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Einrichtung zum Regeln eines an einem landwirtschaftlichen
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Schlepper angebauten Arbeitsgerätes Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zum Regeln eInes an einem landwirtschaftlichen Schlepper angebauten Arbeitsgerätes
entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Landwirtschaftliche Schlepper werden seit langem zur VerbessErung
der Arbeitagüte beim Pflügen mit Krafthebern ausgerüstet, über die der am Schlepper
angebaute Pflug bezüglich seiner Eindringtiefe in den Boden geregelt wird. Im Laufe
der Zeit haben sich dabei zwei grundsätzlich verschiedene Regelungsarten entwickelt.
Die erste, z. Zt. verbreitetste Regelungsart ist die Regelung auf gleichen Zugwiderstand
des Pfluges. Die zweite Regelungsart ist die Regelung auf gleiche Arbeitstiefe des
Pfluges. Jede dieser Regelungsarten hat unter bestimmten Umständen gewisse Vor,
aber auch Nachteile.
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Hauptvorteil der erstgenannten Regelungsart ist eine wegen des konstantbielbenden
Zugwiderstandes große Flächenleistung, die jedoch beim Pflügen auf Böden mit wechselndem
Bodenwiderstand mit einer unregelmäßigen Arbeitstiefe erkauft wird, was oftmals
unerwünscht ist.
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Nachteilig ist, daß ein Landwirt, der einen Schlepper mit einer auf
gleichen Zugwiderstand regelnden Regeleinrichtung besitzt, ein Feld mit stark wechselndem
Bodenwiderstand nur dann mit konstanter Arbeitstiefe umpflügen kann, wenn er von
der Möglichkeit Gebrauch macht, den Zugkraftsollwert manuell nachzustellen, um allzu
starke Abweichungen von der gewünschten Arbeitstiefe zu vermeiden; vollständig zu
verhindern sind diese aber nicht, da hierzu eine ständige Beobachtung des Pfluges
nötig wäre.
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Eine solche Beobachtung stellt an den Fahrer erhöhte Anforderungen,
da dieser wegen des oftmaligen Rückschauens mit verdrehtem Oberkörper im Fahrersitz
sitzt, was nicht nur unbequem, sondern auf Dauer auch gesundheitsschädigend ist.
Darüber hinaus ist bei vielen Schleppern wegen der heute praktisch immer vorhandenen
Fahrerkabine die Ausblicmöglichkeit in den Heckbereich des Schleppers oftmals sehr
beschränkt. Diese Nachteile können auch nicht durch die sog. Lage- und Mischregelung
beseitigt werden. Während die Lageregelung zum Pflügen auf unebenem Boden vollkommen
ungeeignet ist weil schon relativ geringe Bodenunebenheiten eine große Anderung
der Arbeitstiefe bewirken, werden in Mischregelung die sich bei wechselndem Bodenwiderstand
einstellenden Tiefenabweichungen gegenüber denen in Zugkraftregelung lediglich mehr
oder weniger abgeschwächt.
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Beim Arbeiten in der zweiterwähnten Regelungsart ist zwar die Arbeitstiefe
des Pfluges konstant. Jedoch ist es bei wechselndem Bodenwiderstand für die Einhaltung
einer eingestellten Arbeitstiefe erforderlich, eine ausreichende Zugkraftreserve
des Schleppers für Böden mit höchstem Pflugwiderstand zur Verfügung zu stellen.
Aus diesem Grunde ist der Schlepper über einen großen Teil seiner Einsatzzeit nicht
ausgelastet. Auch kann die erreichte, geringere als theoretisch mögliche Flächenleistung
zur Verbesserung der Arbeitsproduktivität in bequemer Weise nicht erhöht werden.
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Für einen gewiß nicht kleinen Teil der Landwirte wäre es nun wünschenswert,
wenn sich ihnen die Gelegenheit böte, Felder mit größeren Unterschieden in der Bodenbeschaffenheit,
oder je nach geplanter Bepflanzung individuell entweder in der Betriebsart "Zug->Misch-
und Lageregelung oder "Tiefenregelung" zu bearbeiten.
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Diesem Wunsch nachkommend wurde bereits eine entsprechende Regeleinrichtung
entwickelt, die in der bisher nicht veröffentlichten Patentanmeldung P 31 43 538.6
beschrieben ist. Diese ältere Regeleinrichtung ist in Anlehnung an die in der DL-PS
24 280 vorgeschlagene Steuervorrichtung entstanden, bei der der Zugkraftsollwert
in bestimmten Situationen automatisch im Sinne einer gleichbleibenden Arbeitstiefe
verstellt wird. Als für eine einwandfreie Einhaltung einer eingestellten Arbeitstiefe
bei wechselndem Bodenwiderstand unerläßliches Merkmal enthalten beide bekannte Einrichtungen
ein I-Glied, das das Differenzsignal aus dem vom Lagesensor ermittelten Lage-Istwert
des Pfluges und dem an einem Lage-Sollwertgeber einstellbaren Lage-Sollwert integriert,
wobei das integrierte Signal das von dem Zugkraftsensor gelieferte Signal beeinflußt.
Das daraus resultierende Signal dient zur Ansteuerung des Steuerventils.
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Während die Steuereinrichtung nach der DL-PS noch nicht die Einstellung
sämtlicher Regelarten erlaubt, ist dies bei der vorher erwähnten Entwicklung möglich
aufgrund verschiedener Maßnahmen, vor allen Dingen am I-Glied. Ein wesentliches
Merkmal dieser Regel einrichtung besteht nun darin, daß das Pflügen unabhängig von
der gewünschten Betriebsart zunächst in der Betriebsart Zugkraft, Misch-und Lageregelung"
einzuleiten ist. Auf die Betriebsart "Tiefenregelung" kann, sofern dies gewünscht
wird, erst dann übergangen werden, wenn die gewünschte Arbeitstiefe des Pfluges
erreicht ist. Bis dies geschehen ist, wird bei einer manuellen Betätigung von zwei
Einstellgliedern vom Fahrer ein erhebliches Maß an Aufmerksamkeit und Geschick verlangt.
Im Fall einer motorisch oder andersartig bewirkten Betätigung wird dem Fahrer zwar,
wie allgemein gewünscht, der Einstellvorgang erleichtert und nur noch die Einstellung
der gewünsch-
ten Betriebsart zugemutet, jedoch um den Preis einer
erheblich aufwendigeren Regeleinrichtung und damit kostspieligen Bauweise.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regeleinrichtung mit den eingangs
beschriebenen Merkmalen zu schaffen, bei der die gewünschte Betriebsart bereits
vor dem Einsetzen des Pfluges in den Boden gewählt werden kann und deren Bedienung
in der Betriebsart "Tiefenregelung" einfacher ist als die der bekannten Regeleinrichtung.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Hauptanspruches
gelöst. Durch die Erfindung ist die Regeleinrichtung unabhängig von der gewählten
Betriebsart mit nur einer Handhabe zu betätigen, so wie dies der Benutzer seit langem
gewohnt ist. Darüber hinaus besteht Gelegenheit, herkömmliche Regeleinrichtungen,
die mittels elektrischer und/oder elektronischer Bauelemente aufgebaut sind, bei
sehr geringem zusätzlichen Aufwand an Bauteilen und Kosten und vor allen Dingen
ohne einschneidende Umbaumannahmeh um die Betriebsart "Tiefenregelung" zu erweitern.
Damit ist eine schnelle Nachrüstung älterer Schlepper mit elektrohydraulischer Regelung
mit derartigen Regeleinrichtungen möglich.
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Die aus den Merkmalen der Unteransprüche 2 und 3 hervorgehenden Maßnahmen
gestatten ein einfacheres Bedienen der Regeleinrichtung insofern, als dadurch eine
schnellere Reaktion auf eine evtl. vorgenommene Verstellung des Sollwertgebers erzielt
wird.
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Das Merkmal des Anspruches 5 ermöglicht ein rasches Einsetzen des
Pfluges in den Boden mit Hilfe der hierfür geeigneten Regelungsart "Mischregelung"
und anschließend einen selbsttätigen Übergang in die gewünschte Regelungsart "Tiefenregelung".
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Durch das Merkmal des Anspruches 6 kann die Empfindlichkeit oes Sollwertgebers
im Arbeitsbereich herabgesetzt werden, so daß eine genauere Tiefeneinstellung des
Pfluges möglich ist.
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Mit dem Merkmal des Anspruches 7 ist sichergestellt, daß der Übergang
von der einen in die andere Regelungsart exakt dann erfolgt, wenn der Pflug seine
Sollage erreicht hat.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung beschrieben.
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Es zeigt: Fig. 1 Den grundsätzlichen Aufbau der Regeleinrichtung,
Fig. 2 die aus elektrischen und elektronischen Bauteilen aufgebaute Regeleinrichtung
gemäß Fig. 1, Fig. 3 den schaltungstechnischen Aufbau des Regelungsgliedes, Fig.
4 den Verlauf der Eingangssignale (Zugkraft) des Hdchpasses beim Pflügen eines Bodenstder
die Eigenschaften der Böden gemäß Fig. 7 und 8 in sich vereinigt, Fig. 5 den Uerlauf
der Ausgangssignale des mit den Signalen gemäß Fig. 4 gespeisten Hochpasses, Fig.
6a den idealisierten Verlauf der Ein-gangssignale des Hochpasses bei sprungweise
ansteigendem Bodenwiderstand auf ebenem Gelände, Fig. 6b die Ausgangssignale des
mit den Signalen gemäß Fig.
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6a gespeisten Hochpasses, Fig. 6c die sich als Reaktion auf die Signale
gemäß Fig. 6b einstellenden Rückwirkungssignale am Ein- und Ausgang des Regelungsgliedesl
7a
den Verlauf der Eingengssignale des Hochpasses be langsam zunehmendem Bodenwiderst2nd
auf ebenem Gelände, Fig. 7b dee entsprechende Ausgangssignal des Hochpasses, Fi.
7c den Verlauf den Ausgangssignals des Regelungsgliedes ein Reaktion nur die Signele
gemäß Fig. , Fig.8a den Querschnitt einen ebenen Geländes, Geländes, das regelice
verteilt Unebenheiten aufweist, die Nickbeiegungen den Schleppers hervorrufen, ti.
8b den Verlauf der Eingangseignale des Hochpasses beim Pflügen auf einem Boden gemäß
Fig.aa Fi. 8c die Ausgangssignale des mit den Signalen gemäß Fig, db gespeisten
Hochpesses, Fig. 8d die nich als Reaktion nut die Signale gemäß Fig. 8c einstellenden
Rückwirkungssignale am Ein- und Ausgang den Regelungsgliedes und Fig. 9 eine Variante
der Regeleinrichtung gemäß Fig. 2.
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Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Regelungseinrichtung.
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Diese besteht aus einem herkömmlichen, in einem herkömmlichen, der
Fig. linken Zweig A und einem erfindungsgemäßen, rechten Zweig B, welche beiden
Zweige durch eine koppelstelle S1 wehlweise mit mit dem Kraftheber 1 werbindbar
sind. An den strichpunktierten Schnittstellen ist der Zweig B ohne weiteres, auch
nachträglich, an einem herkömmlichen Zweig A anschließbar.
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In dem SignalfluBbild gemäß Fig. 2 ist der hydraulische Kreftheber
eines Schleppers mit 1 und ein diesem vorgeordnetes Steuerventil mit 2 bezeichnet.
Dem KrnPtheber 1 nachgeordnet befindet sich in einem Zweig 3 der Pflug 4 und ein
die vom Boden auf den Pflug 4 ausgeübte Zugkraft ermittelnder Zugkraftsensor 5,
Während in einem weiteren Zweig 6 ein die Lage das Pfluges 4 relativ zum Schlepper
ermittelnder Lagesensor 7 angeordnet ist. Die AuBgEnge des Zugkreftsensors 5 und
des Lagesensors 7 sind einem Potentiometer als Mischglied 8 zugeführt, mit dem durch
die entsprechende Einstellung desSchleifers eine Mischung der vom Zugkraftsenaor
5 und vom Lagesensor 7 gelieferten Signale in beliebigem Mischungaverhltnis möglich
ist. Dabei entspricht der in der Zeichnung unteren Endatellung des Schleifers die
Zugkraftregelung, der oberen Endstellung des Schlelfers die Lageregelung und eine
beliebige Zwischenstellung des Schleifers die Mischregelung. Der Ausgang des Mischgliedes
8 ist in der Schaltetellung 'Z" (Zugkraftregelung) des Umschaltkontaktes 9 eines
Schalters 51 ebenso wie ein die Einstellung der Arbeitstiefe erisubender Sollwertgeber
W1 über den Umschaltkontakt 10 des Schalters 51 mit einer Mischstelle 11 und diese
mit dem Steuerventil 2 verbunden, welches in Abhängigkeit von dem an der Mischstelle
11 gebildeten Mischsignsl ansteuerbar ist. Beide Umschaltkontakte 9, 10 sind gemeinsam
umschaltbar und stehen in ansich bekannter Weise mit dem Schleifer des Mischgliedes
B derart in Verbindung, daß ein Umschalten aus der in Fig. 2 gezeigten Schalt stellung
nur aus der der Zugkraftregelung entsprechenden Endstellung des Schleifers heraus
möglich ist. Die beschriebene Schaltung stellt somit eine herkömmliche, mit elektronischen
bzw. elektrischen Bauteilen realisierte Regeleinrichtung der, die je nach Stellung
des Schleifers am Mischglied 8 in der Betriebsart Zugkraft-, Misch- oder Lageregelung
betreibbar ist.
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Diese herkömmliche Regeleinrichtung ist, um ein Arbeiten in der Betriebsart
"Tiefenregelung" zu ermöglichen, durch ein Regelungsglied 12 und einen Hochpaß 13
ergänzt.
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Das Regelungsglied 12 ist gemäß Fig. 3 unter Verwendung eines Operationsverstärkers
V1 aufgebaut, dessen +-Eingang über einen nichtlinearen Verstärker V mit dem Sollwertgeber
W1 verbunden ist. An den --Eingang des invers geschalteten Operationsverstärkers
V1 ist über einen relativ hohen Widerstand R2 und einen demgegenüber relativ geringen
Widerstand R1 der Lagesensor 7 und zur Gegenkopplung ein am Ausgang A1 des Operationsverstärkers
V1 liegender Kondensator C angeschlossen. Diese bisher erwähnten Bauelemente des
Regelungsgliedes 12 stellen ein I-Glied (Integrierglied) dar.
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Dessen Aufgabe besteht darin, das Signal des am einen Eingang anliegenden
Lageistwertes XL in Abhängigkeit von dem Signal des am anderen Eingang angelegten
Lagesollwertes WWi zu integrieren und daraus einen für eine bestimmte Zeit geltenden
Mittelwert j XL dt zu bilden.
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Die erwähnte Zeit ergibt sich aus praktischen Versuchen als die Zeit,
die benötigt wird, um eine der Länge des aus Schlepper und Pflug bestehenden Gespenns
entsprechende Strecke mit der üblichen Arbeitsgeschwindigkeit zurückzulegen. Diese
Zeit beträgt bei den üblichen Gespannen etwa 5 s. Dementsprechend ist das I-Glied
bezüglich seiner Zeitkonstante auf 5 s ausgelegt.
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Um das Verhalten des Regelungsgliedes 12 den verschiedensten Betriebsbedingungen
anzupassen, liegt parallel zum Kondensator C ferner ein Widerstand R3, der gleich
groß ist wie der Widerstand R1, und der Schließerkontakt Kle eines Relais K. Außerdem
ist parallel zum Wider-
stand R2 ein weiterer Schließer kontakt
klb des Relais K angeordnet.
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Wird der zusätzliche Widerstand R3 durch die Schließerkontakte kla
und klb den Bauelementen des I-Gliedes zugeschaltet, so geht das I-Glied in ein
PI-Glied über. Dessen wichtigste-Eigenschaft besteht bei geeigneter Auslegung darin,
am Ausgang des Regelungsgliedes 12 Signale zu liefern, die praktisch den Eingangssignalen
entsprechen.
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Der Grund für die Maßnahme, die Ausgangssignale des Lagesensors 7
nicht durch eine einfache Überbrückung dem Ausgang des Regelungsgliedes 12 zuzuführen,
ist der, daß der Kondensator O im Augenblick des Zurückschaltens des Regelungsgliedes
12 aus dieser PI-Verhalten aufweisenden zweiten Schaltstellung auf I-Verhalten (erste
Schalt stellung) auf den Wert aufgeladen sein muß, der dem zuletzt erreichten Signal
des Lagesensors 7, also der gewünschten Arbeitstiefe, entspricht. Da der Kondensator
C hierzu einige Sekunden beansprucht, würde im Fall lediglich einer Überbrückung
am Ausgang des Regelungsgliedes 12 ein falsches Signal anstehen und damit jeglicher
Hinweis über die wirklich anzustrebende Lage des Pfluges 4 fehlen. Vielmehr würde
die Regeleinrichtung im weiteren Arbeitsverlauf bestrebt sein, den Pflug in eine
Lage zu steuern, die dem falschen Signal entspricht.
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Der Hochpaß 13 wird in~seinem Aufbau als bekannt vorausgesetzt und
deshalb nicht näher beschrieben. Auf Grund theoretischer Überlegungen sollte jedoch
die Zeitkonstante des Hochpasses 13, deren reziproker Wert seine Grenzfrequenz ist,
etwa gleich sein wie die Zeit konstante des als I-Glied geschalteten Regelungsgliedes
12. Da die Zeitkonstante des I-Gliedes etwa 5 s beträgt, ist für die Grenzfrequenz
des Hochpasses 13 uon ca. 0,2 Hz auszugehen. In der Praxis hat sich gezeigt, daß
ein etwas geringerer Wert als der errechnete ein optimales Arbeitsergebnis bewirkt.
Dementsprechend ist der Hochpaß 13
bezüglich seiner Grenzfrequenz
auf fg= 0,1 Hz ausgelegt.
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Der Ausgang des Regelungsgliedes 12 ist ebenso wie der des Hochpasses
13 mit einer Mischstelle 14 verbunden. Durch Umschalten des Umschaltkontaktes 9
in die Schaltstellung "T" (Tiefenregelung) ist die Mischstelle 14 anstelle des Mischgliedes
B mit der Mischstelle 11 verbindbar. Gleichzeitig verbindet der gemeinsam mit dem
Umschaltkontakt 9 verstellte Umschaltkontakt 10 anstelle des Sollwertgebers W1 einen
Sollwertgeber W2 mit dem Steuerventil 2. Dieser ist auf ein festes Signal eingestellt,
das der Mitte des Regelbereiches entspricht.
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Der Sollwertgeber W1 ist ferner mit einem allgemein mit 15 bezeichneten
Verzögerungsglied verbunden. Mit Hilfe dieses Bauelementes wird ermittelt, ob die
Verstellgeschwindigkeit des Sollwertgebers W1 innerhalb eines vorgegebenen Grenzwertes
bleibt. Ist dies der Fall, so bleibt das nachgeschaltete Relais K abgefallen. Ist
dagegen die Verstellgeschwindigkeit des Sollwertgebers W1 zu groß, so wird das Relais
K erregt und schaltet mittels seiner Kontakte k1a, klb das Regelungsglied 12 auf
Pl-Verhalten. Damit sich das gewünschte Ergebnis unabhängig von der Richtung der
Verstellung einstellt, enthält das Verzögerungsglied 15 für jede Verstellrichtung
einen gesonderten Komparator D1, D2. Außer über das Verzögerungsglied 15 ist das
Relais K über einen Schalter S2 ansteuerbar, wobei der betreffenden Schaltstellung
"A"-die Funktion "Anheben des Pfluges" zugeordnet ist. Die andere Schaltstellung
"E" des Schalters 52 ist für das Absenken des Pfluges 4 in den Soden und den folgenden
praktischen Einsatz vorgesehen. Ihre Einschaltung bewirkt wegen des dem Schalter
52 nachgeordneten Verzögerungsgliedes 16 einen verzögerten Abfall des Relais K.
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Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung arbeitet wie folgt: Wird am
Umschaltkontakt 9 die Betriebsart "Zugkraftregelung" eingestellt, so ist das Mischglied
8 und der Sollwertgeber W1 mit der Mischstelle 11 verbunden. Es erfolgt in bekannter
Weise in der einen Endstellung des Schleifers des Mischgliedes 8 ein reiner Zugkraftregelvorgang,
in der anderen Endstellung ein reiner Lageregelvorgang und im Fall einer Zwischenstellung
des Schleifers ein Mischregelvorgang. Diese Betriebsart wird gewählt, wenn es auf
eine genaue Einhaltung der Arbeitstiefe nicht ankommt, oder wenn das zu pflügende
Gelände so uneben ist, daß eine gute Arbeitsqualität nur in "Zugkraftregelung" erhältlich
ist.
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Weist das zu pflügende Gelände dagegen bei ziemlich ebener Kontur
wechselnden Bodenwiderstand auf, wird der Umschaltkontakt 9 in die Stellung Tiefenregelung
geschaltet. Dadurch werden die Ausgänge des Hochpasses 13 und des Regelungsgliedes
12 sowie des Sollwertgebers W2 mit der Mischstelle 11 verbunden. Zum Einstellen
der gewünschten Arbeitstiefe des Pfluges 4 wird der Sollwertgeber W1 entsprechend
verstellt. Erleichtert wird diese Einstellung durch den nichtlinearen Verstärker
V, über den die Signale des Sollwertgebers W1 dem Regelungsglied 12 zugeführt werden.
Während nämlich der VerstellbEreich eines z. B. mittels eines Drehknopfes verstellbaren
Sollwertgebers W1 etwa 2700 beträgt, verändert sich dabei die Stellung des Pfluges
in Abhängigkeit von der Baugröße des Gespanns um mindestens 2,5 m. Der eigentliche
Arbeitsbereich, also die max. Arbeitstiefe, beträgt ca. 30 cm, d. h. einen geringen
Bruchteil davon.
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Für den gesamten Arbeitsbereich steht also am Drehknopf lediglich
ein Verdrehwinkel von ca. 300 zur Verfügung. Dieser Winkelbereich ist zu gering
für eine genaue Tiefeneinstellung des Pfluges. Der Ver-
stärker
V bewirkt nun gerade für den angesprochenen Bereich eine wesentliche Verminderung
der Empfindlichkeit des Sollwertgebers W1, so daß zur Einstellung beliebiger Pflugtiefen
ein wesentlich grösserer Winkel, z. B. 600, zur Verfügung steht.
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Da sich der Schalter 5 2 vom vorausgegangenen Ausheben des Pfluges
4 noch in der Schaltstellung "A" befindet, ist das Relais K angezogen.
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Dementsprechend arbeitet das Regelungsglied 12 wegen der geschlossenen
Schlieerkontakte kl, kih als Pl-Glied. An der Mischstelle 14 liegt deshalb ein dem
Lageistwert XL des Pfluges 4 und das den Hochpaß 13 durchlaufende, dem Istwert der
Zugkraft entsprechende Signal an. Da in angehobenem Zustand des Pfluges 4 keine
Zugkraftänderungen auftreten, ist der Istwert der Zugkraft jedoch = Null.
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Anschließend kann-die andere Schaltstellung "E" des Schalters S2 eingeschaltet
und damit ein schneller Absenkvorgang des Pfluges 4 eingeleitet werden, da das Relais
K zunächst noch eine gewisse Zeit tv angezogen bleibt und somit das Regelungsglied
12 PI-Verhalten aufweist.
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Solange keine Bodenkräfte auf den Pflug 4 einwirken, liegen auch während
dieses Vorganges keine den Hochpaß 13 durchlaufende Signale vor.
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Erst mit dem Eindringen des Pfluges 4 in den Boden beliefert der Zugkraftsensor
5 den Hochpaß 13 mit den jeweiligen Zugkräften entsprechenden Signalen, die dem
Lagesignal an der Mischstelle 14 überlagert werden. Damit arbeitet die Regeleinrichtung
während dieser Arbeitsphase in der Betriebsart Mischregelung. Sobald der Pflug 4
die am Sollwertgeber W1 eingestellte Pflugtiefe erreicht hat, ist die Differenz
des Lagesignals XL und des Lagesollwertsignals WWlgleich 0. Ist die Verzögerungszeit
tv des Relais K, die in der Regel etwa 3 s beträgt und abhängig ist von der Schleppergeschwindigkeit,
der Gespannlänge
und der Eindringtiefe des Pfluges in den Boden,
zumindest annähernd richtig eingestellt, so fällt das Relais K in diesem Augenblick
ab und das Regelungsglied 12 zeigt I-Verhalten. Damit ist der Absenkvorgang des
Pfluges 4 in den Boden beendet.
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Es beginnt nun das eigentliche Pflügen, das, wie zuvor am Umschaltkontakt
9 eingestellt, in der Betriebsart "Tiefenregelung" fortgesetzt wird. Dabei erfolgt
auch weiterhin eine Beaufschlagung des Hochpasses 13 mit den vom Zugkraftsensor
5 gemessenen Zugkraftsignalen.
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Der Verlauf dieser Signale über die Zeit ist je nach der Art und Konsistenz
des bearbeiteten Bodens mehr oder weniger unterschiedlich.
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So weist ein Boden, der für eine Bearbeitung in der hier zu beschreibenden
Betriebsart "Tiefenregelung" in Frage kommt, bei im wesentlichen ebener Bodenkontur
mehr oder weniger stark wechselnden Bodenwider stand auf, wobei die Bodenoberfläche
zusätzlich durch kleinere Bodenwellen etc., aller möglichen Formen und Größen'die
relativ starke Nickbewegungen des Schleppers hervorrufen, strukturiert sein kann.
Bei solchen Böden bewirken die Bodenwellen eine relativ schnelle Änderung der Zugkräfte
und damit einen höherfrequenten Zugkraftverlauf. Demgegenüber bewirkt der wechselnde
Bodenwiderstand in der Regel eine nur allmähliche Änderung der Zugkräfte, was einem
niederfrequenten Zugkraftverlauf entspricht. Die Grenze, bei der ein gegebener Zugkraftverlauf
für den hier vorliegenden Zweck als "hochfrequent" oder als "niederfrequent" anzusehen
ist, war oben mit dem rechnerisch ermittelten Wert von fg= 0,2 Hz und dem im Einsatz
gefundenen optimalen Wert von fg= 0,1 Hz angegeben worden. Somit können nur die
höherfrequenten, von der Oberflächenkontur des befahrenen Geländes abgeleite-
ten
Zugkraftsignale, d. h. die sog. dynamischen Anteile, den Hochpaß 13 passieren und
der Mischstelle 14 zugeführt werden. Alle niederfrequenten, aus wechselndem Bodenwiderstand
herrührenden, langsamen Zugkraftsignale, d. h. die sog. quasistatischen Anteilewerden
unterdrückt.
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Zur Verdeutlichung des vorstehend Erwähnten sei auf die Fig. 4 und
5 verwiesen. Fig. 4 zeigt einen vereinfachten Verlauf der Zugkraft XF über eine
Zeit von 20 s. Erkennbar ist einem Zugkraftsignal XFB mit einer unterhalb der Grenzfrequenz
des Hochpasses 13 liegenden Frequenz von 0,1 Hz ein Zugkraftsignal XFN mit einer
die Grenzfrequenz deutlich übersteigenden Frequenz überlagert. Der Verlauf des Zugkraftsignals
XFB ist dabei auf wechselnden Bodenwiderstand, der Verlauf des Zugkraftsignals XFN
dagegen auf Nickbewegungen des Schleppers zurückzuführen. Mit der Summe XFB + X
dieser Zugkraft signale wird der Eingang des Hochpasses 13 beaufschlagt.
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Fig. 5 zeigt demgegenüber den Verlauf der den Hochpaß 13 verlassenden
Zugkraftsignale XF. Es ist ersichtlich, daß die unterhalb der Grenzfrequenz des
Hochpasses 13 liegenden Zugkraftsignale XFB ausgefiltert wurden und am Ausgang lediglich
die Zugkraftsignale XFN ankommen.
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Ein Regelkreis der eingangs beschriebenen Art, bei dem lediglich die
dynamischen Anteile der Zugkraftsignale auf den Eingang zurückwirken, arbeitet instabil,
da jetzt die quasistatischen Anteile der Zugkraftsignale fehlen. Diesen fehlenden
Anteil zu ersetzen ist das Regelungsglied 12 in seiner Schaltung als I-Glied vorgesehen.
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Im folgenden sei zunächst die Arbeitsweise der Regeleinrichtung beim
Pflügen eines vollkommen ebenen Bodens beschrieben, der eine sprunghafte, bleibende
Änderung (Anstieg) des Bodenwiderstandes aufweist. Der von einem solchen Boden dem
auf die gewünschte Tiefe abgesenkten Pflug entgegengesetzte Widerstand ist in Fig.
6a an Hand des Verlaufes der den Eingang des Hochpasses 13 beaufschlagenden Zugkraft
XF wiedergegeben. Erkennbar steigt im Augenblick a des Eindringens des Pfluges 4
in das festere Erdreich die Zugkraft sprunghaft an. Aus Fig. 6b ist zu ersehen,
wie das nach dem Erreichen der gewünschten Arbeitstiefe vorhandene Ausgangssignal
XF auf Grund der Funktion des Hochpasses 13, unterhalb seiner Grenzfrequenz liegende
Signale zu sperren und nur oberhalb der Grenzfrequenz liegende Signale hindurchzulassen,
zunächst mit XF übereinstimmt. Im erwähnten Augenblick überträgt der Hochpaß 13
jedoch das nunmehr höherfrequente Zugkraftsignal vollständig auf die Mischstelle
14 wo es dem - wie aus Fig. 6c hervorgeht - bisher noch normalen Lageistwert XL
überlagert wird. Das so entstandene Mischsignal wird der Mischstelle 11 zugeleitet
und führt in Abhängigkeit von dem Signal WW2 des fest eingestellten Sollwertgebers
W2 zu einer Ansteuerung des Steuerventils 2 im Sinne eines Aushebens des Pfluges
4. Dabei fällt gemäß Fig. 6a die Zugkraft XF annähernd auf den vor dem Ausheben
gemessenen Wert. Da auch diese schnelle Änderung der Zugkraft XF vom Hochpaß 13
übertragen wird, verringert sich dessen Ausgangssignal XF ebenfalls sehr rasch,
worauf das Steuerventil 2 bereits eine Ansteuerung im Sinne eines Absenkens des
Pfluges 4 erfährt. Dies ist der Grund dafür, warum die Zugkraft XF ihren vorherigen
Wert nicht mehr erreicht.
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Die beim Ausheben des Pfluges 4 erfolgte Änderung des Lagesignals
wird im Regelungsglied 12 integriert und aus dem aufgelaufenen Signal ein über eine
Zeit von ca. 10 sec. gemitteltes Signal gebildet, das, dem Signal des Lagesollwertes
WW1 hinzufügt, das rückwirkende Lagesignal JXL dt ergibt. Dieses Signal ist zunächst
nur unwesentlich größer als der Lagesollwert WW1 und erheblich kleiner als der Lageistwert
XL. Auf diese Weise ist die Rückwirkung der geänderten Lage des Pfluges 4 auf den
Eingang der Regelstrecke praktisch vollkommen unterbunden. In dieser Arbeitsphase
versucht also die Regeleinrichtung, die Abweichung der Zugkraft XF vom ursprünglichen
Wert - wie in der Betriebsart "Zugkraftregelung" - zu eliminieren.
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Wie weiter aus Fig. 6b zu erkennen ist, geht das Ausgangssignal XF
des Hochpasses 13 unmittelbar nach der Übertragung der schnellen Zugkraftänderungen
langsam auf den ursprünglichen Wert zurück. Entsprechend der Zeitkonstante des Hochpasses
13 ist dieser Vorgang nach ca.
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10 sec. abgeschlossen, sofern keine weitere Störung erfolgt. Während
dieses Zeitraums nimmt das LagesignalXL dt am Ausgang des Regelungsgliedes 12 ständig
zu, wobei aber sein maximaler Wert noch erheblich kleiner bleibt als die maximale,
anläßlich dieses Regelungsvorganges aufgetretene Amplitude des Lagesignals XL. Auch
dieser Vorgang bewirkt eine Ansteuerung des Steuerventils 2 im Sinne eines Absenkens
des Pfluges 4, so daß der Pflug 4 nach der angegebenen Zeit allmählich seine ursprüngliche
Arbeitstiefe wieder einnimmt. (Siehe Kurve XL in Fig. 6c). Das vorübergehend abgesunkene
Signal der Zugkraft XF nähert sich dabei wieder dem dieser Arbeitstiefe entsprechenden
höheren Wert.
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Da sich das Signal Jx, dt am Ausgang des Regelungsgliedes 12 bei Ausbleiben
von Störungen, die einen Regelvorgang verursachen, nach der angegebenen Zeit ebenfalls
wieder dem des Sollwertes WW1 nähert und schließlich erreicht, stehen am Mischglied
14 die vor der Änderung des Bodenwiderstandes aktuellen Lagesignale XL =A£XL. dt
und die nach der Anderung des Bodenwiderstandes vorhandenen Signale der Zugkraft
XF an. Dementsprechend arbeitet der Pflug 4 unter erhöhter Zugkraft XF wieder in
seiner ursprünglich eingestellten Arbeitstiefe.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise der Regeleinrichtung auf einem
ebenfalls im wesentlichen Ebenen Gelände beschrieben, dessen Bodenwiderstand sich
langsam ändert (erhöht).
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Der Verlauf der am Eingang des Hochpasses 13 anliegende Signale der
Zugkraft XF geht aus Fig. 7a hervor. Ausgehend von dem der eingestellten Arbeitstiefe
entsprechenden Wert steigt das Signal entsprechend dem langsam zunehmenden Bodenwiderstand
langsam an. Unter "langsam" ist hierbei eine Zugkraftänderung definiert, deren Frequenz
geringer ist als die Grenzfrequenz fg des Hochpasses 13. Dementsprechend wirkt der
Hochpaß 13 im vorliegenden Anwendungsbeispiel als Sperrglied. Das Ausgangssignal
XF des Hochpasses 13 bleibt also, wie Fig. 7b zeigt, auf dem der eingestellten Arbeitstiefe
entsprechenden Wert stehen. Da sich das Signal der Zugkraft XF am Eingang des Mischgliedes
14 nicht geändert hat, erfolgt auch kein Regelvorgang. Ebenso wie die Signale der
Lage XL am Eingang des Regelungsgliedes 12 konstant bleiben, erfährt auch das AusgangssignalJX.dt
(Fig. 7c) keine Änderung. Deshalb hält der Pflug 4 seine eingestellte Arbeitstiefe
ein.
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Schließlich sei noch die Arbeitsweise der Regeleinrichtung auf einem
Gelände beschrieben, dessen im wesentlichen ebenfalls ebene Oberfläche in praxisnäherer
Weise durch Bodenwellen und dergleichen gestört Ist, die dem darüberfahrenden Schlepper
Nickbewegungen aufzwingen.
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Der Querschnitt eines derartigen Geländes ist in vereinfachter Form
in Fig. 8a wiedergegeben. Beim Auffahren eines der Vorderräder des Schleppers auf
eine Bodenwelle dringt der Pflug 4 zunächst in den Boden ein. Damit verbunden ist
eine schnelle Zunahme der Zugkraft XF, deren Signalverlauf am Eingang des Hochpasses
13 in Fig. Bb gezeigt ist. Ebenso wie beim oben beschriebenen Anwendungsbeispiel
überträgt der Hochpaß 13 diese schnelle Zugkraftänderung an seinen Ausgang, dessen
Signalverlauf in Fig. 6c erkennbar ist. Es kommt zu einem Regelvorgang, bei dem
der Pflug 4 angehoben wird. Fährt nun das Vorderrad auf der anderen Seite von der
Bodenwelle herunter, so geschieht das gleiche wie zuvor beschrieben, lediglich mit
umgekehrtem Vorzeichen.
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Nach einer gewissen Zeit fährt das hinter dem angesprochenen Vorderrad
angeordnete Hinterrad über dieselbe Bodenwelle und bewirkt einen Regelvorgang, bei
dem sich der Pflug 4 beim Auffahren auf die Bodenwelle aus dem Boden hebt und beim
Abfahren von der Bodenwelle in den Boden abgelassen wird. Der sich dabei einstellende
Abfall und Anstieg der Zugkraft XF geht aus Fig. Bb hervor, ebenso wie der Verlauf
der Ausgangssignale XR des Hochpasses 13. Eine eingehendere Beschreibung des Regelvorganges
erübrigt sich sn dieser Stelle, da dies bereits im ersten Anwendungsbeispiel geschehen
ist.
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Betrachtet man den in Fig. 8d gezeigten Verlauf der Eingangssignale
(Lageistwert XL) des Regelungsgliedes 12, so erkennt man im Abstand der überfahrenen
Bodenwellen nach Größe, Dauer und Richtung unterschiedliche Lageabweichungen des
Pfluges 4 vom eingestellten Lagesollwert WW1. Auf Grund der oben bereits beschriebenen
Arbeitsweise des Regelungsgliedes 12 (Mittelwertbildung) ergibt sich ein an das
Mischglied 14 weiterzuleitendes signals dt, das gegenüber dem Lagesollwertsignal
WW1 nur geringfügig erhöhtes Niveau aufweist. Bleiben die Lageabweichungen aus,
so verringert sich das SignalJX.dt im weiteren Arbeitsverlauf wieder auf das Eingangssignal
WW1 des Regelungsgliedes 12.
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Das am Mischglied 14 anliegende, gegenüber dem Spitzenwert am Eingang
des Regelungsgliedes 12 deutlich verringerte Lagerückwirkungssignal JXL.dt hat zur
Folge, daß der Eingang der Regeleinrichtung (Mischstelle 11) im wesentlichen mit
Rückwirkungssignalen beaufschlagt ist, die vom Zugkraftsensor 5 geliefert werden.
Die auf Grund dEr Nickbewegung des Schleppers hervorgerufenen kurzzeitigen Lageänderungen
des Pfluges 4 sind somit unterdrückt. Im Ergebnis arbeitet die Regeleinrichtung
so, als sei das Mischungsverhältnis an der Mischstelle 14 automatisch auf annähernd
"Zugkraftregelung" verstellt werden. Die Arbeitstiefenabweichungen eines Nickbewegungen
ausführenden Schleppers, die nur in der Regelungsart "Zugkraftregelung" verschwindend
klein bleiben und um so gröBer sind, je höher der Lageanteil an den rückwirkenden
Signalen ist, werden somit durch die erfindungsgemäße Regeleinrichtung ebenfalls
fsst vollständig eliminiert.
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Soll die Arbeitstiefe während des Pflügens verstellt werden, so muß
hierzu der Sollwertgeber W1 entsprechend eingestellt werdEn.
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Dabei wird durch das Verzögerungsglied 15 die Verstellgeschwindigkelt
des Sollwertgebers W1 ermittelt und je nach der VErstellrichtung am Komparator D1
oder DZ entschieden, ob diese Verstellgeschwindigkeit größer ist als ein den Komparatoren
D1, D2 vorgegebener Grenzwert. Die Ermittlung dieses Grenzwertes geschieht zweckmäßig
im praktischen Einsatz. Der Grenzwert gibt die Verstellgeschwindigkeit an, bei der
die Regeleinrichtung noch in der Lage ist, die Pfluglage mit dem augenblicklichen
Sollwert WW1 des Sollwertgebers W1 in Übereinstimmung zu bringen.
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Ist die eingeleitete Verstellgeschwindigkeit kleiner als der Grenzwert,
so entsteht am Eingang des ebenfalls mit den neuem Sollwert belieferten Regelungsgliedes
12 wieder eine Differenz zwischen dem Signal des Lagesollwertes WW1 und dem Signal
des Lageistwertes XL, die zu einer entsprechenden Veränderung des gebildeten Ausgangssignals
des Regelungsgliedes 12 führt. Dieses Signal wird gemeinsam mit den Signalen des
Hochpasses 13 der Mischstelle 11 zugeleitet und führt wegen des nun ebenfalls vorhandenen
Ungleichgewichts zum festen Sollwert WW2 des Sollwertgebers W2 zu einer Ansteuerung
des Steuerventils 2 im gewünschten Sinne.
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Erfolgt die Verstellung des Sollwertgebers W1 dagegen mit einer grösseren
Verstellgeschwindigkeit als der den Komparatoren D1, D2 vorgegebenen, so zieht das
Relais K an und überführt mittels des Schließerkontaktes kla, klb das Regelungsglied
12 in seine zweite Schaltstellung
Die Regeleinrichtung arbeitet
ab diesem Zeitpunkt abermals in der Betriebsart Mischregelung wie zuvor beim Einsetzen
des Pfluges 4 in den Boden. In dieser Regelungsart ist eine raschere und stärkere
Ansteuerung des Steuerventils 2 gewährleistet. Dadurch kann der Fahrer die Auswirkung
seiner Verstellung des Sollwertgebers W1 schneller erkennen. Da mit dem Abschluß
der Verstellung des Sollwertgebers W1 die Verzögerungszeit tv des Verzögerungsgliedes
16 zu laufen beginnt, fällt das Relais K nach ca. 3 sec., innerhalb der der Pflug
4 erfahtungsgemäß mit Gewissheit seine neue Arbeitsstellung einnimmt, ab und das
Regelungsglied 12 arbeitet wieder in der für die Betriebsart "Tiefenregelung" vorgesehenen
ersten Schaltstellung als Integrator.
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Zum Ausheben des Pfluges 4 am Feldende oder nach beendeter Arbeit
wird der Schalter 52 in die Stellung "A" geschaltet, woreufhin über nicht gezeigte
Steuerungsmittel das Steuerventil 2 derart angesteuert wird, daß der Pflug 4 vom
Kraftheber 1 vollkommen aus dem Boden ausgehoben wird. Bei diesem Vorgang zieht
das Relais K an und setzt das als Integrator arbeitende Regelungsglied 12, wie bereits
erläutert, außer Betrieb. Der nächste, eingangs bereits beschriebene Absenkvorgang
des Pfluges 4 erfolgt somit wieder in der Betriebsweise 2'Mischregelung".
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Die in Fig. 9 gezeigte Variante der Regeleinrichtung zeichnet sich
aus durch einen bistabilen Schalter (Flip-Flop) 20, der an Stelle des Verzögerungsgliedes
16 in den Ansteuerungskreis des Relais K eingeschaltet ist. Das Anziehen des Relais
K erfolgt dabei wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Der Abfall des Relais K
erfolgt jedoch nicht nach einer vorbestimmten Zeit, sondern durch Umschalten des
Schalters 20, wenn die Differenz des Lageistwertes XL und des Lagesollwertes WWl
Null wird.
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Zur Ermittlung dieser Differenz ist das Differenzglied 21 vorgesehen.