Anordnung zur elektrohydraulischen Hubwerksregelung, Verfahren für eine derartige

Anordnung und Zugmaschine

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektrohydraulischen Hubwerksregelung (EHR) eines Anbaugeräts für eine Arbeitsmaschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein

Verfahren zur elektrohydraulischen Hubwerksregelung. Außerdem betrifft die Erfindung eine Zug- bzw. Arbeitsmaschine mit einer EHR.

Hintergrund der Erfindung

Zum Verbinden eines Anbaugeräts, beispielsweise eines Pfluges, mit einer Zugmaschine, beispielsweise einem Traktor, weist die Zugmaschine ein Hubwerk auf. Das Hubwerk ist beispielsweise als Drei-Punkt-Kraftheber mit einem Oberlenker und Unterlenkern

ausgebildet. Über Kraftmessbolzen der Unterlenker wird bei der EHR die Zugkraft des Pfluges gemessen. Die Messung der Zugkraft wird benötigt, damit auch vergleichsweise kleine und vergleichsweise mittelgroße Traktoren durch vergleichsweise große Pflüge nicht überlastet oder beim Pflügen ausgebremst bzw. abgewürgt werden. Falls beim Pflügen die Zugkraft des Pfluges zu groß wird, so wird der Pflug einfach etwas aus einem Boden oder zu pflügenden Ackerboden von der EHR ausgehoben, womit die Zugkraft wieder sinkt. Bei sinkender Zugkraft wird der Pflug entsprechend weiter abgesenkt, so dass die Zugkraft steigt. Mit dieser Regelung der Zugkraft kann bei inhomogenen Böden der Traktor bei der Bodenbearbeitung optimal ausgelastet werden. Des Weiteren können auch Bodenwellen ausgeglichen werden, da bei einem zu starken Eintauchen des Pfluges in den Boden die Zugkraft steigt, und der Pflug aufgrund der EHR somit angehoben wird. Eine weitere Ausführungsform einer EHR ist in der DE 26 38 378 offenbart.

Offenbarung der Erfindung Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur elektrohydraulischen

Hubwerksregelung (EHR) zu schaffen, die vorrichtungstechnisch einfach ausgestaltet und kostengünstig ist. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren für eine EHR vorzusehen. Außerdem soll eine Zugmaschine mit EHR geschaffen werden, die vorrichtungstechnisch einfach ausgestaltet und kostengünstig ist.

Die Aufgabe wird gelöst hinsichtlich der Anordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 , hinsichtlich der Zugmaschine gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 und hinsichtlich des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es ist eine Anordnung zur elektrohydraulischen Hubregelung (EHR) oder ein Hubwerk mit einer EHR vorgesehen. Die EHR dient zur Hubregelung eines Anbaugeräts für eine

Zugmaschine, insbesondere für einen Traktor. Vorteilhafterweise ist ein Drucksensor vorgesehen. Mit diesem ist ein Druck eines Hydrozylinders, insbesondere eines

hydraulischen Oberlenkers des Hubwerks, erfassbar. Mit dem vom Drucksensor erfassten Druck kann vorteilhafterweise die Zugkraft des Anbaugeräts ermittelt werden.

Es hat sich gezeigt, dass, insbesondere bei kleinen Anbaugeräten, der vom Drucksensor erfasste Druck proportional zur Kraft, insbesondere im Oberlenker, und somit proportional zur Zugkraft des Anbaugeräts, insbesondere eines Pfluges, ist. Somit kann kostengünstig und vorrichtungstechnisch einfach die Zugkraft, insbesondere bei kleinen und mittleren Traktoren, über den Druck im Hydrozylinder des Oberlenkers ermittelt werden, der von dem Drucksensor gemessen ist.

Der vom Drucksensor gemessene Druck wird vorzugsweise zu einem Steuergerät der Anordnung geführt. Dieses kann derart eingerichtet sein, dass es aus dem Druck die

Zugkraft des Anbaugeräts oder Pfluges ermittelt. Da ein Steuergerät üblicherweise bei einer Zugmaschine vorhanden ist, ist denkbar, auf dieses kostengünstig bei der Anordnung zur EHR zurückzugreifen.

Bevorzugterweise ist mit dem Hydrozylinder eine axiale Länge des Oberlenkers einstellbar oder verstellbar.

Vorzugsweise berücksichtigt das Steuergerät eine Kolbenfläche eines Kolbens des

Hydrozylinders, die einen Druckraum begrenzt, dessen Druck vom Drucksensor gemessen ist, womit vorteilhafterweise unterschiedliche Größen von Hydrozylindern von dem

Steuergerät berücksichtigt werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Anordnung ein Hubwerk oder einen Drei- Punkt-Kraftheber aufweisen. Hierbei sind vorzugsweise zumindest ein verschwenkbarer Unterlenker und ein verschwenkbarer den Hydrozylinder aufweisender Oberlenker vorgesehen. An die Lenker kann das Anbaugerät oder der Pflug ankoppelbar sein.

Vorzugsweise wird mit dem Hubwerk ein Abstand des Anbaugeräts zu einem Boden oder zu einem Ackerboden oder zu einer Oberfläche eingestellt oder verstellt. Durch die

erfindungsgemäße Anordnung ist denkbar, auch herkömmliche Hubwerke, die in einen Oberlenker mit einem Hydrozylinder aufweisen, mit einem Drucksensor

vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig nachzurüsten, um eine EHR vorzusehen. Die Kombination des Drucksensors mit dem Hubwerk führt somit zu einer äußerst kostengünstigen und vorrichtungstechnisch einfach ausgestalteten Anordnung.

Zum Heben und Senken des Hubwerks kann ein weiterer Hydrozylinder vorgesehen sein, der vorteilhafterweise in Abhängigkeit der über den Drucksensor ermittelten Zugkraft, insbesondere vom Steuergerät, betätigbar ist.

Mit Vorteil kann der Drucksensor den Druck, insbesondere direkt, an dem Druckraum abgreifen, der von dem Kolben des Hydrozylinders begrenzt ist, was zu einer kompakten Ausgestaltung führt und den Druck äußerst dynamisch messbar macht. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass der Drucksensor den Druck an einem zu dem Druckraum führenden Strömungspfad oder einer Zuleitung abgreift. Somit kann der Druck auch in einer Ventilscheibe oder einem Ventilblock oder in einer traktorseitig ausgehenden Zuleitung gemessen werden, weshalb der Drucksensor nicht am Hydrozylinder angeordnet werden muss. Hierdurch können beliebige Hydrozylinder für den Oberlenker als Kraftsensoren eingesetzt werden. Greift der Drucksensor den Druck direkt am Druckraum des

Hydrozylinders ab, so kann er mechanisch mit dem Hydrozylinder fest verbunden sein und eine einfach handhabbare Einheit mit diesem bilden.

Wie vorstehen bereits erläutert kann der Druck an einer Ventilscheibe oder an einem

Ventilblock, an die oder an dem der Hydrozylinder angeschlossen ist, vom Drucksensor abgegriffen sein, wodurch der Drucksensor zugmaschinenseitig anordbar ist. Vorteilhafterweise kann eine Längenregelung für den Hydrozylinder des Oberlenkers vorgesehen sein, um eine Länge des Oberlenkers einfach einstellen zu können und/oder die Länge im Betrieb der Zugmaschine zumindest im Wesentlichen konstant zu halten. Für die Längenregelung kann ein Wegmesssystem vorgesehen sein, das einen Verschiebeweg und/oder eine Verschiebegeschwindigkeit des Kolbens oder einer Kolbenstange des Hydrozylinders misst. Die Längenregelung kann vorrichtungstechnisch einfach über das Steuergerät erfolgen.

Der vom Drucksensor erfasste Druck ist vorzugsweise vom ersten Druckraum des

Hydrozylinders erfasst, wobei der erste Druckraum derjenige ist, bei dem der Druck bei einer Erhöhung der Zugkraft steigt. Alternativ ist denkbar, dass der vom Drucksensor erfasste Druck vom zweiten Druckraum des Hydrozylinders abgegriffen ist, wobei bei dem zweiten Druckraum der Druck bei einer Erhöhung der Zugkraft sinkt. Hierbei ist der Druck dann etwa invers proportional zur Zugkraft. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können der erste und/oder der zweite Druckraum des Hydrozylinders über ein jeweiliges Ventil oder ein gemeinsames Ventil absperrbar sein. Hierdurch kann beispielsweise vorrichtungstechnisch einfach von einem Nutzer oder von einem Bediener des Hubwerks vor Beginn des Einsatzes des Anbaugeräts oder der Pfluges manuell bzw. über den Hydraulikblock die Länge des Oberlenkers eingestellt werden und im Anschluss können die Ventile geschlossen werden, um ein bestimmtes Ölvolumen einzuschließen.

Des Weiteren kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Steuergerät derart eingerichtet ist, dass es bei einer Ermittlung der Zugkraft eine Gewichtskraft des Anbaugeräts berücksichtigt. Somit kann ein eventueller Druckoffset der Zugkraft durch eine Übertragung von Gewichtskraft vom Anbaugerät auf den Traktor herausgerechnet werden. Vorzugsweise ist bei einem Verfahren für eine Anordnung gemäß einem der

vorhergehenden Aspekte vorgesehen, folgende Schritte auszuführen:

- Erfassen der Drucks des Hydrozylinders, insbesondere des Oberlenkers,

- Berechnung oder Ermittlung der Zugkraft des Anbaugeräts anhand des erfassten Drucks, insbesondere über das Steuergerät.

Mit dem Verfahren kann somit äußerst einfach die Zugkraft ermittelt werden, die für die weitere elektrohydraulische Hubwerksregelung verwendet wird.

Nach Ermittlung oder Berechnung der Zugkraft kann über die Hubwerksregelung ein Hub des Anbaugeräts eingestellt werden. Zur Ermittlung der Gewichtskraft des Anbaugeräts kann auf einfache Weise der Druck des Hydrozylinders erfasst werden, wenn das an das Hubwerk angekoppelte Anbaugerät vom Boden abgehoben ist und/oder wenn das an das Hubwerk angekoppelte Anbaugerät nicht im Arbeitseingriff mit dem Boden ist und/oder wenn das an das Hubwerk angekoppelte

Anbaugerät im Wesentlichen auf einer Oberfläche des Bodens aufliegt und somit nicht eingetaucht ist. Somit kann der eventuelle Druckoffset durch die Übertragung der

Gewichtskraft vom Anbaugerät auf den Traktor durch eine Nullung bei ausgehobenem Pflug, wobei keine Zugkraft wirkt, herausgerechnet werden. Hierfür kann eine Bedienperson der Anordnung vor Beginn einer Boden- oder Ackerbearbeitung den Pflug ausheben und beispielsweise eine Taste zur Nullung betätigen. Alternativ kann die Anordnung oder das Verfahren im Vorgewende bei ausgehobenem Pflug die Nullung automatisch vornehmen. Ein Hub oder eine Lage des Hubwerks wird vorzugsweise gemessen. Hierdurch kann eine Elektronik oder das Steuergerät sicher erkennen, ob der Pflug ausgehoben ist. Werden vor Beginn der Arbeit von der Bedienperson, wie vorstehend erläutert, die Druckräume des Hydrozylinders des Oberlenkers abgesperrt, so kann bei ausgehobenem Pflug, ebenfalls wie vorstehend erläutert, eine Nullung vorgenommen werden. Bei modernen Anbaugeräten mit ISO-Bus-Ankopplung kann das Anbaugerät sich selbst an der Arbeitsmaschine anmelden. Somit kann gegebenfalls auch eine Gewichtskraft des Anbaugeräts in Steuergerät hinterlegt werden. Vorzugsweise wird bei der Ermittlung oder Berechnung der Zugkraft eine Kolbenfläche des Kolbens des Hydrozylinders des Oberlenkers berücksichtigt, die den Druckraum begrenzt, dessen Druck für die Berechnung der Zugkraft herangezogen wird. Zusätzlich oder alternativ kann vorteilhafterweise ein Durchmesser des Hydrozylinders des Oberlenkers bei der Berechnung der Zugkraft berücksichtigt werden. Es ist denkbar, dass die Kolbenfläche und/oder der Durchmesser dem Steuergerät von der Bedienperson vorgegeben werden, beispielsweise über ein Benutzerinterface. Denkbar wäre auch, dass die Daten,

insbesondere von dem Steuergerät, automatisch erkannt werden, beispielsweise über Auslesen eines Codes, der am Hydrozylinder oder Anbaugerät hinterlegt ist. Hierzu könnte beispielhaft der ISO-Bus genutzt werden, falls der Oberlenker mit einem entsprechenden Interface ausgerüstet ist.

Eine gewünschte Länge des Oberlenkers wird vorzugweise von der Bedienperson vorgegeben, beispielsweise über ein Benutzerinterface. Hierdurch kann die Länge des Hydrozylinders über die Längenregelung wie gewünscht geregelt oder eingestellt werden. Mit Vorteil wird die Länge vor Beginn des Pflügens mit dem Pflug eingegeben. Alternativ ist denkbar, dass die Länge beispielsweise über einen Code, der am Anbaugerät hinterlegt ist, insbesondere vom Steuergerät, automatisch erkannt wird. Bei einer alternativen Ausführungsform für eine Zugkraftmessung kann eine Messung eines Drehmoments an einem oder an mehreren angetriebenen Rädern der Zugmaschine ermittelt werden. Hierdurch kann bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen das Drehmoment auf Basis von Schlupfdaten vorgegeben sein. Bei dieser Ausführungsform kann somit eine Zugmaschine mit einem elektrischen Antrieb - der Teil eines Hybridantriebs sein kann - vorgesehen sein, wobei ein Steuergerät angeordnet ist, das derart eingerichtet ist, dass über das Drehmoment des Antriebs bzw. der Antriebe die Zugkraft ermittelbar ist. Somit ist eine Zugkraftmessung beim Einsatz von elektrischen Antrieben als Traktionsantrieb ermöglicht.

Bei dem elektrischen Antrieb, beispielsweise bei einer Asynchron- oder Synchronmaschine, kann anhand eines Stroms und eines Magnetfelds ein aufgebrachtes Drehmoment berechnet werden. Mit dem berechneten Drehmoment kann anhand einer

Getriebeübersetzung und einer Radgröße des oder der angetriebenen Räder auf die Zugkraft geschlossen werden, welche am Rad anliegt. Diese Zugkraft resultiert

vorteilhafterweise nicht nur aus der Zugkraft, welche nötig ist, um das Anbaugerät oder den Pflug zu ziehen, sondern auch aus Kräften, die nötig sind, um mit dem Zugfahrzeug beispielsweise eine Steigung hochzufahren oder mit einem Reifen über ein Hindernis oder einen Stein zu fahren. Bei der klassischen Zugkraftregelung wird üblicherweise nur die Zugkraft des Anbaugeräts gemessen. Allerdings ist es vorteilhaft für die Belastung der Zugmaschinen oder des Traktors bzw. für ein Durchkommen auf dem Ackerboden, nicht nur die Zugkraft des Pfluges zu berücksichtigen, sondern auch alle Kräfte, die von der Traktion der Zugmaschine überwunden werden müssen. Daher kann für die Zugkraftregelung auch die Zugkraft der Räder ohne eine Kompensation der Steigung vorgenommen werden. Falls dennoch eine Kompensation erwünscht ist, so könnte ggf. ein Neigungssensor eingesetzt werden.

Denkbar wäre auch, die Zugkraftmessung bei Pflügen mit elektrisch angetriebener Achse vorzusehen. Hierbei würde sich die Zugkraft, die die Tiefe des Anbaugeräts bestimmt, aus der Zugkraft an denUnterlenkern oder an. dem Oberlenker des Hubwerks und aus der Zugkraft an der elektrischen Achse des Pfluges zusammensetzen. Vorteilhafterweise können dann bei der Hubwerksregelung beide Zugkraftwerte addiert werden und daraus ein

Hubhöhensignal errechnet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand von

Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 in einer schematischen Darstellung Zugmaschine mit einer Anordnung zur elektrohydraulischen Hubregelung und

Figur 2 in einem Ablaufdiagram ein Verfahren für die Anordnung.

Eine Zugmaschine 1 in der Figur 1 ist in Form eines kleinen oder mittelgroßen Traktors ausgebildet. Die Zugmaschine 1 hat eine Anordnung 2 zur elektrohydraulischen

Hubwerksregelung (EHR). Die Anordnung 2 hat ein Hubwerk mit zwei Unterlenkern 4 und einem Oberlenker 6. Die Lenker 4 und 6 sind jeweils über eine Schwenkachse 8 und 10 mit der Zugmaschine 1 verbunden. Die Schwenkachsen 8 und 10 erstrecken sich hierbei etwa in Parallelabstand zu einer nicht dargestellten Antriebsachse der Zugmaschine 1 . Die Lenker 4 und 6 sind des Weiteren über Koppelelemente 12 und 14 mit einem Anbaugerät 16 in Form eines Pfluges verbunden. Über einen in der Figur nicht dargestellten Hydrozylinder sind die Lenker 4 und 6 um ihre Schwenkachsen 8, 10 verschwenkbar, womit ein Abstand des Anbaugeräts 16 zu einem Boden oder Ackerboden 18 einstellbar oder verstellbar ist. Der Oberlenker 6 weist einen Hydrozylinder 20 auf. Dieser hat einen Kolben 22, der mit einer Kolbenstange 24 verbunden ist und einen ersten Zylinderraum 26 oder Druckraum von einem zweiten Zylinderraum 28 oder Druckraum trennt. Die Kolbenstange 24 ist mit dem Koppelelement 14 verbunden. Mit dem Hydrozylinder 20 kann eine Länge des Oberlenkers 6 eingestellt werden. Wird beispielsweise Druckmittel aus dem ersten Zylinderraum 26 entlassen und in den zweiten Zylinderraum 28 beschickt, so verschiebt sich der Kolben 22 in Richtung einer Verkleinerung des ersten Zylinderraums 26, womit die Länge des

Oberlenkers 6 vergrößert wird. Umgekehrt führt eine Entlassung von Druckmittel aus dem zweiten Zylinderraum 28 und eine Beschickung von Druckmittel in den ersten Zylinderraum 26 zu einer Verschiebung des Kolbens 22 in Richtung einer Vergrößerung des ersten Zylinderraums 26, womit die Länge des Oberlenkers 6 verkleinert wird. Vorteilhafterweise ist ein Drucksensor 30 vorgesehen, mit dem ein Druck im ersten Zylinderraum 26 erfassbar ist. Steigt beispielsweise eine auf den Oberlenker 6 wirkende Zugkraft F_z vom Anbaugerät 16, so steigt ein Druck im ersten Zylinderraum 26, der von einer Kolbenfläche 32 des Kolbens 22 begrenzt ist, die zum Koppelelement 14 weist. Sinkt die Zugkraft F_z, so sinkt auch der Druck im ersten Zylinderraum 26. Über den vom Drucksensor 30 erfassten Druck im ersten Zylinderraum 26 kann somit auf die Zugkraft F_z geschlossen werden.

In der Figur 1 ist schematisch eine Ventilscheibe 34 gezeigt, die über einen ersten

Strömungspfad 36 mit dem ersten Zylinderraum 26 und über einen zweiten Strömungspfad 38 mit dem zweiten Zylinderraum 28 verbunden ist. Über zumindest ein Ventil der

Ventilscheibe 34 sind die Zylinderräume 26 und 28 wechselseitig mit einer Druckmittelquelle und einer Druckmittelsenke verbindbar oder absperrbar. Der Drucksensor 30 kann den Druck im ersten Zylinderraum 26 auch im ersten Strömungspfad 36 oder in der Ventilscheibe 34 abgreifen.

Der vom Drucksensor 30 erfasste Druck wird einem Steuergerät 40 gemeldet, das dann anhand des Drucks die Zugkraft F_z ermittelt und daraus den Abstand des Anbaugeräts 16 zum Ackerboden 18 regelt. Mit der Messung der Zugkraft über die Anordnung 2 gemäß der Figur 1 kann vermieden werden, dass die Zugmaschine 1 durch das Anbaugerät 16 überlastet oder ausgebremst wird. Falls beim Pflügen die Zugkraft F_z des Anbaugeräts 16 in Form des Pfluges zu groß wird, so wird dies über den ansteigenden Druck von dem Steuergerät 40 erkannt, und der Pflug vom Ackerboden 18 etwas ausgehoben, womit die Zugkraft F_z sinkt. Bei sinkender Zugkraft F_z wird der Pflug entsprechend weiter in den Ackerboden 18 abgesenkt, so dass die Zugkraft F_z steigt. Entsprechend können beispielsweise auch Bodenwellen

ausgeglichen werden, da bei einem zu starken Eintauchen des Pfluges in den Ackerboden 18 die Zugkraft F_z steigt und der Pflug somit aufgrund des vom Steuergerät 40 erkannten ansteigenden Drucks angehoben wird.

Eine Bedienperson der Zugmaschine 1 kann bei der Anordnung 2 zu Beginn eines Einsatzes des Anbaugeräts 16 manuell eine gewünschte Länge des Oberlenkers 6 der Steuerung 40 vorgeben, so dass diese die Länge über eine Längenregelung einstellen kann. Für die Längenregelung ist vorzugsweise ein Wegmesssystem 42 für die Kolbenstange 24 vorgesehen, das mit dem Steuergerät 40 verbunden ist. Soll keine Längenregelung erfolgen, so kann ein Bediener die gewünschte Länge des Oberlenkers 6 durch hydraulisches

Bewegen des Kolbens 22 einstellen und im Anschluss die Strömungspfade 36 und 38 absperren.

Gemäß Figur 2 ist das Verfahren für die Anordnung schematisch dargestellt. In einem ersten Schritt 44 wird der Druck des Hydrozylinders 20 des Oberlenkers 6 aus Figur 1 erfasst. Anschließend in einem zweiten Schritt 46 wird die auf den Oberlenker wirkende Zugkraft anhand des erfassten Drucks über das Steuergerät 40 auf Figur 1 ermittelt. In einem dritten Schritt 48 wird bei Bedarf ein Hub des Anbaugeräts 16 anhand der ermittelten Zugkraft vom Steuergerät 40 verstellt. Diese Schritte 44 bis 48 werden beispielsweise periodisch wiederholt oder ohne Unterbrechung durchgeführt.

Offenbart ist eine Zugkraftmessung durch einen Drucksensor in einem hydraulischem Oberlenkerzylinder eines Hubwerks, an das ein Anbaugerät ankoppelbar ist, und das Teil einer Zugmaschine sein kann. Bezuqszeichenliste

1 Zugmaschine

2 Anordnung zur EHR

4 Unterlenker

6 Oberlenker

8 Schwenkachse

10 Schwenkachse

12 Koppelelement

14 Koppelelement

16 Anbaugerät

18 Ackerboden

20 Hydrozylinder

22 Kolben

24 Kolbenstange

26 erster Zylinderraum

28 zweiter Zylinderraum

30 Drucksensor

32 Kolbenfläche

34 Ventilscheibe

36 erster Strömungspfad

38 zweiter Strömungspfad

40 Steuergerät

42 Wegmesssystem

44 erster Schritt

46 zweiter Schritt

48 dritter Schritt