WO2004086848A2 - Elektromotorisch betriebenes bodenbearbeitungsgerät, insbesondere bodenhacke - Google Patents

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WO2004086848A2
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tillage
soil
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    • A01B33/028—Tilling implements with rotary driven tools, e.g. in combination with fertiliser distributors or seeders, with grubbing chains, with sloping axles, with driven discs with tools on horizontal shaft transverse to direction of travel of the walk-behind type
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    • A01D69/02—Driving mechanisms or parts thereof for harvesters or mowers electric
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    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D75/00—Accessories for harvesters or mowers
    • A01D75/18—Safety devices for parts of the machines

Definitions

  • Soil cultivation machine operated by an electric motor, in particular a hoe
  • the present invention relates to an electric motor-operated soil cultivation device for soil cultivation in the field of agriculture and horticulture, in particular a ground hoe, with an asynchronous three-phase motor for driving a rotatable cultivation tool.
  • Motor-driven, hand-held tillage implements which are also known under the term hoe or garden tiller, are now part of the standard equipment of horticultural companies, allotment gardeners and vineyards.
  • Such tillage devices have a rotatable tillage tool that engages the soil for tillage. So far, the rotary tools have been driven primarily by internal combustion engines on the chassis of the tillage implement. However, internal combustion engines generate a high level of noise on the one hand and, on the other hand, cause high pollutant emissions. A high engine speed is also required for tillage with a sufficiently high torque.
  • hand-operated tillage devices for agricultural or horticultural tillage are also known, in which electric motors for driving the tillage Tools are used.
  • DE 42 10 816 AI shows a hand-held device for tillage, which has a three-phase motor as a drive.
  • the tool driven by the three-phase motor can be operated with two different tool widths by removing the outer tool parts. A different torque is required for operation with the smaller tool width than for operation with the larger tool width.
  • the three-phase motor can be used between two
  • Soil cultivation is only achieved with certain soil conditions and the devices are sometimes difficult for the operator to handle.
  • the use of electric motors for generic tillage equipment also requires that the electric motors have a compact design and be inexpensive to implement.
  • the present hand-operated, electric-powered soil cultivation device has an asynchronous three-phase motor for driving the rotatable cultivation tool.
  • the soil tillage implement comprises a frequency converter for generating a drive voltage with an adjustable frequency for the three-phase motor, the frequency converter being connected to a manually operated adjusting device for changing the frequency of the drive voltage.
  • the three-phase motor is designed, preferably by suitable dimensioning of the number of poles and number of turns of the stator, in such a way that an approximately constant torque of the three-phase motor is maintained over a wide range of speeds of the three-phase motor that can be set with the adjusting device. This range preferably encompasses a speed range between 20 and over 2000 rpm, in particular up to approximately 6500 rpm.
  • a range of 10 to over 3000 rpm of the three-phase motor is even more advantageous.
  • the guarantee or generation of the approximately constant torque over the wide speed range is realized by suitable adaptation of the number of poles on one side and the number of turns of the stator of the three-phase motor on the other side.
  • Commercially available, low-cost three-phase motors are designed for a specific speed, so that their torque drops sharply on both sides of this speed.
  • the torque can be increased in a low speed range.
  • By lowering the number of turns and thus reducing the inductive resistance in an upper speed range the torque can be increased in this upper speed range.
  • Another possibility of increasing the torque in a low speed range is to increase the number of winding slots on the stator, ie the use of a stator plate with an increased number of slots.
  • known inexpensive and lightweight three-phase motors can be designed as one of the above measures or by a combination of the above measures as a three-phase motor for the present tillage implement.
  • the present tillage implement preferably comprises an electromechanical control which enables a reversal of the polarity of the three-phase motor for a reversal of direction.
  • the polarity reversal is triggered by a switching element, which is preferably attached to the guide handle of the device.
  • the electromechanical control system additionally includes a speed limiter to limit the speeds of the three-phase motor during reverse operation. This speed limiter limits the maximum possible speed in reverse mode to less than 50% of the maximum possible speed in forward mode.
  • the electromechanical control is connected to a further switching element and is designed in such a way that the three-phase motor is only supplied with current if the further switching element is kept pressed by an operator against a spring force. If the operator releases this switching element, the power supply is interrupted.
  • the electromechanical control is designed in such a way that both switching elements have to be actuated simultaneously in order to put the device into operation. In this way, unwanted commissioning is avoided.
  • an electrical interlock between the two switching elements is preferably provided, which ensures that a change between forward and reverse modes of operation can only take place by interrupting the electrical operation of the device.
  • the adjusting device for setting the speed is preferably part of the electromechanical control. If this control device is designed as a potentiometer, it is electrically integrated into the control circuit. In one configuration, the control comprises a microprocessor, so that a potentiometer as an adjusting device can be dispensed with.
  • the rotational speed is realized, for example, via the switching element for the forward and reverse switching.
  • the speed can be increased or decreased by pressing this switching element for a longer period.
  • the frequency or speed change is achieved, for example, by feeding in a 0-10 V, 4-20 mA signal at the corresponding input of the frequency converter.
  • the frequency converter is designed such that in addition to the drive voltage for the three-phase motor, it also provides a direct voltage for the operation of the electromechanical control. This makes it possible to dispense with an additional mains transformer and thus brings further weight savings.
  • a particular advantage of the present soil tillage implement is that no additional gears have to be used. Rather, the soil tillage implement can be operated directly via a worm gear with the three-phase motor both in the forward and in the reverse direction.
  • Fig.l is a highly schematic representation of a tillage implement according to the present invention.
  • Fig. 4 shows an example of a moment curve
  • FIG. 1 A typical construction of a tillage implement, as can also be implemented in the tillage implement of the present invention, is shown in a highly schematic manner in FIG. 1.
  • the soil tillage implement generally comprises a frame 1 which can be provided with a foldable wheel 2 for transport.
  • a tool 3 engaging, chopping or milling in the ground is rotatably suspended on the frame 1.
  • This tool 3 is driven via the asynchronous three-phase motor 4, which can be connected to the tool 3, for example, via a worm gear.
  • a guide arm 5 is fastened to the frame 1 with a guide hand or steering handle 6, via which an operator can guide the soil tillage implement.
  • Two switching elements 7, 8 and a potentiometer 9 are attached to the guide handle 6. Both switching elements 7, 8 and the potentiometer 9 are connected via electrical lines to the electromechanical control for the three-phase motor 4, which cannot be seen in this figure.
  • this floor processing device In order to distinguish between an intended and an unwanted commissioning, this floor processing device to activate two independent electromechanical switching functions.
  • the switching element 7 designed as a push handle serves as an emergency stop. This switching element 7 must be held in the operating position by hand to operate the soil tillage implement. When this switching element 7 is released, the spring position of the switching element is immediately assumed by a spring force and the power supply between the frequency converter and the three-phase motor 4 is thereby interrupted.
  • the second switching element 8 which is designed in the present example as a button with a rest position (middle position without switching function) and a forward and reverse position, the direction of rotation of the three-phase motor and thus the direction of travel of the tillage implement can be determined.
  • Switching elements 7 for emergency stop and 8 for the forward-reverse switchover built This ensures that a change of direction is only possible after an interruption in the power supply between the frequency converter and the three-phase motor of the device.
  • Fig. 2 shows schematically essential electrical components of the present tillage device.
  • the motor 4 can be seen, which is fed by a drive voltage provided by the frequency converter 10.
  • the frequency of this drive voltage can be variably set with the potentiometer 9 over a wide frequency range, in the present example between approx. 5 Hz and 120 Hz.
  • the potentiometer 9 belongs to the electromechanical control 11, which controls the operating mode (forward - backward) of the motor 4 via the corresponding switching elements 7, 8 shown in FIG. 1.
  • Potentiometer 9 adjustable speed range from 10 to 3600 U / min an almost constant torque, ie a torque that is over this range changes less than 10%.
  • the number of turns of this known three-phase motor was reduced from 62 turns to 42 turns in order to provide a sufficiently low inductive resistance even at the maximum operating frequency of 120 Hz
  • FIG. 4 shows the torque curve of a further motor for operating a tillage implement according to the invention.
  • a commercially available two-pole 0.37 kW three-phase motor that can be operated with 220 V AC voltage was adapted so that it can be adjusted over a speed range of 20 using the potentiometer 9 up to 6800 rpm has an almost constant torque.
  • a laminated core with 24 slots was used instead of the laminated core with 18 slots originally present in the motor and the winding was adjusted. Surprisingly, these measures made it possible to achieve a constant torque over the wide speed range, as can be seen in the figure.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektro­motorisch betriebenes Bodenbearbeitungsgerät für die Bodenbearbeitung im Bereich der Landwirtschaft und des Gartenbaus, insbesondere eine Bodenhacke, mit einem asynchronen Drehstrommotor (4) zum Antrieb eines rotierbaren Bearbeitungswerkzeugs (3). Das Boden­ bearbeitungsgerät umfasst einen Frequenzumformer (10) zur Erzeugung einer Antriebsspannung mit einstellbarer Frequenz für den Drehstrommotor (4), wobei der Frequenzumformer (10) mit einer manuell bedienbaren Stelleinrichtung (8, 9) zur Veränderung der Frequenz der Antriebsspannung verbunden ist. Der Drehstrommotor ist so ausgebildet, dass ein annähernd konstantes Drehmoment des Drehstrommotors (4) über einen breiten, mit der Stelleinrichtung (8, 9) einstellbaren Bereich von Drehzahlen des Drehstrommotors (4) eingehalten wird. Mit dem vorliegenden Bodenbearbeitungsgerät wird ein bedienerfreundliches Bodenbearbeitungsgerät bereitgestellt, das sich auch in niedrigen Drehzahlbereichen für eine effiziente Bodenbearbeitung betreiben lässt.

Description

Elektromotorisch betriebenes Bodenbearbeitungsgerät, insbesondere Bodenhacke
Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromotorisch betriebenes Bodenbearbeitungsgerät für die Bodenbearbeitung im Bereich der Landwirtschaft und des Gartenbaus, insbesondere eine Bodenhacke, mit einem asynchronen Drehstrommotor zum Antrieb eines rotierbaren Bearbeitungswerkzeugs .
Motorisch angetriebene, handgeführte Bodenbear- beitungsgeräte, die auch unter dem Begriff Bodenhacke oder Gartenfräse bekannt sind, gehören heute zur Standardausrüstung von Gartenbaubetrieben, Kleingärtnern und Weinbaubetrieben. Derartige Bodenbearbeitungsgeräte weisen ein rotierbares Bearbeitungs- Werkzeug auf, das zur Bodenbearbeitung in den Boden eingreift. Der rotatorische Antrieb der Bearbeitungswerkzeuge erfolgt bisher vor allem durch Verbrennungsmotoren am Fahrgestell des Bodenbearbeitungsgerätes. Verbrennungsmotoren erzeugen jedoch eine einerseits eine hohe Geräuschbelastung und verursachen andererseits hohe Schadstoffemissionen. Für die Bodenbearbeitung mit einem ausreichend großen Drehmoment ist zudem eine hohe Motorendrehzahl erforderlich.
Inzwischen sind auch handgeführte Bodenbearbeitungsgeräte für die landwirtschaftliche oder gartenbauliche Bodenbearbeitung bekannt, bei denen Elektromotoren für den Antrieb des Bearbeitungs- Werkzeuges eingesetzt werden. So zeigt beispielsweise die DE 42 10 816 AI ein handgeführtes Gerät zur Bodenbearbeitung, das einen Drehstrommotor als Antrieb aufweist. Das mit dem Drehstrommotor angetriebene Werkzeug lässt sich durch Entfernen der äußeren Werkzeugteile mit zwei unterschiedlichen Werkzeugbreiten betreiben. Für den Betrieb mit der kleineren Werkzeugbreite ist ein anderes Drehmoment erforderlich als für den Betrieb mit der größeren Werkzeugbreite. Der Drehstrommotor lässt sich hierzu zwischen zwei
Drehzahlbereichen umschalten, um die unterschiedlichen Drehmomente zu erzeugen.
Bei den bekannten Bodenbearbeitungsgeräten besteht jedoch häufig das Problem, dass eine effiziente
Bodenbearbeitung nur bei bestimmter Bodenbeschaffenheit erreicht wird und die Geräte für den Bediener zum Teil schwer zu handhaben sind. Der Einsatz von Elektromotoren für gattungsgemäße Bodenbearbeitungsgeräte erfordert zudem, dass die Elektromotoren kompakt aufgebaut und kostengünstig realisierbar sein müssen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein hand- geführtes, elektromotorisch betriebenes Bodenbearbeitungsgerät für die Bodenbearbeitung im Bereich der Landwirtschaft und des Gartenbaus, insbesondere eine Bodenhacke bzw. Gartenfräse, anzugeben, die geringe Schadstoffemissionen verursacht, eine effektive und bedienerfreundliche Bodenbearbeitung bei unterschiedlicher Bodenbeschaffenheit ermöglicht und sich kostengünstig realisieren lässt. Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Bodenbearbeitungsgerät gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Bodenbearbeitungs- gerätes sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
Das vorliegende handgeführte, elektromotorisch betriebene Bodenbearbeitungsgerät weist einen asynchronen Drehstrommotor zum Antrieb des rotierbaren Bearbeitungswerkzeugs auf . Das Bodenbearbeitungsgerät umfasst einen Frequenzumformer zur Erzeugung einer AntriebsSpannung mit einstellbarer Frequenz für den Drehstrommotor, wobei der Frequenzumformer mit einer manuell bedienbaren Stelleinrichtung zur Veränderung der Frequenz der Antriebsspannung verbunden ist. Der Drehstrommotor ist so ausgebildet, vorzugsweise durch geeignete Dimensionierung von Polzahl und Windungszahl des Ständers, dass ein annähernd konstantes Drehmoment des Drehstrommotors über einen breiten, mit der Stelleinrichtung einstellbaren Bereich von Drehzahlen des Drehstrommotors eingehalten wird. Dieser Bereich umfasst vorzugsweise einen Drehzahlbereich zwischen 20 bis über 2000 U/min, insbesondere bis ca. 6500 U/min.
Noch vorteilhafter ist ein Bereich von 10 bis über 3000 U/min des Drehstrommotors .
Die Gewährleistung bzw. Erzeugung des annähernd konstanten Drehmomentes über den breiten Drehzahl- bereich wird durch geeignete Anpassung der Polzahl auf der einen Seite und der Windungszahl des Ständers des Drehstrommotors auf der anderen Seite realisiert. Kommerziell erhältliche kostengünstige Drehstrommotoren sind auf eine bestimmte Drehzahl hin ausgelegt, so dass ihr Drehmoment zu beiden Seiten dieser Drehzahl stark abfällt. Durch Erhöhung der Polzahl derartiger bekannter Drehstrommotoren kann das Drehmoment in einem niedrigen Drehzahlbereich angehoben werden. Durch Erniedrigen der Windungszahl und somit Verringerung des induktiven Widerstandes in einem oberen Drehzahlbereich kann das Drehmoment in diesem oberen Drehzahlbereich erhöht werden. Eine weitere Möglichkeit der Anhebung des Drehmomentes in einem niedrigen Drehzahlbereich besteht in der Erhöhung der Anzahl der Windungsnuten am Ständer, d.h. dem Einsatz eines Ständerbleches mit erhöhter Nutenzahl . Auf diese Weise lassen sich bekannte kostengünstige und leichte Drehstrommotoren durch eine der obigen Maßnahmen oder durch eine Kombination der obigen Maßnahmen als Drehstrommotor für das vorliegende Bodenbearbeitungsgerät ausbilden.
Durch die Möglichkeit der Veränderung der vom
Frequenzumformer bereitgestellten Frequenz und somit der Drehzahl des Drehstrommotors, vorzugsweise eines Drei-Phasen-Drehstrommotors, lässt sich das vorliegende Bodenbearbeitungsgerät somit bis hinab zu niedrigen Drehzahlen mit nahezu gleich bleibendem Drehmoment variabel einsetzen. Hierbei wurde erkannt, dass gerade in niedrigen Drehzahlbereichen in vielen Fällen, insbesondere bei harten oder steinigen Böden, eine sehr effektive Bodenbearbeitung erreicht wird. Durch die Möglichkeit, die Drehzahl stark abzuregein, ohne hierdurch einen starken Abfall des Drehmomentes zu erhalten, wird diese effektive Bodenbearbeitung in Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit ermöglicht. Die Einstellung bzw. Veränderung der Drehzahl erfolgt vorzugsweise über ein Potentiometer, das für den Bediener zugänglich, beispielsweise am Führungs- handgriff bzw. Lenkgriff des Bodenbearbeitungsgerätes, angebracht ist. Auf diese Weise kann der Bediener unkompliziert die Drehzahl, beispielsweise durch Drehen des Führungsgriffes, verändern.
Das vorliegende Bodenbearbeitungsgerät umfasst vorzugsweise eine elektromechanische Steuerung, die eine Umpolung des Drehstrommotors für eine Richtungs- umkehr ermöglicht. Die Umpolung wird über ein Schaltelement, das vorzugsweise am Führungsgriff des Gerätes befestigt ist, ausgelöst. Die elektro- mechanischen Steuerung umfasst dabei zusätzlich einen Drehzahlbegrenzer zur Begrenzung der Drehzahlen des Drehstrommotors bei einem Rückwärts-Betrieb. Dieser Drehzahlbegrenzer begrenzt die maximal mögliche Drehzahl im Rückwärts-Betrieb auf weniger als 50% der maximal möglichen Drehzahlen im Vorwärts-Betrieb.
Die elektromechanische Steuerung ist in einer Weiterbildung des vorliegenden Gerätes mit einem weiteren Schaltelement verbunden und derart ausgebildet, dass der Drehstrommotor nur mit Strom versorgt wird, wenn das weitere Schaltelement gegen eine Federkraft von einem Bediener ständig gedrückt gehalten wird. Lässt der Bediener dieses Schaltelement los, so wird die Stromversorgung unterbrochen. Durch diese Ausgestaltung mit dem zusätzlichen Schaltelement, einem so genannten Totmann-Schalter, der vorzugsweise am Führungshandgriff bzw. Lenkgriff angebracht ist, wird die Unfallsicherheit des Gerätes erhöht. Weiterhin ist die elektromechanische Steuerung so ausgestaltet, dass beide Schaltelemente gleichzeitig betätigt werden müssen, um das Gerät in Betrieb zu setzen. Auf diese Weise wird eine ungewollte Inbetriebsetzung vermieden. Weiterhin ist vorzugsweise eine elektrische Verriegelung zwischen den beiden Schaltelementen vorgesehen, die gewährleistet, dass ein Wechsel zwischen Vorwärts- und Rückwärts-Betriebsweise nur durch Unterbrechung des elektrischen Betriebes des Gerätes erfolgen kann.
Vorzugsweise ist die Stelleinrichtung für die Einstellung der Drehzahl Bestandteil der elektro- mechanischen Steuerung. Bei einer Ausbildung dieser Stelleinrichtung als Potentiometer ist dieses elektrisch in die Steuerschaltung integriert . In einer Ausgestaltung umfasst die Steuerung einen Mikroprozessor, so dass auf ein Potentiometer als Stell- einrichtung verzichtet werden kann. Die Einstellung der
Drehzahl wird vielmehr beispielsweise über das Schaltelement für die Vorwärts- und Rückwärts- Umschaltung realisiert. Durch längeres Drücken dieses Schaltelementes kann die Drehzahl erhöht oder erniedrigt werden. Die Frequenz- bzw. Drehzahlanderung wird dabei bspw. durch Einspeisung eines 0 - 10 V, 4 - 20 mA - Signals am entsprechenden Eingang des Frequenzumformers erreicht .
Durch die letztgenannten Ausgestaltungen des vorliegenden Bodenbearbeitungsgerätes, insbesondere der wählbaren Betriebsrichtung, lässt sich die Bedienung des Bodenbearbeitungsgerätes sehr anwenderfreundlich gestalten. Der Bediener ist nunmehr ohne Kraftaufwand in der Lage, ein festgefahrenes Bodenbearbeitungsgerät durch Einlegen des Rückwärtsganges problemlos wieder zu lösen.
In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung ist der Frequenzumformer so ausgebildet, dass er neben der Antriebsspannung für den Drehstrommotor auch eine Gleichspannung für den Betrieb der elektromechanischen Steuerung bereitstellt. Dies ermöglicht den Verzicht auf einen zusätzlichen Netztrafo und bringt somit eine weitere Gewichtseinsparung.
Ein besonderer Vorteil des vorliegenden Boden- bearbeitungsgerates besteht auch darin, dass keinerlei zusätzliche Getriebe eingesetzt werden müssen. Das Bodenbearbeitungsgerät lässt sich vielmehr direkt über einen Schneckentrieb mit dem Drehstrommotor sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung betreiben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das vorliegende Bodenbearbeitungsgerät wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
Fig.l eine stark schematisierte Darstellung eines Bodenbearbeitungsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 schematisch elektrische Bestandteile des vorliegenden Bodenbearbeitungsgerätes; Fig. 3 ein Beispiel für eine Ausgestaltung der
Schaltung der elektromechanischen Steuerung des vorliegenden Bodenbearbeitungsgerätes; und
Fig. 4 ein Beispiel für eine Momentenkurve eines
Drehstrommotors des erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungsgerätes .
Wege zur Ausführung der Erfindung
Ein typischer Aufbau eines Bodenbearbeitungsgerätes, wie er auch beim Bodenbearbeitungsgerät der vorliegenden Erfindung realisiert sein kann, ist in der Fig. 1 stark schematisiert dargestellt. Das Boden- bearbeitungsgerät umfasst in der Regel ein Gestell 1, das mit einem umklappbaren Rad 2 für den Transport versehen sein kann. Am Gestell 1 ist ein in den Boden eingreifendes, hackendes oder fräsendes Werkzeug 3 rotierbar aufgehängt . Der Antrieb dieses Werkzeuges 3 erfolgt über den asynchronen Drehstrommotor 4, der beispielsweise über ein Schneckengetriebe mit dem Werkzeug 3 verbunden sein kann. Am Gestell 1 ist ein Führungsarm 5 mit einem Führungshand- oder Lenkgriff 6 befestigt, über den ein Bediener das Bodenbearbeitungs- gerät führen kann. Am Führungsgriff 6 sind zwei Schaltelemente 7, 8 sowie ein Potentiometer 9 angebracht. Beide Schaltelemente 7, 8 und das Potentiometer 9 sind über elektrische Leitungen mit der in dieser Figur nicht erkennbaren elektromechanischen Steuerung für den Drehstrommotor 4 verbunden.
Um eine gewollte von einer ungewollten Inbetriebsetzung zu unterscheiden, sind bei diesem Bodenbear- beitungsgerät zwei unabhängige elektromechanische Schaltfunktionen zu aktivieren. Dabei dient das als Druck-Griff ausgebildete Schaltelement 7 als Not-Stopp. Dieses Schaltelement 7 muss zum Betrieb des Bodenbear- beitungsgerätes per Handbetätigung ständig in Betriebsposition festgehalten werden. Beim Loslassen dieses Schaltelementes 7 wird durch eine Federkraft sofort die Ruhestellung des Schaltelementes eingenommen und dadurch die Stromversorgung zwischen dem Frequenz- umformer und dem Drehstrommotor 4 unterbrochen. Mit dem zweiten Schaltelement 8, das im vorliegenden Beispiel als Taster mit einer Ruhestellung (Mittelstellung ohne Schaltfunktion) sowie einer Vorwärts- und Rückwärtsstellung ausgebildet ist, kann die Drehrichtung des Drehstrommotors und somit die Fahrtrichtung des Bodenbearbeitungsgerätes bestimmt werden.
Die Inbetriebsetzung erfolgt durch Betätigen bzw. Drücken des ersten Schaltelementes 7 und das Antasten des Fahrtrichtungsschaltelementes 8. Ist eine Fahrtrichtung angewählt, so läuft der Motor an. Über das leicht zugängliche Potentiometer 9 kann die Drehzahl bzw. Fahrgeschwindigkeit verändert werden. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, durch den Einsatz eines elektronischen Mikroprozessors, die Drehzahlfunktion in das Schaltelement für die Vorwärts- Rückwärts-Umschaltung zu integrieren, d.h. über die Antastzeit des Schaltelementes in Vorwärtsstellung oder Rückwärtsstellung die Drehzahl entsprechend zu erhöhen oder zu erniedrigen.
Für die Fahrtrichtung rückwärts umfasst die elektromechanische Steuerung eine Drehzahl- bzw. Fahrgeschwindigkeitsbegrenzung nach oben. Durch diese Maßnahme wird das Unfallrisiko infolge einer schwierigeren Handhabung der Maschine minimiert . Weiterhin ist für eine maximale Sicherheit eine elektrische Verriegelung zwischen den beiden
Schaltelementen 7 für Not-Stopp und 8 für die Vorwärts- Rückwärts-Umschaltung eingebaut. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass eine Fahrtrichtungsänderung erst nach einer Unterbrechung der Stromzufuhr zwischen dem Frequenzumformer und dem Drehstrommotor des Gerätes möglich ist .
Fig. 2 zeigt schematisiert wesentliche elektrische Komponenten des vorliegenden Bodenbearbeitungsgerätes. In der Figur ist der Motor 4 erkennbar, der von einer durch den Frequenzumformer 10 bereitgestellten Antriebsspannung gespeist wird. Die Frequenz dieser AntriebsSpannung kann mit dem Potentiometer 9 über einen großen Frequenzbereich, im vorliegenden Beispiel zwischen ca. 5 Hz und 120 Hz variabel eingestellt werden. Das Potentiometer 9 gehört zur elektromechanischen Steuerung 11, die über die entsprechenden, in der Fig. 1 dargestellten Schaltelemente 7, 8 die Betriebsweise (vorwärts - rückwärts) des Motors 4 steuert.
Als Motor wurde im vorliegenden Beispiel ein kommerziell erhältlicher, mit 220 V WechselSpannung betreibbarer Drei-Phasen-Drehstrommotor in vierpoliger Ausführung so angepasst, dass dieser über einen mit dem
Potentiometer 9 einstellbaren Drehzahlbereich von 10 bis 3600 U/min ein nahezu gleich bleibendes Drehmoment, d.h. ein Drehmoment, das sich über diesen Bereich um weniger als 10% ändert, aufweist. Hierzu wurde die Windungszahl dieses bekannten Drehstrommotors von 62 Windungen auf 42 Windungen herabgesetzt, um auch bei der maximalen Betriebsfrequenz von 120 Hz einen ausreichend niedrigen induktiven Widerstand zur
Erzeugung des erforderlichen Drehmomentes zu erhalten. Durch die Anpassung des bekannten Drehstrommotors wurde zudem eine Leistungssteigerung von 1,1 auf 1,7 kW erreicht. Das zeigt, dass durch die vorliegende Anpassung neben dem annähernd konstanten Drehmoment über den großen Drehzahlbereich auch für die gleiche Leistung ein kleinerer und somit leichterer Motor eingesetzt werden kann.
Für den Rückwärtsbetrieb wurde die Frequenz der AntriebsSpannung bei diesem Motor mit einer Drehstrombegrenzung auf eine maximale Frequenz von 35 Hz begrenzt .
Ein Beispiel für eine Ausgestaltung der Schaltung der elektromechanischen Steuerung des vorliegenden
Bodenbearbeitungsgerätes ist in Figur 3 dargestellt, in der u. a. der Rückwärts-Drehzahlbegrenzer 12, das Potentiometer 9, das Not-Stopp-Schaltelement 7 und die beiden Schaltfunktionen des Schaltelementes 8 erkennbar sind.
Figur 4 zeigt die Momentenkurve eines weiteren Motors zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungsgerätes. In diesem Beispiel wurde ein kommerziell erhältlicher, mit 220 V WechselSpannung betreibbarer 0,37 kW- Drehstrommotor in zweipoliger Ausführung so angepasst, dass dieser über einen mit dem Potentiometer 9 einstellbaren Drehzahlbereich von 20 bis 6800 U/min ein nahezu gleich bleibendes Drehmoment aufweist. Hierzu wurde ein Blechpaket mit 24 Nuten an stelle des in dem Motor ursprünglich vorhandenen Blechpaketes mit 18 Nuten eingesetzt und die Wicklung angepasst. Überraschenderweise konnte durch diese Maßnahmen eine Konstanz des Drehmomentes über den breiten Drehzahlbereich erreicht werden, wie dies in der Figur ersichtlich ist.
BEZUGSSEICHENLISTE
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Claims

Patentansprüche
1. Elektromotorisch betriebenes Bodenbearbeitungsgerät für die Bodenbearbeitung im Bereich der Landwirtschaft und des Gartenbaus, insbesondere Bodenhacke, mit einem asynchronen Drehstrommotor (4) zum Antrieb eines rotierbaren Bearbeitungswerkzeugs (3) , dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenbearbeitungsgerät einen Frequenz- Umformer (10) zur Erzeugung einer AntriebsSpannung mit einstellbarer Frequenz für den Drehstrommotor (4) umfasst, wobei der Frequenzumformer (10) mit einer manuell bedienbaren Stelleinrichtung (8, 9) zur Veränderung der Frequenz der Antriebsspannung verbunden ist, und dass der Drehstrommotor (4) so ausgebildet ist, dass ein annähernd konstantes Drehmoment des Drehstrommotors (4) über einen breiten, mit der Stelleinrichtung (8, 9) einstellbaren Bereich von Drehzahlen des Drehstrom- motors (4) eingehalten wird.
2. Bodenbearbeitungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehstrommotor (4) so ausgebildet ist, dass ein annähernd konstantes Drehmoment über einen Bereich von 20 bis über 2000 U/min, insbesondere bis 6500 U/min, des Drehstrommotors (4) eingehalten wird.
3. Bodenbearbeitungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehstrommotors so ausgebildet ist, dass ein annähernd konstantes Drehmoment über einen Bereich von 10 bis über 3000 U/min des Drehstrommotors (4) eingehalten wird.
4. Bodenbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhaltung des annähernd konstanten
Drehmoments über eine Anpassung oder geeignete Dimensionierung einer Polzahl und einer Windungszahl des Drehstrommotors (4) erreicht wird.
5. Bodenbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Beibehaltung eines ausreichend großen Drehmomentes im niedrigen Drehzahlbereich entsprechend hohe Anzahl von Windungsnuten und/oder Polen gewählt ist .
6. Bodenbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Einhaltung eines ausreichend niedrigen induktiven Widerstandes im hohen Drehzahlbereich entsprechend niedrige Anzahl an Windungen gewählt ist.
Bodenbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Drehmoment des Drehstrommotors (4) über den breiten Bereich von Drehzahlen (4) um maximal 10% ändert.
8. Bodenbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumformer (10) und die Stelleinrichtung (8, 9) zur Erzeugung einer Antriebsspannung für den Betrieb des Drehstrommotors mit einer maximalen Frequenz von über 100 Hz, insbesondere von 120 Hz, ausgebildet sind.
9. Bodenbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektromechanische Steuerung (11) zur Umpolung des Drehstrommotors (4) vorgesehen ist, durch die eine Vorwärts- und eine Rückwärts- Betriebsweise des Bodenbearbeitungsgerätes ermöglicht wird, wobei in der Rückwarts- Betriebsweise eine Drehzahlbegrenzung die Drehzahlen des Drehstrommotors auf maximal 50% der maximalen in der Vorwärts-Betriebsweise erreichbaren Drehzahlen begrenzt .
10. Bodenbearbeitungsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromechanische Steuerung (11) mit zwei zum Starten des Gerätes gleichzeitig zu betätigenden unabhängigen Schaltelementen (7, 8) verbunden und derart ausgebildet ist, dass ein Schaltelement (7) für den elektrischen Betrieb des
Gerätes gegen eine Federkraft von einem Bediener ständig gedrückt gehalten werden muss und das andere Schaltelement (8) der Einstellung der Vorwärts— oder Rückwärts-Betriebsweise dient.
11. Bodenbearbeitungsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass elektromechanische Steuerung (11) derart ausgebildet ist, dass für einen Wechsel zwischen Vorwärts— und Rückwärts-Betriebsweise der elektrische Betrieb des Gerätes unterbrochen wird.
12. Bodenbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzumformer (10) einen Gleich- spannungs-Ausgang für die Stromversorgung der elektromechanischen Steuerung (11) aufweist.
13. Bodenbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass elektromechanische Steuerung (11) eine Mikroprozessorsteuerung umfasst .
14. Bodenbearbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (9) ein Potentiometer umfasst .
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