DE3906050C2 - - Google Patents
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-
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16D7/025—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock of the friction type with axially applied torque limiting friction surfaces with flat clutching surfaces, e.g. discs
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung
zum Auslösen eines Signals zur Anzeige erreichter vorgegebener
Belastungsgrenzwerte im Antriebsstrang einer von der
Zapfwelle eines Traktors angetriebenen, selbstfahrenden
oder stationären landwirtschaftlichen Maschine, welcher
eine Drehmomentbegrenzungskupplung aufweist, deren Antriebs-
und Abtriebsdrehzahlen gemessen werden und wobei
die der Drehzahldifferenz entsprechenden Schlupfumdrehungen
aufsummiert werden.
Aus der EP 01 37 247 A2 ist eine Einrichtung zum Schutz
einer Kupplung gegen Überhitzung bekannt, die zwischen
einem Motor und einem Getriebe angeordnet ist. Als Überhitzungsschutz
der Kupplung ist eine Ermittlungseinrichtung
des Antriebsdrehmomentes vorgesehen, welche über die
ermittelten Drehzahlen eine aufsummierte Berechnung der
Schlupfwerte ermöglicht und über einen Vergleich mit voreingestellten
Schlupfwerten zur Auslösung von Warnsignalen
genutzt wird.
In der DE 29 10 365 A1 wird ein Verfahren zur Auslösung
einer Anzeige beschrieben, bei dem jedem Arbeitsgerät des
Schleppers eine dem jeweiligen Überlastschutz
charakterisierende Widerstandskombination zugeordnet ist,
welche über eine elektronische Schaltungsanordnung die
Sollwerte einer Überlastkupplung bestimmt.
Aus der US 40 39 781 ist es bekannt, zwischen einem Antriebsmotor
und einer Extrudermaschine eine Kupplung anzuordnen,
welche über Drehzahlgeber eine Erfassung der
An- und Abtriebsdrehzahlen vornimmt und über eine zugehörige
Schaltungsanordnung eine Steuerung der Kupplung und
die Ausgabe eines akustischen Warnsignals bei Überlastung
vorsieht.
Es sind im Maschinenbau bereits Verfahren und Einrichtungen
zum Messen des an einem Antriebsstrang anliegenden
Drehmomentes und zur Auslösung von Signalen bei Überschreiten
vorgegebener Grenzwerte bekannt. Dabei wird die
Veränderung des Drehmomentes benutzt, um vorauszubestimmen,
ob ein Überschreiten des vorgegebenen Grenzwertes
eintritt. Der Schaltvorgang wird noch vor Erreichen des
vorgegebenen Grenzwertes eingeleitet, so daß auch schon
vor Erreichen des Grenzwertes aufgrund des Signals die
selbsttätige Abschaltung durch Trennung der Kupplung erfolgt
(DE 3 43 78 087 C2).
Solche Verfahren und Einrichtungen sind für die Verwendung
im Zusammenhang mit landwirtschaftlichen Maschinen nicht
geeignet. Bei landwirtschaftlichen Maschinen ist es erforderlich,
daß kurzfristige Überlastungen zugelassen werden,
wenn sie beispielsweise beim Anlauf der Maschine zum Beschleunigen
der zu bewegenden Massen auftreten. Darüber
hinaus muß die Einrichtung für den rauhen Betrieb von
landwirtschaftlichen Geräten geeignet sein.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren und eine Einrichtung zum Auslösen eines
Signals zur Anzeige erreichter vorgegebener Belastungsgrenzwerte
vorzuschlagen, welche dem Betrieb von landwirtschaftlichen
Maschinen angepaßt sind und einen
Eingriff der Bedienungsperson zulassen, ihr andererseits
aber auch die optimale Nutzung der Traktor-Maschi
nen-Kombination ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
während eines ab dem jeweils ersten Auftreten eines
Schlupfes beginnenden vorgegebenen Meßzeittakte (tint)
oder bei danach andauerndem Schlupf während eines der
daran anschließenden Meßzeittakte (tint) die errechneten
Schlupfumdrehungen (Igem) bei Überschreiten der vorgegebenen
zulässigen Schlupfumdrehungen (Izul) ein Signal
auslösen, wobei bei Auslösung des Signals jeweils ein
neuer Meßzeittakt (tint) zu laufen beginnt und daß zum
Zeitpunkt der Überschreitung der zulässigen Anzahl von
Schlupfumdrehungen (Izul) aus der zu diesem Zeitpunkt
gemessenen Antriebsdrehzahl (n₁) und der Abtriebsdrehzahl
(n₂) der Quotient gebildet wird,wobei die Antriebsdrezahl (n₁) den Nenner und die Abtriebsdrehzahl
(n₂) den Zähler bildet, und daß das ausgelöste
Signal bei Unterschreitung eines vorgegebenen Quotienten (Qzul)
verändert wird.
Durch diesen Verfahrensablauf wird erreicht, daß der Fahrer
einerseits Kenntnis davon erhält, daß ein Überlastungsfall
eingetreten ist, daß jedoch aufgrund des jeweiligen
Neubeginns eines Meßzeittaktes nach Auslösung des
Signals auch die inzwischen aufgrund des Signals vom Fahrer
veränderte Antriebssituation berücksichtigt wird, um
jeweils aktuell einen Zustand anzeigen zu können. Der
Fahrer hat z. B. über die Veränderung der Fahrgeschwindig
keit Möglichkeit auf die Leistungsnutzung einzuwirken.
Für eine Überwachung des gesamten Systems ist nur der
Schlupf der Kupplung in Abhängigkeit von der Zeit von
Interesse. Ein Bezug zur tatsächlichen Drehzahl ist nicht
erforderlich. Nur der absolute Schlupf führt zu einer
Erwärmung der Kupplung und wirkt somit leistungsbegrenzend.
Die direkt übertragene Leistung, die durch die Kupplung
läuft, ist bei dieser Betrachtung nicht von Interesse.
Das eingestellte Sollmoment der zu überwachenden
Kupplung ist jedoch dagegen bedeutsam, da dieses direkt
proportional zur zugeführten Energie und damit Erwärmung
bei gleichem Schlupf ist. Die Kupplung und auch die zulässigen
Grenzen werden je nach Anwendungsfall festgelegt.
Sie sind also auf das Gerät, das vom Traktor angetrieben
wird, abgestimmt.
Die im Antriebsstrang für den Schutz von Überbelastungen
vorgesehene Kupplung sorgt zwar einerseits für eine Ab
sicherung im konkreten Überlastungsfall, der Fahrer weiß
jedoch nicht, inwieweit er die Leistungsgrenzen der Kupp
lung und damit auch der Maschine dem die Kupplung angepaßt
ist und welche sie sichern soll, nutzt.
Eine ständige Überschreitung der Belastungsgrenzen der
Kupplung führt nämlich auch zu einer reduzierten Lebens
dauer sowohl der Kupplung als auch der Maschine.
Um festzustellen, ob es sich um eine nur kurze zulässige
Überschreitung der zulässigen Anzahl von Schlupfumdrehungen
oder aber beispielsweise um die Gefahr einer Blockade
handelt, ist vorgesehen, daß zum Zeitpunkt der
Überschreitung der zulässigen Anzahl von Schlupfumdrehungen
aus der zu diesem Zeitpunkt gemessenen Abtriebsdrehzahl
und der Antriebsdrehzahl der Quotient gebildet wird,
wobei die Antriebsdrehzahl den Nenner und die Abtriebsdrehzahl
den Zähler bildet, und daß das ausgelöste Signal
bei Unterschreitung eines vorgegebenen Quotienten verändert
wird.
Es werden also Signale unterschiedlicher Qualität erzeugt.
Bei einer normalen Überschreitung, bei der Abtriebsdrehzahl
und Antriebsdrehzahl nur gering voneinander abweichen,
erhält der Fahrer nur einen Hinweis darauf, daß er
sich im Bereich der Überlastung befindet, welche er beispielsweise
durch Herabsetzen der Fahrgeschwindigkeit
wieder aufheben kann, während beispielsweise bei einer
größeren Abweichung der Abtriebsdrehzahl von der Antriebs
drehzahl signalisiert wird, daß die Gefahr der Blockade
der Maschine und also der gefährlichen Überlastung gegeben
ist. Als Folge hieraus wird der Fahrer unmittelbar den
Antrieb abstellen und gegebenenfalls auch anhalten, um die
beispielsweise vorhandene Verstopfung der Maschine oder
einen Stein oder dergleichen zu entfernen.
Um den Fahrer eines Schleppers oder einer selbstfahrenden
Maschine erkenntlich zu machen, ob er die Leistungsgrenzen
einer Maschine optimal ausnutzt, ist in weiterer Ausgestaltung
des Verfahrens vorgesehen, daß ein Vergleichssignal
nach der Funktion
erfolgt, worin Igem die im Meßzeittakt seit dessen Beginn
ermittelte Anzahl von Schlupfumdrehungen, tgem die
Zeit seit Beginn des laufenden Meßzeittaktes, tint die
Zeitdauer des Meßzeittaktes, angegeben in der gleichen
Zeiteinheit wie tgem und Izul die vorgegebene maximal
zulässige Anzahl von Schlupfumdrehungen je Meßzeittakt
bedeutet.
Es wird also der relative Schlupf angezeigt. Bei einer
solchen Verfahrensweise wird eine Anzeige bewirkt, die bei
zu starker Auslastung des Gerätes während eines Meßzeit
taktes einen Wert von mehr als 100% für den relativen
Schlupf anzeigt, ohne daß die maximal zulässige Anzahl von
Schlupfumdrehungen schon erreicht worden wäre. Diese Information
gibt der Bedienungsperson einen Hinweis, die
Fahrgeschwindigkeit zu reduzieren, da bei Beibehaltung
dieser Arbeitsweise die Maschine im Laufe des Meßzeittaktes
überlastet werden könnte. Ein solches
Verfahren ermöglicht, einen anderen Eindruck von der Auslastung
des Gerätes zu erhalten. Bei entsprechender Nutzung
und Umsetzung in eine geeignete Fahrstrategie kann
die Maschinenauslastung verbessert und damit die Arbeitsgeschwindigkeit
optimiert werden.
Es wird vorgeschlagen, den Meßzeittakt auf eine Dauer von
zwei Minuten festzulegen.
Es hat sich für die meisten Anwendungsfälle eine Anzahl
von vier zulässigen Schlupfumdrehungen als sinnvoll herausgestellt,
obwohl diese im Einzelfall abhängig von der
Aufgabe der Kupplung und Drehmomenteinstellung anders
gewählt werden kann.
Der Grenzwert für den Quotienten, bei dessen Unterschreitung
eine Änderung des Signals ausgelöst wird, soll nach
der Erfindung 0,9 betragen.
Dies heißt, daß bei einem Abfall der Drehzahl auf der
Abtriebsseite gegenüber der auf der Antriebsseite um mehr
als 10% angenommen wird, daß es sich um eine Blockade
handeln kann, die zu einer Beschädigung des Gerätes oder
der zur Sicherung des Gerätes vorgesehenen Kupplung führen
könnte.
Erfindungsgemäß wird zur Durchführung des Verfahrens vor
geschlagen, daß die Drehmomentbegrenzungskupplung als
Reibkupplung ausgebildet ist, daß eine Auswerteeinheit
vorgesehen ist, die ein Glied zur Bildung der
Drehzahldifferenz, ein Additionsglied und ein Zeitglied
sowie einen Grenzwertvergleicher, welcher mit einem
Signalgeber verbunden ist, aufweist.
Die tatsächlich während eines Meßzeittaktes auftretenden
Schlupfumdrehungen werden durch das Additionsglied
aufaddiert. Das Zeitglied dient einerseits zur Begrenzung
des Meßzeittaktes und andererseits zur Feststellung der
jeweils abgelaufenen Zeit innerhalb des Meßzeittaktes. Im
Grenzwertvergleicher wird festgestellt, ob die zulässige
Anzahl von Schlupfumdrehungen überschritten wird und ob
der Signalgeber veranlaßt werden soll, ein Warnsignal zu
erzeugen.
In weiterer Ausgestaltung sind ein Quotientenglied zur
Bildung des Quotienten aus den von den Drehzahlmessern
festgestellten Drehzahlen der Abtriebs- und der
Antriebsseite der Reibkupplung und ein Quotienten
grenzwertvergleicher vorgesehen, der ebenfalls mit dem
Signalgeber verbunden ist.
Bei Unterschreitung eines vorgegebenen Quotienten wird das
Signal des Signalgebers verändert, so daß also eine
erhöhte Aufmerksamkeit der Bedienungsperson erzeugt wird.
In weiterer Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, daß die
Drehzahlmesser Zahnscheiben mit gleichen Zähnezahlen und
Näherungssensoren umfassen.
Die Zahnscheiben weisen vorzugsweise sechs Zähne und sechs
Zahnlücken auf. Eine solche, wenn auch grobe Teilung, ist
für die meisten vorgesehenen Anwendungsfälle der
Landtechnik ausreichend. Unter Zugrundelegung der vier
zulässigen Schlupfumdrehungen während des Meßzeittaktes
von zwei Minuten ergibt sich also eine Anzahl von 24
zulässigen Impulsen. Wird diese Anzahl von Impulsen
überschritten, erfolgt die Auslösung des Warnsignales.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist anhand der Zeich
nung erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine Traktor-Geräte-Kombination,
Fig. 2 die Anordnung und Ausbildung der
Meßeinrichtung,
Fig. 3 ein Schaltschema,
Fig. 4 zwei Schlupfdiagramme und
Fig. 5 verschiedene Diagramme in bezug auf den
absoluten und relativen Schlupf bei
verschiedenen Belastungsfällen.
Die Verfahrensweise wird anhand der vorgeschlagenen
erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben.
In Fig. 1 ist der zum Antrieb und Ziehen des Gerätes 2
vorgesehene Traktor mit 1 bezeichnet. Der Traktor 1 weist
eine Zapfwelle 3 auf, an die eine Gelenkwelle 4 ange
schlossen ist, deren anderes Ende mit einer Eingangs
welle 13 des Gerätes 2 verbunden ist. Der Gelenkwelle 4
ist geräteseitig die Einrichtung zum Auslösen des Signales
nachgeschaltet. Diese umfaßt die Reibkupplung 5. Die Reib
kupplung 5 besteht aus dem Gehäuse 6 mit dem Anschluß
flansch 7 zum Anschluß an die Eingangswelle 13 der Reib
kupplung sowie der Nabe 8 zum Anschluß an die Ausgangs
welle 14. Die Nabe 8 ist mit einem radial verlaufenden
Flansch 9 versehen, der als Träger für die Reibbeläge 10
ausgebildet ist. Die Reibbeläge 10 liegen einerseits an
der radial verlaufenden Innenseite des Gehäuses 6 und
andererseits an der Andrückplatte 11 an. Die Andrückplatte
11 wird durch Federn 12, die umfangsverteilt angeordnet
sind beaufschlagt. Über die Anzahl und Ausbildung der
Reibflächen und der Reibflächenpaarung sowie die
Beaufschlagungskraft der Federn 12 wird das durch die
Reibkupplung 5 übertragbare Moment bestimmt. Die Auswahl
und Ausbildung der Reibkupplung 5 erfolgt in Anpassung an
die jeweilig anzutreibende Maschine.
Der Eingangswelle 13 und der Ausgangswelle 14 sind
Drehzahlmesser 16, 17, welche jeweils in Lagern 15
gehalten sind, zugeordnet. Die Drehzahlmesser 16, 17
umfassen jeweils eine Zahnscheibe 19 und einen
Näherungssensor 18. Die Zahnscheibe 19 besitzt sechs
umfangsverteilt angeordnete Zähne 21 und eine ent
sprechende Anzahl von Zahnlücken 20. Bei mit gleicher
Drehzahl umlaufender Antriebswelle 13 und Abtriebswelle 14
(n₁=n₂) durchlaufen die Zahnscheiben 19 in gleichen
Zeitabständen die Positionen der Sensoren 16, 17. Für den
Fall, daß die Abtriebswelle 14 langsamer läuft als die
Eingangswelle 13, ist ein Schlupf zwischen Gehäuse 6 und
Nabe 8 vorhanden. Dieser Schlupf wird durch die Messung
bzw. Zählung und Addition der Impulse, die sich aufgrund
des gewählten Meßzeittaktes von zwei Minuten und der
Teilung der Zahnscheiben 19 ergeben, ermittelt und mit der
Anzahl der zulässigen Schlupfumdrehungen von vier, die 24
Impulse aufgrund der Teilung der Zahnscheiben 19 ergeben,
wie in Fig. 4 ersichtlich, verglichen. Das obere
Schaubild zeigt beispielsweise das Verhalten der
Reibkupplung 5 während eines Meßzeittaktes von 2 Minuten,
bei dem die Impulse auf
addiert sind. Es ist erkennbar, daß der Grenzwert für die
Schlupfumdrehungen hieraus im Meßzeittakt 24 Impulse
beträgt, welche sich aus der zulässigen Anzahl von
Schlupfumdrehungen von 4 multipliziert mit der Anzahl der
Zähne 21 der Zahnscheiben 19 errechnet (4 × 6=24).
Aus Fig. 3 ist der Schaltungsaufbau erkennbar. Im Sicht
feld des Schlepperfahrers sind am Schlepper 1 die Signal
geber 27 und die Auslastungsanzeige 30 angeordnet. Diese
sind mit der Meßeinrichtung über Leitungen verbunden. Die
von den Drehzahlmessern 16, 17 jeweils gemessenen Schlupf
impulse werden einer Auswerteeinheit 22 zugeführt, welche
ein Additionsglied 24 und ein Differenzglied 23 umfaßt. Im
Differenzglied 23 wird festgestellt, ob Drehzahlunterschie
de zwischen der Antriebsdrehzahl n₁ und der Abtriebs
drehzahl n₂ gegeben sind. Hierzu werden die Impulse, so
wie im Zusammenhang mit Fig. 4, obere Darstellung,
bereits erläutert, genutzt. Im Additionsglied 24 werden
die sich ergebenden Schlupfumdrehungen bzw. Teile von
Schlupfumdrehungen (Impulse) während des Meßzeittaktes
aufaddiert. Der Grenzwertvergleicher 26 bewertet, ob die
aufaddierte Anzahl von Schlupfumdrehungen Igem im
Verhältnis zur zulässigen Anzahl von Schlupfumdrehungen
Izul im Meßzeittakt tint überschritten werden. Ist
dies der Fall, wird vom Grenzwertvergleicher 26 ein Signal
des Signalgebers 27 ausgelöst.
Um aber nicht nur feststellen zu können, daß eine Über
schreitung des vorgegebenen Grenzwertes für die Schlupfum
drehungen Izul gegeben ist, sondern auch ein Anzeigen
über die Qualität des Signales zu erhalten, ist zusätz
lich ein Quotientenglied 28 vorgesehen, dem die Meßer
gebnisse der Drehzahlmesser 16,17 zugeführt werden und in
dem die gemessenen Drehzahlen des Antriebes n₁ und
Abtriebes n₂ ins Verhältnis gesetzt werden, und zwar
nach der Formel
Hieraus ist feststellbar, wie weit die Abtriebsdrehzahl
n₂ von der Antriebsdrehzahl n₁ abweicht. Bei nur ge
ringem Abweichen ist eine andere Qualität für das Warn
signal gefordert, als beispielsweise bei größeren Dreh
zahlunterschieden. Im Fall nur geringerer Abweichung der
Abtriebsdrehzahl n₂ von der Antriebsdrehzahl n₁ sind
die Auswirkungen auf die Funktion des Gerätes und die der
Sicherung dienenden Reibkupplung 5 geringer, als bei einer
größeren Abweichung der Drehzahl, die beispielsweise die
Blockade eines Gerätes signalisieren kann. Aus diesem
Grunde wird ein Quotient Qzul als Grenzwert vorgegeben,
bei dessen Unterschreitung die Qualität des erzeugten
Signales bei gleichzeitiger Überschreitung der vorgegebenen
zulässigen Anzahl von Schlupfumdrehungen Izul ein eine
erhöhte Aufmerksamkeit erforderndes Signal ausgelöst
wird. Im Quotientengrenzwertvergleicher 29 wird
festgestellt, ob durch den aus der Abtriebsdrehzahl n₂
und der Antriebsdrehzahl n₁ errechneten Quotienten der
zulässige Quotient Qzul unterschritten wird. Der
Quotientengrenzwertvergleicher 29 erzeugt im Falle des
Unterschreitens ein Zusatzsignal für den Signalgeber 27.
Es wurde festgelegt, daß bei einer Unterschreitung der
Abtriebsdrehzahl n₂ im Verhältnis zur Antriebsdrehzahl
n₁ von 10%, also bei einem Qzul von 0,9 dieses
zusätzliche Signal oder ein verändertes Signal erzeugt
werden soll.
In Fig. 5 obere Hälfte sind verschiedene Belastungszu
stände dargestellt. Das Bild I zeigt, daß während des
Meßzeittaktes von zwei Minuten eine Anzahl von Schlupfum
drehungen bzw. Schlupfimpulsen erreicht worden ist, die
unter der zulässigen Anzahl Izul von 24
Schlupfumdrehungen liegt. Bei dem Schaubild II ist
dargestellt, daß am Ende des Meßzeittaktes tint
tatsächlich der Grenzwert erreicht wird. In
diesem Fall erfolgt ebenfalls kein Alarm. Bei dem im
Schaubild III dargestellten Belastungsfall ist erkennt
lich, daß während des Meßzeittaktes tint zu einem Zeit
punkt tgem bereits die zulässige Anzahl von Schlupfum
drehungen Izul durch die gemessene bzw. errechnete An
zahl von Schlupfumdrehungen Igem überschritten wird. Es
wird ein Alarmsignal erzeugt, d. h. der Signalgeber 27
spricht an. Da jedoch die Drehzahl n₁ und n₂ von
Eingangswelle 13 und Ausgangswelle 14 noch annähernd über
einstimmen, erhält das Signal die Qualität, daß es sich um
eine nur langsame Überlastung handelt. Bei dem im Schau
bild IV dargestellten Belastungsfall ist feststellbar, daß
nach einer zunächst nur geringen Anzahl von Schlupfum
drehungen plötzlich ein Anstieg und Überschreiten der
zulässigen Grenze Izul innerhalb des laufenden Meßzeit
taktes erfolgt, wobei gleichzeitig festgestellt worden
ist, daß die Drehzahlen n₁ und n₂ von Eingangswelle 13
und Ausgangswelle 14 in erheblichem Maße voneinander ab
weichen, so daß über den Quotientengrenzwertvergleicher 29
ein Zusatzsignal ausgelöst wird, das anzeigt, daß offen
sichtlich eine Blockade vorliegt. Als Reaktion der
Bedienungsperson müßte hierauf die Stillsetzung des
Antriebes bzw. Traktors 1 erfolgen, um nicht einen Bruch
oder eine Überlastung des Gerätes 2 bzw. der Kupplung 5
folgen zu lassen.
Im Schaubild V ist schließlich eine Anfahrsituation dar
gestellt. Obwohl zunächst zu Beginn des Meßzeittaktes eine
größere Anzahl von Schlupfumdrehungen Igem ermittelt
wird, stabilisiert sich jedoch das Verhalten, so daß kein
Alarmsignal gegeben wird.
Um dem Fahrer zusätzlich auch noch eine Information über
den Auslastungsgrad des angetriebenen Gerätes 2 geben zu
können, ist zusätzlich eine Einheit der Auswerteeinheit 22
zugeordnet, die den relativen Schlupf RS während eines
Meßzeittaktes tint anzeigt. Der relative Schlupf kenn
zeichnet, wie weit die Leistungsgrenze von vier zulässigen
Schlupfumdrehungen ausgenutzt wird. Der relative Schlupf
RS errechnet sich zum jeweiligen Meßzeitpunkt innerhalb
eines Meßzeittaktes tint aus der bis zum Meßzeitpunkt
festgestellten Anzahl von Schlupfumdrehungen Igem wäh
rend des Meßzeittaktes im Verhältnis zur während dieses
Meßzeittaktes abgelaufenen Zeit tgem multipliziert mit
dem Quotienten aus der Zeit für einen Meßzeittakt tint
und der zulässigen Anzahl von Schlupfumdrehungen Izul
während dieses Meßzeittaktes tint multipliziert mit 100%.
Die Anzeige erfolgt also in %. Das Prinzip des rela
tiven Schlupfes ist zum einen in Fig. 4 und zum anderen
aber auch jeweils unter Bezugnahme auf die in den darüber
liegenden Schaubildern dargestellten Belastungszustände in
Fig. 5 dargestellt. Es ist erkennbar, daß bei dem
Belastungsfall gemäß Schaubild I ein relativer Schlupf RS
und damit ein Auslastungsgrad bezogen auf den zulässigen
Schlupf von vier Umdrehungen im Meßzeittakt von 50%
erreicht wird. Bei der Grenzauslastung gemäß Schaubild IV
ist ein Auslastungsgrad von 100% und bei der langsamen
Überlastung ein Wert zwischen 100 und 150 erkennbar.
Hier kann der Fahrer bereits weit vor der Meldung
"Überlastung" anhand des RS-Wertes von etwa 125% erkennen,
daß er sein Gerät bzw. seine Kupplung überlastet. Aufgrund
der Feststellung eines steilen Anstieges bei dem
Belastungszustand entsprechend Schaubild IV ist für den
Fahrer auch anhand der geänderten Warnung erkennbar, daß
die Gefahr einer Blockade gegeben ist. Im Zusammenhang mit
dem Schaubild IV, welches das Anfahren betrifft, ist
erkennbar, daß die relativen Grenzwerte im Meßintervall
überschritten werden können, aber dann, wenn sie nicht bis
zum Ende des ersten Meßzeittaktes fortdauern, kein
Warnsignal ausgelöst wird.
Die Grenzdrehzahlen für die Festlegung des Quotienten
müssen jeweils für den einzelnen Anwendungsfall neu er
mittelt bzw. festgelegt werden. Bei Auftreten einer Blockade
muß der Fahrer nämlich sehr massiv auf diesen Zustand
aufmerksam gemacht werden oder es kann sogar vorgesehen
sein, daß über die Auswerteeinheit 22 eine automatische
Abschaltung erfolgt, um ein Überhitzen der Reibkupplung 5
zu vermeiden. Die Wirkungsweise wird anhand von zwei
Beispielen aus der Praxis näher erläutert. Dabei sind 2
Werte als Fixwerte festgelegt. Dieses sind die maximal
zulässige Anzahl von Schlupfumdrehungen Izul mit vier
und die Dauer des Meßzeittaktes tint mit zwei Minuten.
Ferner ist es ein Prinzip der Verfahrensweise nach der Er
findung, daß ein jeweils neuer Meßzeittakt tint dann
beginnt, wenn der zulässige Grenzwert überschritten worden
ist und ein Alarmsignal gegeben worden ist. Generell be
ginnt jedoch ein Meßzeittakt erst zu laufen, wenn über
haupt ein Schlupf festgestellt wird.
Dieses Beispiel gilt für einen Häcksler oder ähnliche
Maschinen:
Nenndrehzahl des Gerätes | |
nNenn=1000 min-¹ | |
Anfahrdrehzahl des Schleppers | n₁=400 min-¹ |
Anlaufzeit | tgem=1,3 sec |
Diese vorgegebenen realistischen Bedingungen bedeuten, daß
während der Anlaufphase eine mittlere Drehzahl von 200 min-¹
vorliegt. Hierbei ist unterstellt, daß mit einer
relativ hohen Schlepperzapfwellendrehzahl angefahren wird
und daß die Zapfwellendrehzahl während des Anlaufvor
ganges kostant bleibt. Während dieses sehr harten
Anlaufvorganges wird der Grenzwert der zugelassenen
Schlupfumdrehungen Izul gerade erreicht. Dem Fahrer wird
bei noch etwas härterem Anfahren angezeigt, daß er das
System überlastet hat. Es wird jedoch keine "Blockade
meldung" gemacht, da zum Zeitpunkt des Erreichens der
zulässigen Anzahl von Schlupfumdrehungen Izul die Ab
triebsdrehzahl nahe der Eingangsdrehzahl ist
Für dieses Beispiel wurden folgende Arbeitsbedingungen
zugrunde gelegt:
Antriebsgeschwindigkeit | |
v=6 km/h=1,67 m/s | |
Zapfwellendrehzahl | n=1000 min-¹=16,67 sec-¹ |
Bei Einhaltung dieser Arbeitsbedingungen wird bei einer
Blockadezeit von 0,25 sec eine Warnmeldung gegeben. Wäh
rend dieser Zeit wird ein Weg von 40 cm zurückgelegt. Das
bedeutet, daß ein Ansprechen der Reibkupplung 5 beim Über
fahren z. B. einer stark verfestigten Stelle auf dem Acker,
beispielsweise eine festgefahrene Fahrspur, was mit star
kem Schlupf der Reibkupplung 5 verbunden sein kann, noch
kein "Alarm" gegeben wird. Erst längere Blockadezeiten
führen zu Fehlermeldungen. Diese Art der Alarmmeldung kann
vom Anwender akzeptiert werden.
Diese Beispiele zeigen, daß die gewählte Meßzeit von zwei
Minuten und die zugrunde gelegte maximal zulässige Anzahl
von vier Schlupfumdrehungen sowohl bei Langzeitbelastung
ausreichend ist, als auch durch das Anzeigen des Alarmes
bei Überschreiten des Schlupfgrenzwertes während der
Meßzeit den möglicherweise auftretenden Stoßbelastungen
gerecht wird.
Die Meßzeit oder der Grenzwert für den maximal zulässigen
Schlupf müssen an die jeweilige Kupplungsauslegung an
gepaßt werden, um eine Überhitzung der Kupplung sicher
verhindern zu können.
Für den Schlepperfahrer sind drei verschiedene Warn- bzw.
Anzeigefunktionen denkbar:
- 1. Alarmmeldung für den Fahrer bei "langsamer" Über
lastung des Gerätes 2
- - die zulässige Anzahl von Schlupfumdrehungen Izul wird während eines Meßzeittaktes überschritten.
- - Abtriebsdrehzahl n₂ ist größer als 90% der An triebsdrehzahl n₁ (Q<0,9)
- Es erfolgt eine Warnung z. B. mit einem Intervallton mit 5 Hz für eine Zeit von 2 sec.
- 2. Alarmmeldung für den Fahrer bei Blockade des Gerätes 2
- - die zulässige Anzahl von Schlupfumdrehungen Izul eines Meßzeittaktes tint ist überschritten.
- - die Abtriebsdrehzahl ist kleiner als 90% der An triebsdrehzahl (Qgem<Qzul=0,9)
- Es erfolgt eine veränderte Warnung z. B. mit einem Dauerton von 8 sec, oder gegebenenfalls ein Abschalten des Antriebs.
- 3. Anzeige für den Fahrer über den Auslastungsgrad (Aus
lastungsanzeiger 30) des Gerätes 2
- - Angezeigt wird der prozentuale Anteil des Schlupfes innerhalb eines Meßzeittaktes bezogen auf die maximal zulässige Anzahl von Schlupfumdrehungen Izul während eines Meßzeittaktes.
Hierfür gilt folgende Vorschrift:
RS | |
relativer Schlupf | |
tint | Zeitdauer des Meßzeittaktes |
tgem | Zeit seit Beginn des jeweiligen Meßzeittaktes |
Izul | maximal zulässige Anzahl von Schlupfumdrehungen im Meßzeittakt |
Igem | aktuell gemessene Anzahl von Schlupfumdrehungen im Meßzeittakt |
Die Anzeige kann bewirken, daß bei zu starker Auslastung
des Gerätes 2 während eines Meßzeittaktes tint ein Wert
von mehr als RS=100% angezeigt wird, ohne daß die maxi
mal zulässige Anzahl von Schlupfumdrehungen Izul schon
erreicht worden wäre. Diese Information ist jedoch für den
Fahrer ein Hinweis, die Fahrgeschwindigkeit zu reduzieren,
da bei Beibehaltung dieser Arbeitsweise das Gerät im Laufe
des Meßzeittaktes überlastet und dadurch die Reibkupplung
5 überhitzt werden würden. Dies ist in Fig. 4 dargestellt.
Auch anhand von Fig. 3 ist die Wirkung der Anzeige zu
erkennen.
Die Anzeige ermöglicht dem Fahrer, einen Eindruck von der
Auslastung seines Gerätes 2 zu erhalten. Bei entsprechen
der Nutzung dieser Information und Umsetzung in eine
geeignete Fahrstrategie kann die Maschinenauslastung
verbessert und damit die Arbeitsgeschwindigkeit optimiert
werden.
Claims (9)
1. Verfahren zum Auslösen eines Signals zur Anzeige er
reichter vorgegebener Belastungsgrenzwerte im An
triebsstrang einer von der Zapfwelle eines Traktors
angetriebenen, selbstfahrenden oder stationären
landwirtschaftlichen Maschine, welcher eine Drehmomentbegrenzungskupplung
aufweist, deren Antriebs- und
Abtriebsdrehzahlen gemessen werden und wobei die der
Drehzahldifferenz entsprechenden Schlupfumdrehungen
aufsummiert werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die während eines ab dem jeweils ersten Auftreten
eines Schlupfes beginnenden vorgegebenen Meßzeittakte
(tint) oder bei danach andauerndem Schlupf während
eines der daran anschließenden Meßzeittakte (tint)
die errechneten Schlupfumdrehungen (Igem) bei
Überschreiten der vorgegebenen zulässigen
Schlupfumdrehungen (Izul) ein Signal auslösen, wobei
bei Auslösung des Signals jeweils ein neuer
Meßzeittakt (tint) zu laufen beginnt und daß zum
Zeitpunkt der Überschreitung der zulässigen Anzahl von
Schlupfumdrehungen (Izul) aus der zu diesem
Zeitpunkt gemessenen Antriebsdrehzahl (n₁) und der
Abtriebsdrehzahl (n₂) der Quotient gebildet wird,
wobei die Antriebsdrehzahl (n₁) den Nenner und die
Abtriebsdrehzahl (n₂) den Zähler bildet, und daß das
ausgelöste Signal bei Unterschreitung eines
vorgegebenen Quotienten (Qzul) verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Vergleichssignal nach der Funktion
erfolgt, worin Igem die im Meßzeittakt (tint) seit
dessen Beginn ermittelte Anzahl von Schlupfumdrehungen
(Igem), tgem die Zeit seit Beginn des laufenden
Meßzeittaktes (tint), tint die Zeitdauer des Meßzeittaktes,
angegeben in der gleichen Zeiteinheit wie
die im laufenden Meßzeittakt verstrichene Zeit
(tgem), und Izul die vorgegebene maximal zulässige
Anzahl von Schlupfumdrehungen je Meßzeittakt bedeuten.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßzeittakt (tint) zwei Minuten beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zulässige Anzahl von Schlupfumdrehungen
(Izul) auf vier Umdrehungen begrenzt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Grenzwert für den Quotienten (Qzul), bei
dessen Unterschreitung eine Änderung des Signals
ausgelöst wird, den Wert von 0,9 beträgt.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehmomentbegrenzungskupplung als Reibkupplung
(5) ausgebildet ist, daß eine Auswerteeinheit (22)
vorgesehen ist, die ein Glied (23) zur Bildung der
Drehzahldifferenz, ein Additionsglied (24) und ein
Zeitglied (25) sowie einen Grenzwertvergleicher (26),
welcher mit einem Signalgeber (27) verbunden ist,
aufweist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Quotientenglied (28) zur Bildung des Quo
tienten aus der von den Drehzahlmessern (16, 17) fest
gestellten Drehzahl (n₁, n₂) der Abtriebs- und der
Antriebsseite der Reibkupplung (5) und ein Quotienten
grenzwertvergleicher (29) vorgesehen sind, die eben
falls mit dem Signalgeber (27) verbunden ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehzahlmesser (16, 17) Zahnscheiben (19) mit
gleichen Zähnezahlen und Näherungssensoren (18) um
fassen.
9. Einrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zahnscheiben (19) sechs Zähne (21) und sechs
Zahnlücken (20) aufweisen.
Priority Applications (4)
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