DE19945853A1 - Einrichtung zur Steuerung der Arbeitstiefe eines Bodenbearbeitungsgeräts, insbesondere eines Pfluges - Google Patents

Abstract

Es wird eine Einrichtung zur Steuerung der Arbeitstiefe eines an einem Traktor (10) angelenkten Pfluges (11) mit heckseitigem Stützrad (31) vorgeschlagen, bei dem ein Wegsensor (35) am höhenverstellbaren Stützrad (31) eine Nachführung der Stützradposition als Slavefunktion mit der Hubwerkslage als Masterfunktion ermöglicht. Ein im Oberlenker (17) angeordneter, von einem Regelventil (29) ansteuerbarer hydraulischer Oberlenkerzylinder (28) erlaubt in Verbindung mit einem die Stützradlast erfassenden Drucksensor (37) eine Stützradlastregelung, um eine Lastübertragung auf die antreibende Hinterachse des Traktors (10) zu erreichen. Die Probleme der Tiefenführung bei langen Anbau- und Aufsattelpflügen (11) lassen sich damit leichter beherrschen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Steuerung der Arbeitstiefe eines Bodenbearbeitungsgeräts nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegebenen Gattung.

Es ist schon eine solche Einrichtung zur Steuerung der Arbeitstiefe eines Pfluges aus der EP 0 494 516 B1 bekannt, bei welcher der Pflug mit Hilfe einer elektrohydraulischen Hubwerks-Regeleinrichtung mit Hubwerkszylinder und Dreipunktgestänge verstellbar am Traktor angelenkt ist. Der mehrscharige Pflug weist dabei an seinem Heck ein von einem Stützradzylinder gegenüber dem Pflugrahmen höhenverstellbares Stützrad auf, dem ein Lagesensor zugeordnet ist, dessen Signale einer Steuerelektronik der Regeleinrichtung zugeführt werden. Der Traktorfahrer kann den Hubwerkszylinder und den Stützradzylinder unter anderem in gemeinsamen, vermaschten Regelkreisen betreiben, so daß eine gesonderte Steuerung bzw. Beobachtung des Stützradzylinders beim Pflügen entfällt. Obwohl dabei ein vorteilhaftes Arbeiten ermöglicht wird, treten bei solchen langen Pflügen mit Stützrad-Regelung gerade bei ungünstigen Betriebsbedingungen noch Probleme mit der Regelung und mit der Tiefenführung auf. Ferner gibt die Einrichtung auch keine Hinweise in Richtung Lastübertragung auf die Antriebsachse für eine Raddruckverstärkung. Ferner erfolgt die Verarbeitung der beiden Regelgrößen in den vermaschten Regelkreisen für das traktorseitige Hubwerk und das pflugseitige Stützrad in relativ aufwendiger Weise.

Ferner ist aus der DE 15 57 749 A1 eine Einrichtung zur Steuerung der Arbeitstiefe eines Pfluges bekannt, die mit einer hydromechanischen Regeleinrichtung am Traktor arbeitet. Dabei weist die Regeleinrichtung einen im Oberlenker eines Dreipunktgestänges liegenden Oberlenkerzylinder auf, der als traktorseitiger Stellzylinder des Hubwerks arbeitet; dem Stützrad ist ein hydraulisch ansteuerbarer Stützradzylinder zugeordnet. Bei dieser Einrichtung wird unter anderem der Lastdruck im Stützradzylinder als Regelgröße verwendet, so daß die Regelgröße möglichst störungsfrei ermittelt werden kann. Eine Steuerelektronik fehlt, so daß ein automatisches und optimales Arbeiten der Regeleinrichtung kaum erzielbar ist. Die Regeleinrichtung arbeitet zudem nur mit einer einzigen Regelgröße, was gerade bei langen Pflügen keine befriedigende Arbeitsweise ermöglicht.

Ferner ist aus der DE 32 35 818 A1 eine Einrichtung zur Steuerung der Arbeitstiefe eines Anbaupfluges mit Stützrad bekannt, der an einem Traktor angelenkt ist. Dabei kann der Anbaupflug in einer Arbeitsweise mit Lageregelung oder Schlupfregelung betrieben werden. Die Sensoren für Lage und Drehzahl sind hier dem Stützrad zugeordnet, das über einen Stützradzylinder höhenverstellbar am Pflugrahmen angeordnet ist. Mit dieser Einrichtung, bei der die beiden Regelgrößen nur abwechselnd wirksam werden, läßt sich bei großen Anbaupflügen unter schwierigen Arbeitsbedingungen keine optimale Regelung durchführen; zudem ist hier auch keine Lastübertragung auf die Triebachse angesprochen, so daß insgesamt die Einrichtung gerade bei langen Pflügen nicht befriedigt.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Steuerung der Arbeitstiefe eines an einem Traktor angelenkten Bodenbearbeitungsgerätes mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß mit ihr die Probleme bei der Regelung und Tiefenführung von langen Pflügen mit heckseitigem Stützrad leichter beherrschbar sind. Vor allem kann mit Hilfe des hydraulisch verstellbaren Oberlenkerzylinders die Arbeitsweise der Einrichtung verbessert und die Einrichtung selbst vielseitiger eingesetzt werden. So ermöglicht der Oberlenkerzylinder eine Stützradlastregelung, bei welcher der Stützradzylinder entlastet wird und somit eine Lastübertragung auf die Antriebsachse des Traktors durchführbar ist. Ferner läßt sich mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erreichen, daß bei Regelvorgängen nach Heben durch ein Sperren des hydraulischen Oberlenkerzylinders eine bessere dynamische Lastübertragung erreicht wird. Ferner kann bei der Einrichtung beim Ausheben des Pfluges der Oberlenkerzylinder auf kleinste Länge eingezogen werden, wodurch sich die Bodenfreiheit vergrößert und Verbesserungen beim An- und Auspflügen erreichen lassen. Neben den Verbesserungen beim Regeln und bei der Tiefenführung des Pfluges ergeben sich zudem auch noch Verbesserungen beim Ankoppeln und Einstellen von Anbaugeräten, beim Arbeiten mit Grubbern und vor allem für das Feldendemanagement. Die Einrichtung läßt sich relativ platzsparend und kostengünstig unter Verwendung an sich vorhandener Bauelemente realisieren. Zudem läßt sich die Einrichtung vorteilhaft bei Anbaupflügen wie auch bei Aufsattelpflügen verwenden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich gemäß Anspruch 4, die eine besonders gleichmäßige Tiefenhaltung aller Pflugschare ermöglicht, indem der Stützradzylinder unabhängig von Störeinflüssen simultan mit dem Hubwerkszylinder verstellt wird. Auch bei einer Arbeitsweise mit Zugkraftregelung kann die Einrichtung auf Kraftsprünge so reagieren, daß eine gleichzeitige Heckradregelung erfolgt: Der Pflug mit Stützrad wird damit parallel zum Boden geführt, wobei kein Nacheilen und auch kein Gegenregeln auftritt. Zudem ermöglicht die Einrichtung einen relativ einfachen Aufbau der Regelstruktur. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 in stark vereinfachter Form eine Seitenansicht eines Traktors mit angelenktem Anbaupflug mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Steuerung der Arbeitstiefe des Pfluges und Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung der Regeleinrichtung für die Einrichtung nach Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Fig. 1 zeigt in vereinfachter Form einen Traktor 10 mit angelenktem Anbaupflug 11 und mit einer Einrichtung 12 zur Steuerung der Arbeitstiefe des Anbaupfluges 11.

Die Einrichtung 12 umfaßt eine elektrohydraulische Hubwerks- Regeleinrichtung 13, bei der ein hydraulisch betätigbarer Hubwerkszylinder 14 über einen Hubarm 15 und eine Hubstange 16 auf ein Dreipunktgestänge aus Oberlenker 17 und Unterlenker 18 einwirkt. An diesem Dreipunktgestänge 17, 18 ist der Anbaupflug 11 mit seinem Rahmen 19 angelenkt. Die Lage des Pfluges 11 relativ zum Traktor 10 wird in üblicher Weise von einem Lagesensor 21 am Hubarm 15 erfaßt, der seine Signale an einem ersten Eingang 22 einer Steuerelektronik 23 der Regeleinrichtung 13 eingibt. Ferner wird die Zugkraft im Unterlenker 18 von einem Kraftsensor 24 gemessen, der seine Signale an einen zweiten Eingang 25 der Steuerelektronik 23 weiterleitet.

Der Hubwerkszylinder 14 ist hydraulisch von einem ersten Regelventil 26 steuerbar, das elektrohydraulisch ansteuerbar ist, in eine Hydraulikanlage 27 geschaltet ist und von der Steuerelektronik 23 angesteuert wird. Ferner ist in den Oberlenker 17 ein hydraulisch betätigbarer Oberlenkerzylinder 28 geschaltet, der in entsprechender Weise von einem zweiten, mit der Steuerelektronik 23 in Wirkverbindung stehendem Regelventil 29 ansteuerbar ist. Ferner weist der Pflug 11 an seinem heckseitigen Ende ein Stützrad 31 auf, das über einen Schwenkhebel 32 verstellbar am Pflug-Rahmen 19 gelagert ist. Zur Höhenverstellung des Stützrades 31 dient ein hydraulisch verstellbarer Stützradzylinder 33, der zwischen Schwenkhebel 32 und Rahmen 19 geschaltet ist und der von einem dritten Regelventil 34 hydraulisch steuerbar ist. Die Regelventile 26, 29 und 34 sind zweckmäßigerweise als Block gemeinsam auf dem Traktor 10 angeordnet und in die Hydraulikanlage 27 geschaltet. Das dritte Regelventil 34 ist ebenfalls elektrohydraulisch ansteuerbar und steht zu diesem Zweck mit der Steuerelektronik 23 in Wirkverbindung. Am Stützradzylinder 33 ist ferner ein Wegsensor 35 angeordnet, der seine elektrischen Signale über einen dritten Eingang 36 ebenfalls an die Steuerelektronik 23 meldet. Ferner wird der jeweilige Lastdruck im Stützradzylinder 35 und somit die Last am Stützrad 31 selbst von einem elektrohydraulischen Drucksensor 37 erfaßt, der in die hydraulische Verbindung zwischen das dritte Regelventil 34 und den Stützradzylinder 33 geschaltet ist. Dieser Drucksensor 37 meldet seine elektrischen Ausgangssignale ebenfalls an die Steuerelektronik 23, wozu diese einen vierten Eingang 38 aufweist. Ein zusätzlicher fünfter Eingang 39 an der Steuerelektronik 23 ist für weitere Sensorsignale vorgesehen, z. B. für schlupfabhängige Signale. Ferner weist die Steuerelektronik 23 mehrere Sollwerteingänge 41 auf.

In Fig. 2 ist die Einrichtung 12 nach Fig. 1 in vereinfachter Form in ihrer Regelstruktur dargestellt. Daraus ist erkennbar, daß neben einem traktorseitigen Regelkreis 50 ein stützradseitiger Regelkreis 51 vorliegt, die miteinander vermascht sind. Der traktorseitige Regelkreis kann dabei auch als Haupt- bzw. Master-Regelkreis bezeichnet werden, während der stützradseitige Regelkreis 51 den dazugehörigen Folge- bzw. Slave-Regelkreis bildet. Der traktorseitige Regelkreis 50 ist dabei mit Sollwerteingang 41, Regler 52, Hubwerk 53 und Mischer 54 dargestellt, dessen Ausgangswert an einen ersten Summenpunkt 55 gegeben wird. Der Regler 52 wird dabei im wesentlichen von der Steuerelektronik 23 sowie den Regelventilen 26 und 29 gebildet. Zum Hubwerk 53 zählen vor allem der Hubwerkszylinder 14 und der Oberlenkerzylinder 28. Der Mischer 54 ist in die Steuerelektronik 23 integriert. Vom Hubwerk 53 wird einerseits eine Kraft F an den Mischer 54 gegeben, die vom Kraftsensor 24 gemessen wird. Ferner gibt das Hubwerk 53 einen Istwert der Lage L an den Mischer 54, welcher vom Lagesensor 21 ermittelt wird. Dieser Istwert der Lage L wird vor dem Mischer 54 abgegriffen und nun als Sollwert am Eingang 56 für den stützradseitigen Regelkreis 51 verwendet. Dieser stützradseitige Regelkreis 51 ist in Fig. 2 ebenfalls mit einem Regler 57 und einem Heckhubwerk 58 dargestellt. Dabei wird die Funktion des Reglers 57 im wesentlichen von der Steuerelektronik 23 und dem dritten Regelventil 34 übernommen, während zum Heckhubwerk 58 vor allem der Stützradzylinder 33 zählt. Der am Heckhubwerk 58 angebrachte Wegsensor 35 gibt seine Signale an einen zweiten Summenpunkt 59, dem der Sollwert des zweiten Regelkreises 51 zugeführt wird. Wie nun Fig. 2 deutlich zeigt, wird nun ferner die am ersten Summenpunkt 55 im traktorseitigen Regelkreis 50 ermittelte Regelabweichung ΔW zugleich über eine Verbindung 61 auf den zweiten Summenpunkt 59 aufgeschaltet. Ferner ist in dem stützradseitigen Regelkreis 51 zum Abgleich von traktorseitigem Hubwerk 53 zum Heckhubwerk 58 eine Abgleichstelle 62 mit einem Eingang 63 vorgesehen.

Die Wirkungsweise der Einrichtung 12 zur Steuerung der Arbeitstiefe des Pfluges 11 wird wie folgt erläutert, wobei die grundsätzliche Funktion solcher Hubwerks-Regelungen als an sich bekannt vorausgesetzt wird. An den Sollwerteingängen 41 kann durch Eingabe entsprechender Werte die Arbeitsweise des Pfluges 11 sowie dessen Arbeitstiefe eingestellt werden. So läßt sich z. B. einstellen, ob der Pflug 11 in Lageregelung, in Zugkraftregelung, in Mischregelung oder auch mit einer nicht näher gezeichneten Schlupfbegrenzung betrieben werden soll. Wie die Fig. 2 dabei näher zeigt, wird durch die vermaschten Regelkreise 50, 51 die Lage des Stützrades 31 und damit die Pflügetiefe simultan mit dem Hubwerkszylinder im traktorseitigen Regelkreis 50 verstellt. Erreicht wird dies dadurch, daß der Istwert der Lage L aus dem traktorseitigen Regelkreis 50 als Sollwert für die Lageregelung des Stützrades 31 verwendet wird. Damit die Stützradregelung nicht nacheilt, wird die Regelabweichung aus dem traktorseitigen Regelkreis 50 zusätzlich zu dem Lageistwert auf den stützradseitigen Regelkreis 51 aufgeschaltet. Dies gilt unabhängig davon, ob nun im traktorseitigen Regelkreis 50 nach einer Lageregelung oder einer Zugkraftregelung gearbeitet wird. Diese Regelabweichung ist vorübergehend, so daß nach Ausregelung dieser Abweichung die beiden Regelkreise 50 und 51 die aufeinander abgestimmte, geänderte Lage einnehmen. Durch einen Abgleich mittels des Eingangs 63 an der Abgleichstelle 62 können beide Regelkreise 50, 51 so aufeinander abgestimmt werden, daß eine parallele Tiefenveränderung über die ganze Länge des Pfluges erreicht wird. Auf diese Weise läßt sich die Position des Stützrades 31 der Lage des traktorseitigen Hubwerkes nachführen nach Art einer Master-Slave- Regelstruktur, so daß auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen eine gute Tiefenführung des Pfluges 11 erreicht wird. Dies gilt vor allem auch dann, wenn die Einrichtung 12 nach Art einer Zugkraftregelung arbeitet, so daß durch einen Zugkraftsprung ebenfalls eine Regelabweichung aufgeschaltet wird und somit ein unerwünschtes Nacheilen oder ein Gegenregeln vermieden wird.

Ferner läßt sich mit der Einrichtung 12 eine Stützradlastregelung erreichen, bei welchem der heckseitige Stützradzylinder 33 entlastet und damit Last auf die hintere Antriebsachse des Traktors 10 übertragen wird. Für diesen Zweck wird der Oberlenkerzylinder 28 als Stellglied verwendet und vom zweiten Regelventil 29 gesteuert, wobei die Last am Stützrad 31 über den hydraulischen Druck vom Drucksensor 37 ermittelt wird. Über die Steuerelektronik 23 kann nun abhängig von dieser Druckmessung der Oberlenkerzylinder 28 so gesteuert werden, daß eine Lastübertragung auf die Antriebsachse des Traktors 10 stattfindet.

Weiterhin ist es beim Betrieb der Einrichtung 12 möglich, den hydraulischen Oberlenkerzylinder 28 vor allem bei Regelvorgängen nach Heben zu sperren, wodurch eine bessere dynamische Lastübertragung erreicht werden kann. Auch beim Ausheben des Pfluges 11 lassen sich Vorteile erzielen, wobei der Oberlenkerzylinder 28 auf seine kleinste Länge eingezogen wird, so daß eine größere Bodenfreiheit erzielbar ist und sich beim Anpflügen und Auspflügen Verbesserungen ergeben.

Bei einer Einrichtung 12, die mit langen Anbau- oder Aufsattelpflügen 11 arbeitet, kann es prinzipbedingt vorkommen, daß nur relativ wenig Regelvorgänge auftreten. Um hier eine Verbesserung der dynamischen Lastübertragung im Lageregelungssystem zu erreichen, kann es vorteilhaft sein, einen Heben- und Senken-Dither vorzusehen. Realisiert werden kann dies relativ einfach mit einem in der Steuerelektronik 23 generierten Dither für den Lagesollwert von der Größenordnung von z. B. 1 cm nach Heben und anschließendem Senkenvorgang in gleicher Größe mit einer Frequenz von z. B. 1 Hz. Die Impulse für die Lageänderungen können dabei beginnend mit Heben und anschließendem Senken oder umgekehrt erfolgen. Auf diese Weise läßt sich eine bessere Dynamik erreichen.

Selbstverständlich sind an der gezeigten Ausführungsform Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. So kann die Einrichtung 12 ohne weiteres auch mit einer Schlupfregelung ergänzt werden. Anstelle des gezeigten Pfluges sind auch andere Bodenbearbeitungsgeräte möglich, bei denen ähnliche Verhältnisse vorliegen. Ferner läßt sich die Regelstruktur nach Fig. 2 auch dann verwenden, wenn bei der Einrichtung 12 nach Fig. 1 auf einen Oberlenkerzylinder 28 vollständig verzichtet wird. Auch ist die Einrichtung 12 nicht nur bei dem in Fig. 1 dargestellten Anbaupflug verwendbar, der durch seine Art der Auslenkung vom Dreipunktgestänge als Ganzes heb- und senkbar ist, sondern auch bei einem nicht dargestellten Aufsattelpflug, der in der Regel mit seinem vorderen Ende nur an den Unterlenkern angelenkt ist und dessen Heben und Senken mit Hilfe des hydraulisch höhenverstellbaren Stützrades erfolgt.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Steuerung der Arbeitstiefe eines Bodenbearbeitungsgeräts, insbesondere eines Pfluges, das über ein Hubwerk mit Oberlenker, Unterlenker und hydraulischem Hubwerkszylinder in der Höhe verstellbar an einem Traktor angelenkt ist und das ein heckseitig angeordnetes Stützrad aufweist, dessen Lage zum Rahmen des Bodenbearbeitungsgeräts mittels eines Stützradzylinders höhenverstellbar ist, wobei der Hubwerkszylinder und der Stützradzylinder in eine Hydraulikanlage geschaltet sind, in der zwei die Zylinder steuernden Regelventile von einer Steuerelektronik ansteuerbar sind, der neben den Signalen von einem Lagesensor und einem Kraftsensor im traktorseitigen Hubwerk auch die Signale eines zweiten, dem Stützrad zugeordneten Lagesensors sowie Sollwertsignale eingebbar sind, so daß die Steuerelektronik abhängig von diesen Signalen beide Zylinder zumindest nach einem Arbeitsprogramm gemeinsam steuern kann, dadurch gekennzeichnet, daß in den Oberlenker (17) des Hubwerks (13) ein hydraulischer Oberlenkerzylinder (28) geschaltet ist, der von einem dritten, in die Hydraulikanlage geschalteten Regelventil (34) steuerbar ist, das mit der Steuerelektronik (23) in Wirkverbindung steht und daß ein die Last am Stützrad (31) sensierender elektrohydraulischer Drucksensor (37) angeordnet ist, dessen Signale der Steuerelektronik (23) zugeführt werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Stützrad (31) ein Drehzahlsensor angeordnet ist, dessen Signale der Steuerelektronik (23) zugeführt werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikanlage (27) mit den Regelventilen (26, 29, 34) auf dem Traktor (10) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem traktorseitigen Hauptregelkreis (50), in den der Hubwerkszylinder (14) mit den traktorseitigen Sensoren (21, 24) geschaltet sind und mit einem stützradseitigen Folgeregelkreis (51), in den der Stützradzylinder (33) mit dem zugeordneten Wegsensor (35) geschaltet sind, wobei beide Regelkreise (50, 51) miteinander vermascht sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem Folgeregelkreis (51) als Sollwert (56) das Istwert-Lagesignal (L) des Hauptregelkreises (50) zugeführt wird und diesem Sollwert (56) zusätzlich die dem Regler (52) im Hauptregelkreis (50) zugeführte Regelabweichung (ΔW) als Zusatzgröße über eine Verbindung (61) aufgeschaltet wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abgleich des stützradseitigen Folgeregelkreises (51) gegenüber dem traktorseitigen Hauptregelkreis (50) am Sollwerteingang (56) des Folgeregelkreises (51) eine Abgleichstelle (62) mit Eingang (63) vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenbearbeitungsgerät als Anbaupflug (11) ausgeführt ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenbearbeitungsgerät (11) als Aufsattelpflug ausgebildet ist.