DE2921126A1

DE2921126A1 - Vorrichtung zum messen und regeln der zugkraft einer zugmaschine

Info

Publication number: DE2921126A1
Application number: DE19792921126
Authority: DE
Inventors: Jean Jacques Lasoen
Original assignee: Massey Ferguson Services NV
Current assignee: Massey Ferguson Services NV
Priority date: 1978-05-30
Filing date: 1979-05-25
Publication date: 1979-12-13
Also published as: GB1601377A; FR2438831B1; FR2438831A1; ES481100A1; IT1121303B; ES8103374A1; IT7923144A0; ES489433A0; US4286669A; BR7903459A; CA1116943A; FR2433742B1; PL128147B1; AR220942A1; FR2433742A1; PL215950A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und Regeln der Zugkraft einer Zugmaschine mit einem in dem Maschinengehäuse zweifach gelagerten Biegestab, an dem außerhalb des Maschinengehäuses Lenker angreifen, sowie mit einem Meßstab/ der mit seinem Ende außerhalb der Mitte des Biegestabes an diesem befestigt ist und bei Durchbiegung des Biegestabes eine Stellung einnimmt, die der Tangente an die Biegelinie des Biegestabes an der Befestigungsstelle des Meßstabes entspricht und dessen freies Ende durch eine Meßeinrichtung abtastbar ist, die ein Steuersignal für die Beeinflussung der Zugkraft der Zugmaschine liefert, wobei zur horizontalen Führung des freien Endes des Meßstabes auf dem Biegestab neben seinem, dem Meßstab zugeordneten Auflager ein Arm befestigt ist, der einen horizontalen Schlitz aufweist, in dem das freie Ende des Meßstabes gleitet.

Bei solchen, z.B. durch das DBP 2 449 648 bekanntgewordenen Zugkraftmeß- und Steuervorrichtungen treten im wesentlichen zwei Probleme auf. Erstens ist in solchen Vorrichtungen ein beträchtlicher Betrag innerer Reibung vorhanden, beispielsweise in den Lagerungen des Biegestabes und in der Meßvorrichtung, was zu einer beträchtlichen Hysterese führt, welche die Vorrichtung ungenau macht und zu Verzögerungszeiten bei Zugkraftänderungen führt. Zweitens wird der Biegestab extrem hohen Zugkräften ausgesetzt, welche zu Biegespannungen im Biegestab führen, die die Elastizitätsgrenze des Stabmateriales überschreiten, selbst wenn dieser wärmegehärtet worden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zugkraftmeß- und Steuervorrichtung für Traktoren zu schaffen, bei der die oben genannten Mängel nicht auftreten und eine jederzeitige genaue Messung und Regelung der Zugkraft gewährleistet ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Meßeinrichtung aus einem Verstellnocken und einem am Meßstab vorgesehenen Tastglied, welches auf den Verstellnocken einwirkt, sowie einem weiteren, am Meßstab angeordneten, in dem Schlitz laufenden Tastglied gebildet und die Anordnung so getroffen ist, daß bei einer Durchbiegung des Biegestabes sich das Ende des Meßstabes in der durch den Schlitz festgelegten Ebene bewegt, wobei die Verstellnocke durch das Tastglied um einen Betrag verschwenkt wird, der proportional zu der am Biegestab jeweils anliegenden Zugkraft "X" ist.

Die im wesentlichen in einer horizontalen Ebene erfolgenden Zugkraftänderungen sind nützliche Größen zur Steuerung der senkrechten Position der Zugglieder, um einen im wesentlichen konstanten Zug zu erreichen, wobei es wünschenswert ist, die Wirkung senkrechter Kräfte auf den Biegestab zu vermeiden. Dies wird erreicht, indem ein Führungsglied für die Meßvorrichtung in einer im wesentlichen horizontalen Ebene angeordnet wird. Dadurch wird sichergestellt/ daß das Ausgangssignal der Meßvorrichtung im wesentlichen durch die horizontalen Zugkräfte erzeugt wird.

Durch die voneinander unabhängige Ausbildung eines Nockenabtasters und eines Führungstasters wird die innere Reibung der Meßeinrichtung wesentlich verringert. Insbesondere wenn beide Taster mit drehbaren Rollen ausgestattet sind, die dabei auf dem Meßstab lagern, ist es möglich, daß jeder Abtaster im rollenden Kontakt mit der Steuernocke bzw. der Führungsfläche ist, so daß Gleitreibung vollständig ausgeschlossen werden kann, welche in bestimmten Betriebszuständen bei Einrichtungen mit nur einem Abtaster für die Nocke und die Führungsbahn auftreten kann.

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Vorzugsweise ist die Anordnung so getroffen, daß der Arm, in welchem der Verstellnocken lagert, unmittelbar auf dem Ende des Biegestabes sitzt und die Lagerung für den Verstellnocken trägt, wobei der Lagerzapfen des Verstellnockens einen erheblich geringeren Durchmesser aufweist als der Biegestab.

Erfindungsgemäß weist außerdem der Biegestab zwischen seinen Lagerenden einen solchen Querschnitt auf, daß im unbelasteten Zustand seine neutrale Faser "Z" quer zu der durch die Lager verlaufende Längsachse "Y" in Richtung "X" des Angriffes der Zugkräfte verschoben ist.

Grundsätzlich ergeben sich zwei wesentliche Vorteile gegenüber bekannten Vorrichtungen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wesentlich genauer, da die durch die Reibungskräfte in den Lagerungen des Biegestabes bewirkten Momente wesentlich verringert werden. Außerdem kann bei Verwendung eines Biegestabes mit verschobener neutraler Faser der Querschnitt so gewählt werden, daß die Biegespannungen in der Außenfläche des Stabes erheblich geringer sind, was in der nachfolgenden Beschreibung im einzelnen erklärt wird.

Die Tastglieder am Ende des Meßstabes sind unabhängig voneinander drehbar gelagerte Rollen. Eine Seite des FührungsSchlitzes ist als Führungsbahn für das in dem Schlitz laufende Tastglied ausgebildet. Schließlich weist der Biegestab zwischen seinen Lagerenden einen solchen Querschnitt auf, daß im unbelasteten Zustand seine neutrale Faser "Z" quer zu der durch die Lager verlaufenden Längsachse "Y" in Richtung "X" des Angriffes der Zugkräfte verschoben ist. Der Querschnitt des Biegestabes liegt symmetrisch zur Zugebene "X". Er bildet mit der querverschobenen neutralen Faser einen Kreisabschnitt.

Die Leichtgängigkeit wird auch dadurch gesichert, daß auf den Enden des Biegestabes Lagerkugeln sitzen, auf denen die entsprechend kegelig ausgebildeten Lenkerenden lagern und daß die axiale Verschiebung der Kugeln auf den Biegestabenden durch Widerlager derart begrenzt ist, daß eine Berührung der Kugellagerungen und Lenker mit Teilen des Fahrzeuges bei jeder Arbeitsstellung vermieden ist.

Der Erfindungsgedanke läßt die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zu. Eine davon ist in der anliegenden Zeichnung wiedergegeben und wird nachstehend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht der Einrichtung, teilweise im Schnitt;

Fig. 2 eine diagrammatische perspektivische Darstellung im vergrößerten Maßstab;

Fig. 3 einen Teilschnitt im vergrößerten Maßstab des einen Endes des Biegestabes gemäß Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnitt nach den Linien IV-IV durch Fig. 1;

Fig. 5 eine diagrammatische Ansicht des unbelasteten Biegestabes;

Fig. 6 eine diagrammatische Ansicht des Biegestabes, wenn er vertikalen Kräften ausgesetzt ist;

Fig. 7 eine diagrammatische Ansicht des Biegestabes, wenn er horizontalen Kräften ausgesetzt ist;

Fig. 8 eine diagrammatische Ansicht im vergrößerten Maßstab zur Anzeige der Kräfte, die auf den Biegestab in einem bestimmten Belastungszustand einwirken;

Fig. 9 diagrammatische Darstellungen eines Teiles und 10 des Biegestabes gemäß Fig. 1 im vergrößerten Maßstab, wobei der Stab im unbelasteten und im belasteten Zustand gezeigt ist;

Fig. 11 einen Teilschnitt durch Fig. 1 mit einer anderen Anordnung, durch welche die Verdrehung des Biegestabes verhindert wird und

Fig. 12 eine schematische Darstellung eines mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgestatteten Traktors.

Des besseren Verständnisses halber ist in Fig. 12 ein Traktor 70 schematisch dargestellt, der mittels einer Kupplungseinrichtung mit einem landwirtschaftlichen Gerät 60, beispielsweise einem Pflug, gekuppelt ist. Zu dieser Kupplungseinrichtung gehören zwei untere Lenker 15, von denen in Fig. 12 nur einer zu erkennen ist, und ein oberer Lenker 75. Die Lenker 15 und 75 bilden zusammen eine sogenannte Dreipunkt-Geräteaufhängung bekannter Art. Die unteren Lenker 15 können mit Hilfe von Hubstangen angehoben werden, die mit einem Hubarm 71 verbunden sind, welcher auf einer Querachse 76 gelagert ist. Zum Heben

und Senken des Hubarmes 71 dient ein sogenannter Kraftheber mit einem in einem Hydraulikzylinder 73 geführten Arbeitskolben 74 und einer Kolbenstange 72. In dem Getriebegehäuse 9 ist in der durch das Bezugszeichen "10" angedeuteten Höhe ein noch später zu beschreibender Biegestab gelagert, welcher in seiner Anordnung und Ausgestaltung Gegenstand der Erfindung ist und zum Messen und Regeln der Zugkraft der Zugmaschine dient.

Gemäß Fig. 1 und 2 weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Biegestab 10 auf, der an seinen Enden zylindrische Achsen 11 aufweist, welche in Lagerungen 12 sitzen, die von den Wänden 9 des Hinterachsgehäuses des Traktors getragen werden. Außerhalb der Lager 12 sitzen am Biegestab 10 Endstücke 13, auf welchen Lagerkugeln 14 sitzen, auf denen sich die Zugglieder in Form von unteren Hebeln 15 führen. Diese sind so angeordnet, daß sie die Zugkräfte auf den Biegestab 10 übertragen, wie es durch die Pfeile X in Fig. 1 angegeben ist.

Der Biegestab 10 besteht aus hochbeanspruchbarem Federstahl und ist einer Wärmebehandlung unterzogen, um ihre mechanischen Eigenschaften weiter zu verbessern. Insbesondere sind die Lagerteile und Endstücke der Welle gehärtet.

Bei einem typischen Ausführungsbeispiel beträgt die Gesamtlänge des Biegestabes 10 etwa 546 mm und der Abstand 1 zwischen den Trägerteilen etwa 305 mm.

Der Biegestab 10 ist mit Abflachungen 16 zwischen den Lagerungen 12 und den Endstücken 13 versehen. Auf diesen Flächen sitzen Platten 17, welche gegen eine Verdrehung gegenüber dem Hinterachsgehäuse 9 durch Buchsen 18 gesichert sind, die auf den Bolzen 19 sitzen. Die Buchsen

reichen dabei durch Schlitze 20 in den Platten und sichern damit diese Platten 17 sowie den Biegestab 10 gegen eine Verdrehung gegenüber dem Hinterachsgehäuseteil 13.

Die Lagerkugeln 14 sind gegen eine axiale Verschiebung auf der Welle 10 durch Befestigungen 21 gesichert, die im größeren Maßstab in Fig. 3 wiedergegeben sind. Diese Befestigung umfaßt eine Buchse 22, die so angeordnet ist, daß sie einen zweiteiligen Abstandsring in einer Ringnut 24 im Ende des Teiles 13 hält. Der Ring 23 ist diametral geteilt und wird in der Nut 24 durch eine schräge Oberfläche 25 an der Büchse 22 gehalten, die ihrerseits mit einer Schrägfläche 26 den Ring 23 umfaßt. Außerdem ist der Ring mit einer kegeligen Oberfläche 27 versehen, welche sich in eine entsprechende Nut 28 in der Lagerkugel einlegt, womit eine axiale Verschiebung der Lagerkugel nach außen verhindert ist.

Die Hülse 22 wird mit einer Unterlegscheibe 29 gegen den Ring 23 gedrückt, wobei die Unterlegscheibe auf einem Bolzen 30 sitzt, welcher in die Endzapfen 31 des Ringstabes 10 eingedreht ist.

Wie die Fig. 1 und 3 zeigen, reicht die Buchse 22 in eine Bohrung 32 eines Teiles 33, der die Bewegung begrenzt. Wie es aus Fig. 3 besser zu erkennen ist, ist der lichte Durchmesser der Bohrung 32 größer als der Außendurchmesser der Büchse 22, was die Durchbiegung des Biegestabes 10 begrenzt, welche durch die Zughebel 15 hervorgerufen wird.

Das Begrenzungsglied 33 weist eine Büchse 34 mit einer Bohrung 32 auf, die auf einer Welle 35 befestigt ist. Diese sitzt in den zwei horizontal verlaufenden Gabelarmen

36 des Hinterachsgehäuses und wird durch Unterlegscheiben

37 und einem Bolzen 38 gehalten.

Die Achsteile 11 und die Endzapfen 13 des Biegestabes haben kreisförmigen Querschnitt. Wie die Fig. 1 und 4 erkennen lassen, hat jedoch der mittlere Hauptteil des Biegestabes 10 zwischen den Lagern 11,12 im Querschnitt die Form eines Kreisabschnittes, wobei der Kreisdurchmesser etwa 41 mm beträgt. Diese Abflachung ergibt, daß die neutrale Faser des Biegestabes 10 zwischen den Endteilen 11 zu der gestrichelt eingezeichneten Linie Z in Fig. 1 verlegt wird. Bei einem Durchmesser von etwa 41 mm betragen die Entfernungen ρ und q gemäß Fig. 4 etwa 4,17 und 6,99 mm.

Da die Tragteile 11 kreisförmigen Querschnitt aufweisen, liegt ihre neutrale Achse in der Längsmittellinie y. Die neutrale Achse Z ist demzufolge quer zur Längsmittelachse des Biegestabes 10 verschoben gegenüber den Mittelachsen der Endteile 11. Diese Verschiebung erfolgt hauptsächlich in der Richtung, in welcher die Zughebel 15 den Stab 10 belasten, d.h. in Richtung X.

Ein längliches Teil bildet den Meßfühler bzw. Meßstab 40, welcher am linken Ende des Biegestabes 10 befestigt ist, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Der Meßfühler ist mit einer Befestigungsvorrichtung 41 auf dem Biegestab 10 befestigt, wobei ein Bolzen 42 zur Anwendung gelangt. Das andere Ende des Meßfühlers trägt eine Achse 43, auf welcher zwei voneinander getrennte Rollen 44 und 45 aufgesetzt sind. Diese Rollen lagern auf der Achse 43 auf Kugellagern. Die Breite b des Meßfühlers 40 ist erheblich größer als die Dicke des Biegestabes und zwar beispielsweise so wie in der Vorrichtung, die in dem britischen Patent 1 493 379 erwähnt wurde.

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Als Führung für den Meßfühler 40 dient eine Platte 46, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. Diese Platte sitzt auf dem Stab 10 und wird gegen Verdrehung durch einen Bolzen 47 gesichert, welcher an dem benachbarten Achsgehäuseteil 13 befestigt ist. Dieser Bolzen 47 reicht durch einen Schlitz 48 in der Platte 46 und verhindert auf diese Weise ein Verdrehen der Platte.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, weist die Platte 46 einen weiteren Schlitz 49 auf, welcher größer ist als der eben genannte und welcher die Rolle 45 aufnimmt. Die Platte 46 ist so angeordnet, daß sie relativ zum Gehäuseteil 13 so ausgerichtet ist, daß der Schlitz 49 im wesentlichen horizontal verläuft. Dadurch wird gewährleistet, daß die Rolle 45, welche im Kontakt mit dem Schlitz steht, nur eine im wesentlichen horizontale Bewegung bezüglich des Biegestabes 10 ausführen kann.

Gemäß Fig. 1 und 2 trägt die Platte 46 einen Bolzen 50 mit geringem Durchmesser, welcher als Lager für eine Nocke 51 dient. Diese Nocke 51 trägt eine Lagerbüchse 52, welche auf dem Bolzen 50 aufsitzt. Am anderen Ende der Nocke ist eine Stange 53 vorgesehen, welche mit dem Zugkraftsteuersystem des Traktors verbunden ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, trägt die Nocke 51 eine Nockenfläche 54, welche so angeordnet ist, daß sie in Kontakt mit der Rolle 44 steht. Die Nocke wird gegen die Rolle 44 durch eine nicht dargestellte Feder gedrückt.

In Fig. 11 ist eine andere Ausführungsform zum Verhindern des Verdrehens des Biegestabes 10 vorgesehen. In dieser Anordnung wird auf die Platten 17 und die Abflachungen 16 verzichtet, wobei aber die Befestigungsvorrichtung 41 mit einem horizontal verlaufenden Schlitz 41a versehen ist, in

welchen ein Bolzen 41b greift, welcher in das Gehäuse 9 eingeschraubt ist. Das genaue Anpassen des Bolzens 41b in den Schlitz 41a verhindert ein Verdrehen des Stabes 10 und des Meßfühlers 40. Es hat sich herausgestellt, daß diese Anordnung wirksamer ist, als die Vorrichtung mit den Platten 17, wobei gleichzeitig eine größere Meßgenauigkeit des Meßfühlers 40 erreicht wird.

In Fig. 5 ist die Geometrie des Biegestabes 10 mit dem Meßfühler 40 bei unbelastetem Stab 10 dargestellt. Wenn der Stab 10 senkrechten Kräften ausgesetzt wird, wie es schematisch in Fig. 6 dargestellt ist, nimmt er, zusammen mit dem Meßfühler 40 eine gekrümmte Form ein. Der Meßfühler 40 wird hier, zusammen mit dem Stab 10, durch die Wirkung des Schlitzes 49 in der Platte 46 und die darin laufende Rolle 45 in die gekrümmte Form gebracht. Die Rolle 44 übt demzufolge keine Kraft auf die Nocke 51 aus, welche diese verdrehen könnte.

Wenn jedoch der Stab 10 Zugkräften ausgesetzt ist, die im wesentlichen in einer horizontalen Ebene verlaufen, so nimmt er und der Meßfühler 40 die in Fig. 7 dargestellte Stellung ein. Wie aus dieser Fig. 7 zu ersehen ist, behält der Meßfühler 40 im wesentlichen seine gerade Form und das freie Ende des Meßfühlers, welches die mit der Nocke 51 in Verbindung stehende Rolle 44 trägt, bewegt sich von dem entsprechenden Ende der Welle weg, so daß die Führungsrolle 48 längs des Schlitzes 49 entlangbewegt wird. Durch Zusammenwirken der Rolle 44 mit der Nockenfläche 54 wird die Nocke 51 so um den Bolzen 50 verdreht, daß die Stange 53 am Ende der Nocke eine senkrechte Bewegung ausführt, welche als Signal für die Zugkraftsteuerung dient.

Die Verwendung der beiden Rollen 44 und 45 im oben beschriebenen Beispiel führt im Vergleich zu Anordnungen, bei denen nur eine einzige Rolle sowohl auf die Führungsplatte als auch auf die Nocke einwirkt, zu einer eheblich verringerten inneren Reibung der Vorrichtung. Diese Reibung bei Vorrichtungen mit nur einer Rolle entsteht dadurch, daß diese Rolle gleichzeitig mit dem Führungsschlitz und der Steuernocke in Berührung ist, was unter gewissen Betrxebszustanden zu einer Gleitreibung auf der einen oder anderen Berührungsfläche führt. Durch Verwendung zweier Rollen wird eine Gleitreibung vollständig vermieden.

Die innere Reibung der Vorrichtung wird weiter verringert, indem die Nocke 51 auf einem Bolzen 50 mit geringem Durchmesser lagert. Durch eine solche Anordnung wird die Kontaktfläche zwischen Nocke und der Lagerung erheblich verringert, insbesondere im Vergleich mit Anordnungen, bei denen die Nocke auf dem Biegestab 10 selbst lagert.

Die Vorteile der besonderen, bereits oben beschriebenen Form des Biegestabes 10 werden im Folgenden erklärt.

In Fig. 8 ist eine vereinfachte schematische Darstellung der Fühlerwelle 60 mit den Lagerungen 61 im unbelasteten Zustand gezeigt.

Jedes Stabende wird einer Zugkraft von 0,5 χ F unterworfen, wobei der Hebelarm an jedem Ende eine Länge von a aufweist, so daß das Drehmoment 0,5 χ F χ a beträgt.

In Fig. 8 ist mit Y die neutrale Faser des unbelasteten Stabes 10 bezeichnet und mit Y¹ die Lage der neutralen Faser, wenn die Welle mit einer Gesamtzugkraft von F

belastet ist. Wenn mit M und N zwei Punkte auf der neutralen Faser bezeichnet werden, welche auf den Senkrechten R und S durch die Lagerungen 61 bei unbelastetem Zustand der Welle bezeichnet sind, bewegen sich diese Punkte zu den Positionen M¹ und N¹, wenn die Welle der Belastung F unterworfen wird.

Betrachtet man nun die linke Lagerung in Fig. 8, so wird der Stab einem gegen den Uhrzeigersinn drehenden Drehmoment von 0,5 F χ a unterworfen, wobei der Reibungskontakt zwischen der Welle 60 und der Lagerung 61 einer Reibungskraft F_L erzeugt, welche gleich der Normalkraft von 0,5 F, multipliziert mit dem Reibungskoeffizienten ■fc- ist, welcher üblicherweise 0,23 beträgt.

Diese Reibungskraft F_L erzeugt ein im Uhrzeiger drehendes Moment, was im Berührungspunkt F^ χ b beträgt, wobei b der senkrechte Abstand vom Kontaktpunkt des linken Lagers zur neutralen Faser Y ist. Wie bereits gesagt, wirkt dieses Reibungsmoment der Durchbiegung des Stabes entgegen.

In entsprechender Weise erzeugt eine Reibungskraft F_R auf der rechten Seite des Stabes ein gegen den Uhrzeigersinn drehendes Drehmoment F_R χ b im Berührungspunkt, welches ebenfalls der Durchbiegung entgegenwirkt.

Wenn die Belastung des Stabes verringert wird, so daß die Punkte M und N aus ihren Positionen M¹ und N¹ in die unbelasteten Positionen zurückkehren, kehren sich die Reibungskräfte F_ und F_ um, so daß die von diesen Reibungskräften erzeugten Momente in die gleiche Richtung wirken/ wie die durch die Zugkräfte erzeugten Momente, so daß sie damit der Streckung des Stabes entgegenwirken.

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Betrachtet man den Stab 60 bei einer ansteigenden Belastung F, so daß die Durchbiegung ansteigt, so setzt sich die Durchbiegung T zu einem gegebenen Augenblick aus der Durchbiegung A, welche durch die Zugkraftmomente hervorgehoben wird, abzüglich der Durchbiegung F, hervorgerufen durch den entgegengesetzten Effekt der Reibungskräfte F_ und F_R, zusammen. Demnach gilt T = A-F.

Betrachtet man den Fall für abnehmende Zugkräfte, d.h. für die Zugkraft F, so daß die Durchbiegung T abnimmt, wobei sich die Reibungskräfte und die sich ergebenden Momente in ihrer Richtung umkehren und damit in gleicher Richtung wie die Zugkräfte bzw. deren Momente wirken, ergibt sich bei gleicher Zugkraft wie oben die Durchbiegung zu T = A + S, wobei S nun-die zunehmende Durchbiegung ist, welche durch die Reibungsmomente und -kräfte erzeugt wird.

Aus dem Obigen ist zu entnehmen, daß das Zugkraftsignal der Vorrichtung, welches ja aus der Durchbiegung T abgeleitet wird, einen Fehler oder eine üngenauigkeit von + S aufweist, welcher auf die Reibungskräfte F_L und F_R zurückzuführen ist.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß bei einer Welle 60 mit gleichmäßigem kreisförmigen Querschnitt dieser Wert F einem Hystereseeffekt von etwa 5% entspricht, welcher allein auf die Momente der Reibungskräfte zurückzuführen ist. Bei einer Zugkraft von 30 kN wird sich infolge der Reibungskräfte in den Lagerungen erst dann ein sich änderndes Signal ergeben, wenn die Zugkraft 31,5 kN überschreitet oder 28,5 kN unterschreitet.

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Um die Genauigkeit der Vorrichtung zu erhöhen, so daß die Durchbiegung T im wesentlichen der Durchbiegung A entspricht, welche sich in der Vorrichtung ohne die Reibungskräfte F_L und F_R ergeben würde, ist es notwendig, den Wert der Durchbiegung S, welcher sich durch die Reibungskräfte ergibt, zu verringern.

Das Moment beispielsweise der Reibungskraft F_ an einer bestimmten Stelle des Stabes 10 kann ausgedrückt werden durch F₁. χ d, wobei d der Hebelarm der Kraft an der bestimmten Stelle ist, d.h. der senkrechte Abstand zur neutralen Faser.

Dieser Hebelarm d variiert über die Länge des Stabes. Gemäß Fig. 9, in welcher der Stab 10 im unbelasteten Zustand dargestellt ist, entspricht der Hebelarm der Reibungskraft F_L an der gestrichelten Mittelachse C, , wobei die Kraft F_ die Wirkungslinie f aufweist.

Wie aus der obigen Beschreibung bereits anhand von Fig. hervorgeht, ist die Größe von h geringer als der Abstand Z„ in Fig. 4 und ist ebenfalls geringer als die entsprechende Entfernung YD in der Welle mit gleichmäßigem kreisförmigen Querschnitt mit gleichem Flächenträgheitsmoment I.

Wenn der Stab 10 einer Zugkraft F ausgesetzt wird, tritt eine Durchbiegung E auf, und der Hebelarm der Reibungskraft F steigt um einen Betrag an, welcher gleich der Durchbiegung T ist, da sich im dargestellten Beispiel der mittlere Teil des Stabes in die in Fig. 10 dargestellte Stellung bewegt hat und die ursprüngliche Wirkungslinie f in die Stellung f' übergegangen ist.

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Es ist daher verständlich, daß der Hebelarm h + T der Reibungskraft F_L geringer ist als der Hebelarm YD + T₇ welcher bei einem Stab mit gleichförmig kreisförmigem Querschnitt auftreten würde, der das gleiche Flächentragheitsmoment aufweist. Bei Verwendung eines Stabes mit verschobener neutralen Faser Z ist demgemäß das entgegenwirkende Moment, welches durch die Reibungskräfte F₇. und

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F_R hervorgerufen wird, verringert, was gleichzeitig die üngenauigkeit oder den Fehler +S der Einrichtung vermindert.

Der oben geschilderte Effekt wird zusätzlich dadurch verstärkt, daß über 90% der gesamten Durchbiegung des Stabes in dem Teil des Stabes mit der verschobenen neutralen Faser stattfindet und dieser Teil etwa 75% der Länge zwischen den Mittelpunkten der Lagerungen 11 ausmacht.

Es hat sich herausgestellt, daß durch Verwendung eines Stabes mit verschobener neutralen Faser der Fehler S zumindest halbiert werden kann.

Zusätzlich zur Verringerung der Reibungseffekte lassen sich bei einem Stab mit verschobener neutralen Faser die Querschnitte des Abschnittes zwischen den Lagerungen so wählen, daß die von dem Stab aufgenommenen Biegebeanspruchungen verringert werden. Wenn der Stab gemäß Fig. einen gleichmäßigen kreisförmigen Querschnitt aufweist, beträgt die Belastung einer vorgegebenen Faser des Stabes 60 gemäß der bekannten Gleichung S=Mx Y/I, wobei M das Biegemoment, d.h. in diesem Fall 0,5 F χ a und Y der Abstand der neutralen Faser zur betrachteten Faser und I das Flächenträgheitsmoment des gewählten Querschnittes ist.

Für die maximale Bedingung gilt Y = 0,5 D, wobei D der Durchmesser des Stabes ist.

Wenn nun der Querschnitt des Stabes so verändert wird, daß Y verringert und I konstant gehalten wird, kann die Belastung erheblich verringert werden. Andererseits können, falls die Belastung nicht verringert werden soll, die Werte von Y und I proportional verkleinert werden. Durch diese Alternative ist es möglich, einen Stab mit größerer Durchbiegung zu schaffen, da bei gegebener Zugkraft dies wesentlich für die Durchbiegung T des Stabes ist, da bekanntlich die Durchbiegung T proportional zu

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M χ L /(E χ I) ist, wobei L der Abstand zwischen den Lagerungen ist und E der Elastizitätsmodul des Stabes. Diese Formel zeigt deutlich, daß die Durchbiegung nicht proportional zur Entfernung Y ist.

Betrachtet man den Querschnitt des Stabes 10 gemäß Fig. 4, so stellt man fest, daß dieser Querschnitt das gleiche Flächenträgheitsmoment I aufweist, wie der kreisförmige Querschnitt mit geringerem Durchmesser in Fig. 4, der durch die gestrichelte Linie 100 dargestellt ist. Die Entfernung S'Z von der neutralen Faser des Stababschnittes 10 zur Oberflächenfaser bei S¹ ist geringer als der Radius YO des gleichwertigen Querschnittes 100. Wenn der Stab und der gleichwertige kreisförmige Abschnitt 100 beide einer gleichen Biegebeanspruchung ausgesetzt werden wie sie durch den Pfeil X in Fig. 4 dargestellt ist, wird die maximale Zugspannung in dem Stab 10 bei S¹ auftreten, die aber geringer ist als die maximale Zugspannung bei 0 im entsprechenden Querschnitt 100. Bei dem Stab 10 ist das Flächenträgheitsmoment I des Abschnittes mit der verschobenen neutralen Faser geringer ausgeführt als das Trägheitsmoment I der Achsen 11. Außerdem schließt der Stab eine

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kurze Länge 105 direkt innerhalb der Tragteile auf mit einem höheren I-Wert als die Tragteile. Wenn die Achse so ausgebildet, ist, daß der Teil mit der verschobenen
neutralen Faser das geringste Flächenträgheitsmoment
aufweist, ist sichergestellt, daß die höchsten Zugspannungen reduziert sind, wie es oben bereits erklärt wurde. Es hat sich bei Messungen herausgestellt, daß die möglichen Spannungsverminderungen bis zu 40% betragen
gegenüber einem Stab mit kreisförmigem Querschnitt.

Dies bedeutet, daß bei Verwendung eines einer Wärmebehandlung unterworfenen Stabes es möglich ist, sämtliche Zugspannungen so niedrig zu halten, daß der Stab unter allen Betriebsbedingungen im elastischen Bereich arbeitet. Dies war in bislang bekannten Konstruktionen nicht immer der Fall, und es war daher sehr häufig erforderlich, in Bereichen zu arbeiten, bei denen die Zugspannungen die Elastizitätsgrenze überschreiten.

Es hat sich herausgestellt, daß bei Anwendung der oben beschriebenen Maßnahmen es ermöglicht wird, die verschiedenen Wirkungen der inneren Reibung einer Zugkraftmeßeinrichtung soweit zu verringern, daß die
Hysterese in der Vorrichtung um 80% vermindert werden
kann, wenn alle oben beschriebenen Maßnahmen getroffen werden.

Beim Pflügen treten Kräfte von etwa 30 kN auf, so daß die bislang üblicherweise meßbaren Zugkraftschwankungen einer korrekt eingestellten Zugkraftmeß- und Steuereinrichtung etwa +10% der Nennlast betragen. Bei Anwendung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde, hat sich herausgestellt, daß die Hysteresewerte nur ungefähr + 0,75% betragen, so daß die erfindungsgemäße

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Vorrichtung bereits anspricht, wenn das Zugkraftsignal sich um mehr als 225 Newton verändert.

Dies stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber bislang bekannten Zugkraftmeßexnrichtungen dar, bei denen die Hysterese teilweise Werte erreichte, die eine ordnungsgemäße Funktion der Vorrichtung von vornherein unmöglich macht.

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Claims

Vorrichtung zum Messen und Regeln der Zugkraft einer Zugmaschine

Patentansprüche :

V 1 J

1 J Vorrichtung zum Messen und Regeln der Zugkraft einer Zugmaschine mit einem in dem Maschinengehäuse zweifach gelagerten Biegestab, an dem außerhalb des Maschinengehäuses Lenker angreifen, sowie mit einem Meßstab, der mit seinem einen Ende außerhalb der Mitte des Biegestabes an diesem befestigt ist und bei Durchbiegung des Biegestabes eine Stellung einnimmt, die der Tangente an die Biegelinie des Biegestabes an der Befestigungsstelle des Meßstabes entspricht und dessen freies Ende durch eine Meßeinrichtung abtastbar ist, die ein Steuersignal für die Beeinflussung der Zugkraft der Zugmaschine liefert, wobei zur horizontalen Führung des freien Endes des Meßstabes auf dem Biegestab neben seinem, dem Meßstab zugeordneten Auflager ein Arm befestigt ist, der einen horizontalen

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Schlitz aufweist, in dem das freie Ende des Meßstabes gleitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßexnrichtung aus einem Verstellnocken (51) und einem am Meßstab (40) vorgesehenen Tastglied (44), welches auf den Verstellnocken (51) einwirkt, sowie einem weiteren, am Meßstab angeordneten, in dem Schlitz (49) laufenden Tastglied (45) gebildet und die Anordnung so getroffen ist, daß bei einer Durchbiegung des Biegestabes (10) sich das Ende des Meßstabes (40) in der durch den Schlitz (49) festgelegten Ebene bewegt, wobei die Verstellnocke (51) durch das Tastglied (44) um einen Betrag verschwenkt wird, der proportional zu der am Biegestab (10) jeweils anliegenden Zugkraft "X" ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (46) unmittelbar auf dem Ende des Biegestabes (10) sitzt und die Lagerung (50) für den Verstellnocken (51) trägt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerzapfen (50) des Verstellnockens (51) einen erheblich geringeren Durchmesser aufweist, als der Biegestab (10).
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastglieder (44) und (45) am Ende des Meßstabes (40) unabhängig voneinander drehbar gelagerte Rollen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite des Führungsschlitzes (49) im Arm (46) als Führungsbahn für das in dem Schlitz (49) laufende Tastglied (45) ausgebildet ist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegestab (10) zwischen seinen Lagerenden (11) einen solchen Querschnitt aufweist, daß im unbelasteten Zustand seine neutrale Faser "Z" quer zu der durch die Lager (11) verlaufenden Längsachse "Y" in Richtung "X" des Angriffes der Zugkräfte verschoben ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Biegestabes (10) symmetrisch zur Zugebene "X" ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegestab (10) im Querschnitt mit der querverschobenen neutralen Faser einen Kreisabschnitt bildet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Enden (13) des Biegestabes (10) Lagerkugeln (14) sitzen, auf denen die entsprechend kegelig ausgebildeten Lenkerenden (15) lagern und die axiale Verschiebung der Kugeln (14) auf den Biegestabenden (13) durch Widerlager (21) derart begrenzt ist, daß eine Berührung der Kugellagerungen (14) und Lenker (15) mit Teilen des Fahrzeuges bei jeder Arbeitsstellung vermieden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale, nach außen gerichtete Verschiebung der Lagerkugeln (14) durch eine Ringbuchse (22) begrenzt ist, die einen in eine Ausdrehung (24) des Lagerzapfens (13) eingesetzten diametral geteilten Zwischenring (23) umschließt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbiegung des Biegestabes (10) einerseits durch einen Anschlag (22) und andererseits durch ein den Anschlag (22) mit Spiel umschließendes Begrenzungsglied (33) begrenzt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag durch die Ringbuchse (22) gebildet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegestab (10) gegen Verdrehung um die Längsachse "Y" durch eine Bolzen- und Schlitzverbindung (41a,41b) zwischen dem Traktorteil (9) und dem Biegestab (10) gesichert ist.
14. Vorrichtung zum Messen und Regeln der Zugkraft einer Zugmaschine mit einem Biegestab, der mittels zylindrischer Endstücke im Maschinengehäuse zweifach gelagert ist und außerhalb der Lagerungen Endstücke zum Aufsetzen der Zuglenker aufweist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die auftretenden Zugkräfte den Biegestab durchbiegen und Meßvorrichtungen vorgesehen sind, welche ein zur Durchbiegung proportionales Signal erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegestab (10) zwischen seinen Lagerenden (11) einen solchen Querschnitt aufweist, daß im unbelasteten Zustand seine neutrale Faser "Z" quer zu der durch die Lager (11) verlaufenden Längsachse "Y" in Richtung "X" des Angriffes der Zugkräfte verschoben ist.