraftheberwelle 10 in Verbindung,
an deren anderen Kurbelarm 11 die Kolbenstange 12 eines im Kraftheber 13 verschiebbaren
Kolbens 14 angreift.
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Der Druckraum 13a des Krafthebers 13 steht über Druckmittelleitung
15 mit einem spannungsproportionalen Ventil 16 in Verbindung. Je nach Stellung des
Ventiles 16 erfolgt eine Beaufschlagung des Kolbens 14 mit von der Pumpe 17 geförderten
Druckmittel, wobei die unteren Lenker 7 angehoben werden oder eine Entspannung des
Krafthebers 13, wobei die unteren Lenker 7 abgesenkt werden.
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Die Erregerspule des spunnungsproportionalen Ventiles 16 steht mit
einem im Gehäuse 18 untergebrachten Mikroprozessor in Verbindung, welcher dem Zugwiderstand
eines an der Geräteanbauvorrichtung befestigten, arbeitenden Pfluges entsprechende
Signale mit über einen Handhebel 19 eingegebene Sollwerte vergleicht und in eine
Spannung bestimmter Höhe umformt, mittels der der Steuerschieber des Ventiles 16
betätigt wird.
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Zur Ermittlung des Arbeitewiderstandes eines Pfluges ist gemäß Fig.
1 auf dem Pendelbolzen 4 ein Dehnmeßstreifen 20 befestigt. Dieser liefert in Abhängigkeit
von den der Belastung der Vorderachse 3 entsprechenden Siegespannungen im Pendelbolzen
4 Signale an den Mikroprozessor. Bei der in bekannter Weise erfolgenden Verarbeitung
dieser Werte wird folgendes berücksichtigt:
Bei Schleppern mit
Allradantrieb ist die Achslastverteilung in der Regel so gewählt, daß 40 % des Gesamtgewichtes
des Schleppers von der Vorderachse und 60 % des Gesamtgewichtes von der Hinterachse
aufgenommen wird. Bei dieser Annahme ist nach entsprechender Auslegung des Antriebs
und der Räder eine optimale Kraftübertragung an allen Rädern gegeben. Diese optimale
Achslastverteilung ändert sich beim Anhängen eines Pfluges, weswegen dessen Gewicht
durch vorn am Vorderachsbock befestigte Frontanbaugewichte ausgeglichen werden muß.
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Sind die Gewichte sowie die relevanten Abmessungen von Schlepper und
Pflug bekannt, so kann die Anzahl der anzuhangenden Frontanbaugewichte ohne Schwierigkeiten
aufgrund der vom DehnmeSstreifen 20 angezeigten Entlastung der Vorderachse 3 durch
den Mikroprozessor berechnet und angezeigt werden.
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Aber nicht nur durch das Anhängen eines Pfluges wird die Vorderachse
3 entlastet, sondern auch durch den Arbeitswiderstand selbst. Diese Entlastung läßt
sich am einfachsten anhand eines Versuches ermitteln, wobei ein kurzes Stück mit
der gewünschten Pflugtiefe gearbeitet wird. Die auf diese Weise hervorgerufene Entlastung
der Vorderachse wird in der gleichen Weise wie beschrieben über den Dehnmeustrelren
20 erfaBt und zur Ermittlung der noch anzuhängenden Frontanbaugewichte herangezogen.
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Die vom Dehnmeßstreifen unter diesen Bedingungen angezeigte Spannung
entspricht darüber hinaus dem Sollwert des Zuowiderstandes, den die Regeleinrichtung
auch bei Nickbewegungen oder beim Durchfahren von unterschiedlich festen Böden einhalten
soll Am Beispiel einer Nickbewegung des Fahrzeuges wird nunmehr die Arheitsweise
der Regeleinrichtung beschrieben.
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Fährt der Schlepper mit seinen vorderen Rädern 1 in eine Senke, so
hebt sich der Pflug mehr oder weniger aus dem Boden heraus. Da dabei der Arbeitawiderstand
sinkt, wird die Vorderachse 3 höher belastet. Ein entsprechendes Signal vom Dehnmeß6treifen
20 wird im Mikroprozessor anhand des vorher ermittelten Sollwertes verglichen, worauf
ein Stellsignal erzeugt wird, welches das Ventil 16 in der Weise betStigt, daß der
Pflug abgesenkt wird, bis die gewünschte Arbeitstiefe wieder erreicht ist. Bewegen
sich die vorderen Räder aus der Senke heraus, so dringt der Pflug weiter in den
Boden ein, so daß der Arbeitswiderstand stark anwächst.
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Damit verbunden ist eine Entlastung der Vorderachse 3, wobei auch
nun wieder das entsprechende Signal des DehnmeB-streifens 20 im Mikroprozessor verarbeitet
wird und über den Kraftheber 13 zu einem Anheben des Pfluges führt.
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Bei der Fig. 2 beschriebenen Regeleinrichtung werden über zwei induktive
Meßwertgeber 21 die Drehmomente in den Antrtebnwellen zu den vorderen Adern 1 (Gelenkwelle
6) und hinteren Rädern 2 ermittelt. In Abhängigkeit von vorgegebenden Großen werden
auch diese Signale im Mikroprozessor verarbeitet und führen in bereits beschriebener
Weise zu einem Ansprechen der Regeleinrichtung.