DE4406892A1 - Vorrichtung zur Regelung des Bodenabstandes einer Bearbeitungseinheit einer landwirtschaftlichen Maschine - Google Patents

Vorrichtung zur Regelung des Bodenabstandes einer Bearbeitungseinheit einer landwirtschaftlichen Maschine

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung des Bodenabstandes einer Bearbeitungseinheit einer landwirt­ schaftlichen Maschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist bereits eine hydraulische Hubeinrichtung für Mähdre­ scher aus der DE-PS 15 82 161 bekannt, bei der die Lage der Bearbeitungseinheit relativ zum Mähdrescher und die in der hydraulischen Hubeinrichtung auftretenden Drücke meßtech­ nisch erfaßt werden. Über eine Summenregelung werden diese beiden Meßsignale kombiniert und ein Regelausgangssignal un­ ter Berücksichtigung der Abweichung zu einem eingestellten Sollwert erzeugt. Da eine Regelung der Lage der Bearbei­ tungseinheit - hier ein Mähtisch, der Getreide in einer vorgegebenen Stoppelhöhe über dem Boden schneiden soll - aber nicht zwangsläufig auch zu einer guten Konstanthaltung der gewünschten Stoppelhöhe führt, ist diese Vorrichtung verbesserungsbedürftig.
Aus der DE-OS 32 40 791 ist darüberhinaus bekannt, zusätz­ lich zur Messung des Auflagedrucks eines Einzugsorgans ei­ ner Erntemaschine auch mittels eines mechanischen Tastor­ gans den Bodenabstand des Einzugsorgans zu messen. Jedoch werden bei dieser bekannten Einrichtung beide Größen sepa­ rat eingestellt und auch ausgewertet, was beispielsweise bei großen Unebenheiten des Bodens, bzw. bei großer Bear­ beitungsgeschwindigkeit zu Ungenauigkeiten in der Bearbei­ tung führen kann.
Ferner ist noch in der EP-PS 0 070 354 eine Mischwertein­ stellung bei Hubwerken von Landmaschinen bekannt, bei der zwar eine kombinierte Auswertung der verschiedenen Meßgrö­ ßen vorgenommen wird, jedoch wird diese Regelung insbeson­ dere zur optimierten Kraftübertragung bei Pflugmaschinen eingesetzt, bei denen der Bodenabstand keine Bedeutung hat.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung des Bodenab­ standes einer Bearbeitungseinheit einer landwirtschaftli­ chen Maschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 1 ist insofern vorteilhaft, als durch die Normie­ rung von Einflußgrenzen der Sensoren im Regelgerät, inner­ halb des jeweiligen Sollwerteinstellbereichs, eine optimale Auswertung der Sensorausgangssignale in ihren jeweils gün­ stigsten Arbeitsbereichen vorgenommen werden kann. Beson­ ders die hervorgehobene Auswertung des berührungsfrei in Bodennähe ermittelten Abstandssignals und der ab einer vor­ gegebenen Höhe gleitende Übergang in eine kombinierte Aus­ wertung mit dem Lagesignal macht einerseits die Verwendung relativ empfindlicher Sensoren für den Nahbereich und ande­ rerseits eine stabile Regelung auch für größere Hübe der Bearbeitungseinheit möglich.
Mit den in den Unteransprüchen angegebenen Merkmalen kann in vorteilhafter Weise eine Justierung der Betriebsbedin­ gungen sowie die Normierung für die regeltechnische Auswer­ tung und die Einstellung von Sollwerten für die verschie­ denen Betriebsarten vorgenommen werden. Auch eine aktive Schwingungsdämpfung, die den jeweiligen Einsatzbedingungen und der speziellen Konstruktion der Maschine angepaßt ist, führt zu einer weiteren Verbesserung der Vorrichtung. Durch die Kenntnis aller Rahmenbedingungen bei der Justierung können bei einem Ausfall des Bodenabstandsensors auch mit einer alleinigen Lageregelung noch befriedigende Ergebnisse erzielt werden.
Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die Ab­ standsmessung mit mindestens einem Ultraschallsensor durch­ geführt wird, da dieses Meßverfahren weitgehend unabhängig von Umgebungsbedingungen ist und in elektronisch aufgebau­ ten Regelgeräten gut verarbeitet werden kann.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 7 kann in vorteilhafter Weise der Mähtisch eines Mähdreschers in einer vorgegebenen Sollhöhe (Stoppelhöhe) über dem Boden gehalten werden. Vom Bedienpersonal wird während eines Ar­ beitsintervalls lediglich die Einstellung der Stoppelhöhe an einem Stellglied vorgenommen; die unterschiedlich ge­ wichtete Auswertung der Sensorsignale geschieht in dem vor­ zugsweise mit einem entsprechend programmierten Microcon­ troller ausgerüsteten Regelgerät, so daß der Mähtisch wäh­ rend des Arbeitsintervalls quasi schwimmend über der Boden­ kontur gleitet, da der gemessene Bodenabstand permanent zu einer Nachführung der unterschiedlichen Meßwertauswertungs­ zonen führt.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel wird der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Skizze eines Mähdreschers mit einem boden­ abstandsgeregelten Mähtisch;
Fig. 2 ein Diagramm bezüglich der Arbeits- und Ein­ flußbereiche der Sensoren am Mähdrescher;
Fig. 3 ein Diagramm über eine Kombination der Arbeits­ bereiche einer Lage- und Abstandsregelung;
Fig. 4 ein Diagramm über eine Druckregelung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der Fig. 1 ist ein Mähdrescher 1 als landwirtschaftli­ che Maschine dargestellt, der einen Mähtisch 2 als Bearbei­ tungseinheit an seiner Vorderfront trägt. Der Mähtisch 2 ist über ein hydraulisches Steuerelement 3 in seiner Lage relativ zum Mähdrescher 1 um eine Drehachse 4 verstellbar. Ein Regelventil 5 versorgt das Steuerelement 3 mit der Hydraulikflüssigkeit zum Aufbau des zur geforderten Ver­ stellung des Mähtisches 2 notwendigen Drucks. In einem Fah­ rerhaus 6 ist ein elektronisches Regelgerät 7 schematisch angedeutet, welches als Ausgangsgröße das Stellsignal für das Regelventil 5 erzeugt. Als Istgrößen werden dem Regel­ gerät 7 das Ausgangssignal eines Ultraschallsensors 9 ( wo­ bei ein zweiter Ultraschallsensor am anderen Ende des Mäh­ tisches 2 nicht sichtbar ist), das Ausgangssignal eines Drucksensors 10 und das Ausgangssignal eines beispielsweise induktiven Lagesensors 11 zugeführt.
Der Ultraschallsensor 9 erfaßt hierbei den Bodenabstand des Mähtisches 2, der mit der Stoppelhöhe h eines abgemäh­ ten Erntegutes 12 direkt korreliert; der Lagesensor 11 mißt die Lage des Mähtisches 2 relativ zum Mähdrescher 1, wobei diese Lage aufgrund von konstruktiven Gegebenheiten des Mähdreschers und/oder Bodenunebenheiten nicht direkt mit dem Bodenabstand korreliert. Der Drucksensor 10 erfaßt den Auflagedruck des Mähtisches 2 auf den Boden in der Ruhelage bzw. auf die Halterung an der Maschine. Das Drucksignal kann auch zur Erfassung und zur aktiven (geregelten) Dämp­ fung von Nickschwingungen des Mähtisches 2 herangezogen werden.
Als Sollgrößen stehen dem Regelgerät 7 die Ausgangssignale eines Bedientasters 13 zur zwangsweisen Auf- und Niederbe­ wegung des Mähtisches 2, eines Sollwertstellers 14 für die Einstellung der der gewünschten Stoppelhöhe h und eines Sollwertstellers 15 für einen gewünschten Auflagedruck des Mähtisches 2 zur Verfügung. Darüber hinaus ist noch ein Be­ triebsartenwahlschalter 16 vorhanden, dessen Funktion sich aus den folgenden Erläuterungen zu den Fig. 2 bis 4 er­ gibt.
Anhand der Fig. 2 wird die Funktion des hier dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, wobei auch auf die Fig. 3 und 4 Bezug genommen wird. In der linken Skala des Dia­ gramms nach der Fig. 2 ist der 100% Meßbereich des Lage­ sensors 11 dargestellt, der den gesamten Hubbereich des Mähtisches 2 erfaßt und darüber hinaus die Bodenbegrenzung bei beispielsweise 10% des Meßbereichs erfaßt. Die zu je­ weiligen Signal des Lagesensors 11 gehörenden Sollwerte werden in einem Justiervorgang normiert. Dabei wird dieses Signal so eingestellt, daß der gesamte Zylinderhub abge­ deckt ist. Das entsprechende Signal bei Bodenauflage des Mähtisches 2 ist abhängig von seinen konstruktiven Gegeben­ heiten und wird beim Justiervorgang quasi erlernt. Beim hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Sollwert­ einstellbereich von 10% bis 60% normiert; bei einem anders konstruierten Mähtisch 2 kann dieser Bereich beispielsweise 20% bis 70% betragen.
Darüberhinaus muß dem Regelgerät 7 durch Justierung das Si­ gnal des Lagesensors 11 bekannt sein, bei welchem der Ultraschallsensor 9 bei waagerecht stehendem Mähdrescher in seinen Meßbereich eintaucht (Gerade P1 bei 37,4 cm Boden­ abstand in Fig. 2) und bei welchem Signal der Mähtisch 2 auf dem Boden aufliegt. Die im Regelgerät 7 intern verwen­ deten Sollwerte für den Ultraschallsensor 9 werden entspre­ chend der so erfaßten Signale festgelegt. Das Regelgerät 7 ist derart programmiert, daß ab der 60% Marke (entspr. 50% des Meßbereichs des Lagesensors 11 über dem Boden) ein Übergang von einer Regelung des Bodenabstandes in eine reine Steuerung der Lage des Mähtisches 2 über die Bedien­ taster 13 erfolgt.
Im Bereich von 10% bis 60% des Meßbereichs des Lagesensors 11 ist beim beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Regelung des Bodenabstandes auf einen mit dem Sollwertstellers 14 eingestellten Wert durchführbar. Dieser Bereich ist in drei Zonen aufgeteilt, wobei in der unteren, also bodennahen Zone, ausschließlich das Ausgangssignal des Ultraschallsen­ sors 9 herangezogen wird. Diese Zone umfaßt etwa den halben Meßbereich des Ultraschallsensors von ca. 38 cm. In der darüberliegenden Zone von ebenfalls ca. 19 cm werden die Ausgangssignale vom Ultraschallsensor 9 und vom Lagesensor 11 kombiniert ausgewertet, und zwar in der in Fig. 3 ge­ zeigten linear sich überlappenden Weise. Die Gerade 17 zeigt den schwächer werdenden Einfluß des Ultraschallsen­ sors 9 und die Gerade 18 den sich verstärkenden Einfluß des Lagesensors 11 in Abhängigkeit vom mit dem Ultraschallsen­ sor 9 gemessenen Bodenabstand (hier 19 bis 38 cm).
In der dritten Zone, die bis an die 100% Marke des Regelbe­ reichs des Lagesensors 11 heranreicht, findet eine reine Lageregelung mittels des Ausgangssignals des Lagesensors 11 statt. Der Einstellbereich des Sollwertstellers 14 ist im Diagramm nach der Fig. 2 neben dem Meßbereich des Lagesen­ sors 11 dargestellt und weist einen Skalenbereich von 0 bis 10 auf, wobei sich hier die Grenze des Meßbereichs des Ul­ traschallsensors 9 bei einem Skalenwert von 4,5 befindet.
Beim Betrieb des beschriebenen Mähdreschers 1 kann somit nach erfolgter Justierung ein über die Bedientaster 13 ge­ steuertes Absenken des Mähtisches 2 auf die mit dem Soll­ wertgeber 14 eingestellte Stoppelhöhe ruckfrei und propor­ tional erfolgen, auch wenn die Ausgangsposition weit ober­ halb des Meßbereichs des Ultraschallsensors liegt. Alle normierten Zuordnungszonen der Sensoren 9 und 11 für die Regelung (vgl. Fig. 2) werden quasi ruckfrei durchfahren, da das Regelgerät einen gleitenden Übergang gewährleistet. Eine Regelung des Bodenabstandes ausschließlich mittels des Lagesensors 11 wäre hierbei wegen der niederfrequenten Nickbewegung des Mähdreschers 1 während der Fahrt nicht brauchbar.
In der Fig. 4 ist ein Diagramm über dem Verlauf des mit dem Drucksensor 10 erfaßtem Drucksignals 19. Der Minimal­ druck bei Aufliegen des Mähtisches 2 auf dem Boden soll hier 50 bar und der Maximaldruck bei vollständig angeho­ benem Mähtisch 100 bar betragen. An der senkrechten Achse des Diagramms ist somit der in dem Justiervorgang normierte Drucksollwert angegeben und an der waagerechten Achse der Drehwinkel des Sollwertstellers 15 zwischen Minimal- und Maximalstellung. Auch dieser Justiervorgang für die Soll­ werte läuft, wie bei den vorherbeschriebenen, weitgehend automatisiert ab.
Bei der Regelung des Auflagedrucks des Mähtisches 2 liegt dieser somit mit einer vorwählbaren Restkraft auf dem Boden auf um Verschleiß und Reibkraft minimal zu halten; diese Restkraft wird weitgehend konstant gehalten, wobei davon ausgegangen wird, daß bei Anheben des Mähtisches 2 nach dem Ausführungsbeispiel ein höherer Druck als 50 bar erzeugt wird und unterhalb von 50 bar nicht mehr geregelt wird.
Darüberhinaus kann das Regelgerät 7 so ausgebildet sein, daß bei einer Betätigung des Bedientasters 13 die Druckre­ gelung ausgeschaltet ist und ein Absenken oder Anheben pro­ portional lagegeregelt in der oben beschriebenen Weise er­ folgt. Hierbei wird erst nach Stillstand der Bewegung die Druckregelung wieder aktiviert. Die Druckregelung mittels des Druckreglers 10, des hydraulischen Stellgliedes 3, des Regelventils 5 und des Regelgeräts 7 ermöglicht eine her­ vorragende Ausregelung von störenden Druckamplituden im Stellglied 3 bei der Arbeit und beim Transport des Mähdre­ schers 1, wodurch eventuell auftretende Nickschwingungen des Mähdreschers 1 verhindert werden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Regelung des Bodenabstandes einer Bear­ beitungseinheit einer landwirtschaftlichen Maschine, die
  • - einen Lagesensor (11), der die Lage der Bearbeitungsein­ heit (2) relativ zur Maschine erfaßt, sowie
  • - einen Drucksensor (10) aufweist, der die in einem vor­ zugsweise hydraulischen Steuerelement (3) auftretenden Drücke mißt und die
  • - ein Regelgerät (7) enthält, das unter Vorgabe mindestens eines Sollwerts und unter Auswertung der Sensorausgangssi­ gnale das Steuerelement (3) zur Einstellung des Bodenab­ stands betätigt
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - ein Bodenabstandssensor (9) vorhanden ist, der berüh­ rungsfrei den Bodenabstand der Bearbeitungseinheit (2) mißt und ein entsprechendes Ausgangssignal an das Regelgerät (7) abgibt und daß
  • - in jeweils vorgegebenen Grenzen das mit dem Lagesensor (11) und das mit dem Bodenabstandssensor (9) erfaßte Wegsi­ gnal entweder einzeln oder kombiniert im Regelgerät (7) auswertbar ist,
  • - wobei im bodennahen Bereich allein das Ausgangssignal des Bodenabstandssensors (9) als Istsignal zur Regelung herangezogen wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Regelgerät derart ausgebildet ist, daß die Sollwert­ einstellbereiche und die jeweilige Zuordnung der Sensor­ ausgangssignale für die jeweilige Konfiguration der land­ wirtschaftlichen Maschine normierbar sind, wobei
  • - der Meßbereich des Bodenabstandssensors (9) eine Weglänge umfaßt in deren bodennaher Hälfte ausschließ­ lich das Ausgangssignal des Bodenabstandssensors (9) ausgewertet wird und in deren bodenferner Hälfte zu­ sätzlich das Ausgangssignal des Lagesensors (11) in mit der Entfernung vom Boden steigender Tendenz herangezo­ gen wird und daß
  • - im darüberliegenden bodenfernen Bereich ausschließ­ lich das Ausgangssignal des Lagesensors (11) als Istsi­ gnal ausgewertet wird.
3. Vorrichtung nach Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Regelgerät drei Betriebsarten aufweist, wobei
  • - eine erste Betriebsart (Schnitthöhenregelung) die Re­ gelung des Bodenabstandes auf einen über einen Soll­ wertsteller (14) vorgegebenen Abstandswert nach konti­ nuierlichem Absenken der Bearbeitungseinheit (2) mit­ tels des Bedientasters (13),
  • - eine zweite Betriebsart (Ruhelage) die Regelung des Restauflagedrucks bei auf den Boden abgesenkter Bear­ beitungseinheit (2) und eine
  • - dritte Betriebsart (Transport) die Einstellung einer festen Höhe der Bearbeitungseinheit (2) durch einen Be­ dientaster (13) darstellt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß
  • - in der ersten und in der dritten Betriebsart das Regelge­ rät (7) eine aktive Schwingungsdämpfung bezüglich der Bewe­ gungen der Bearbeitungseinheit (2) durchführt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Bodenabstandssensor (9) ein Ultraschallsensor mit ei­ nem vorgegebenen Meßbereich ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die landwirtschaftliche Maschine ein Mähdrescher (1) ist, der als Bearbeitungseinheit (2) einen Mähtisch (2) aufweist, wobei beim Mähtisch (2)
  • - an der unteren, dem Boden zugewandten Seite des Mäh­ tisches (2) mindestens einer der Ultraschallsensoren (9) angebracht ist, der mit einem ersten Eingang des Regelgeräts (7) verbunden ist, daß
  • - über einen zweiten Eingang das Regelgerät (7) mit dem Ausgangssignal des Drucksensors (10) und über einen dritten Eingang mit dem Ausgangssignal des Lagesensors (11) als Istgrößen beaufschlagt wird, daß
  • - ein Regelventil (5) zur hydraulischen Lageverstellung des Mähtisches (2) vorhanden ist, das vom Ausgangssignal des Regelgeräts (7) angesteuert wird und daß
  • - als Stellglieder der Bedientaster (13) für eine erzwun­ gene Höhenverstellung des Mähtisches (2), ein Wahlschalter (16) für die Betriebsarten, der Sollwertsteller (14) für den Bodenabstand und ein Sollwertsteller (15) für die Druckkraft der Hydraulik (3) mit dem Regelgerät (7) verbun­ den sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß
  • - vor einem Arbeitsintervall, nach einer Konfigurierung der landwirtschaftlichen Maschine (1) eine Justierung durch eine Betätigung der Bearbeitungseinheit (2) durchführbar ist, bei der
  • - das Wegsignal des Lagesensors (11) beim Eintauchen des Bodenabstandssensors (9) in seinen Meßbereich,
  • - das Wegsignal des Lagesensors (11) beim Aufliegen der Bearbeitungseinheit (2) auf dem Boden und
  • - das Ausgangssignal des Drucksensors (10) bei voll­ ständigem Anheben der Bearbeitungseinheit (2) in einem nichtflüchtigen Speicher des einen Microcontroller auf­ weisenden Regelgeräts (7) hinterlegbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Justierung der den ermittelten Sensorsignalen ent­ sprechenden Sollwerte im Regelgerät (7) programmgesteuert durchführbar ist.
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