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Uberlastschutz für von der Zapfwelle eines Ackerschleppers
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antreibbare Arbeitsgeräte Die Erfindung bezieht sich auf einen Uberlastschutz
für von der Zapfwelle eines Ackerschleppers antreibbare Arbeitsgeräte mit einer
in die Antriebsverbindung eingeschalteten Uberlastkupplung.
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Da mit einem Ackerschlepper verschiedenste Arbeitsgeräte betrieben
werden können, wird die Leistung des Ackerschleppers üblicherweise nach dem leistungsstärksten
Arbeitsgerät gewählt. Dieser Umstand bedingt für die Arbeitsgeräte mit niedrigerem
Leistungsbedarf zwangsweise die Gefahr einer Uberlastung, weil diese Arbeitsgeräte
teilweise mit viel zu hoher Leistung angetrieben werden.
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Die Arbeitsgeräte müssen daher, um Beschädigungen oder Zerstörungen
zu vermeiden, vor einer Überlastung geschützt werden. Dieser überlastschutz muß
den Drehmomentverlauf bei der Höchstbelastung des jeweiligen Arbeitsgerätes berücksichtigen,
was wegen der Abhängigkeit des Uberlastachutzes vom jeweiligen Arbeitsgerät dazu
geführt hat, daß jedem Arbeitsgerät eine gesonderte Uberlastkupplung zugeordnet
wurde, die auf die speziellen Geräteeigenschaften abgestellt ist. Nachteilig an
diesen bekannten Überlastschutzeinrichtungen ist vor allem, daß jedem der verschiedenen
Anbaugeräte ein Uberlastschutz zugeordnet werden muß, wozu noch kommt, daß die verwendeten
Uberlastkupplungen lediglich das übertragbare Höchstmoment
begrenzen,
das Arbeitsgerät also nur vor Lastspitzen, nicht aber vor einer Überlastung durch
ein zu hohes mittleres Antriebsmoment schützen können.
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Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu
vermeiden und einen Überlastschutz für von der Zapfwelle eines Ackerschleppers antreibbare
Arbeitsgeräte der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß der Überlastschutz
für unterschiedliche Arbeitsgeräte eingesetzt werden kann.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Überlastkupplung
dem Ackerschlepper zugeorndet und in ihrem übertragbaren Höchstmoment in Abhängigkeit
von der Belastbarkeit des jeweils anzutreibenden Arbeitsgerätes über eine Einstellvorrichtung
veränderbar ist. Da die Uberlastkupplung nicht mehr den jeweiligen Arbeitsgeräten
zugeordnet ist, sondern dem Ackerschlepper, entfällt zunächst die Notwendigkeit,
für jedes Arbeitsgerät eine eigene Uberlastkupplung vorzusehen. Dies macht aber
die Anpassung der einzigen am Ackerschlepper angeordneten Überlastkupplung an die
unterschiedlichen Arbeitsgeräte erforderlich. Gemaß der Erfindung ist daher diese
überlastkupplung in ihrem übertragbaren Höchstmoment durch eine Einstellvorrichtung
entsprechend dem jeweils anzutreibenden Arbeitsgerät veränderbar.
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Diese vom Arbeitsgerät abhängige Einstellung der über lastkupplung
kann in besonders einfacher Weise dadurch bewerkstelligt werden, daß die Einstellvorrichtung
für die Überlastkupplung elektrisch über einen an einer konstanten Spannung liegenden,
auf die Belastbarkeit des jeweiligen Arbeitsgerätes abgestimmten bzw. abstimmbarn
Spannungsteiler ansteuerbar ist. Über die jeweils am Spannungsteiler abgegriffene
Steuerspannung kann der Einstellvorrichtung
der Sollwert für das
von der Uberlastkupplung übertragbare Höchstmoment vorgegeben werden. Die Ansteuerung
über einen Spannungsteiler bietet dabei die Möglichkeit, eine fehlbedienungssichere
Einstellung der Überlastkupplung in einfacher Weise zu erzwingen, indem jedem Arbeitsgerät
ein eigener über einen Stecker an das elektrische Netz des Ackerschleppers und an
die Einstellvorrichtung für die Uberlastkupplung anschließbaren Spannungsteiler
fest zugeordnet wird.
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Weist die Überlastkupplung einen Temperaturfühler auf, der die Einstellvorrichtung
über eine Steuereinrichtung beim Erreichen einer vorbestimmten Grenztemperatur im
Ausrücksinn der Kupplung beaufschlagt, so kann das angeschlossene Arbeitsgerät zusätzlich
vor einer Überlastung durch ein entsprechend großes mittleres Antriebsmoment geschützt
werden. Steigt nämlich das mittlere Drehmoment auf Grund häufiger Lastspitzen an,
die durch die Überlastkupplung abgeschnitten werden, so erwärmt sich die Überlastkupplung
wegen des bei Lastspitzen auftretenden Schlupfes mehr, so daß über die Temperatur
der Überlastkupplung das an das Arbeitsgerät übertragene mittlere Moment ausreichend
genau erfaßt und damit auch begrenzt werden kann. Erreicht die durch den Temperaturfühler
ermittite Temperatur der Überlastkupplung einen vorbestimmten, von dem jeweils angeschlossenen
Arbeitsgerät abhängigen Grenzwert, was durch einen Vergleich des Istwertes mit der
vorgegebenen Grenztemperatur in der Steuereinrichtung angezeigt wird, so wird über
die Steuereinrichtung die Einstellvorrichtung beaufschlagt und die Überlastkupplungausgerückt,
so daß im Gegensatz zum Auftreten von Drehmomentspitzen, die lediglich beschnitten
werden, die Antriebsverbindung zum Arbeitsgerät unterbrochen wird.
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Um die jedem Arbeitsgerät eigene Grenztemperatur zwangsweise dem
Uberlastschutz vorgeben zu können und damit jede mutwillige oder fahrlässige Gefährdung
des Arbeitsgerätes auszuschließen, kann die Steuereinrichtung an einen die Grenztemperatur
bestimmenden, dem jeweiligen Arbeitsgerät zugeordneten Spannungsteiler anschließbar
sein. Mit dem Anschließen des Arbeitsgerätes an den Ackerschlepper ist durch diese
Maßnahme automatisch gewährleistet, daß der dem Ackerschlepper zugeordnete über
lastschutz an das angeschlossene Arbeitsgerät angepaßt ist.
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Die Begrenzung des über eine bestimmte Zeiteinheit gemittelten Drehmoments
kann auch dadurch erreicht werden, daß die Überlastkupplung an ein mit einer Steuereinrichtung
verbundenes Meßgerät für das mittlere übertragene Drehmoment angeschlossen ist und
daß bei m Erreichen eines der Steuereinrichtung vorgegebenen Grenzdrehmomentes die
Einstellvorrichtung für die Überlastkupplung im Ausrücksinn beaufschlagt wird. Dabei
kann wieder die Steuereinrichtung an einen das Grenzdrehmoment bestimmenden, dem
jeweiligen Arbeitsgerät zugehörigen Spannungsteiler angeschlossen werden. Die unmittelbare
Erfassung des Drehmomentes, beispielsweise über Dehnmeßstreifen, ergibt zwar genauere
Meßwerte als die Erfassung über die Temperatur der Uberlastkupplung, doch ist damit
ein größerer Aufwand verbunden, der üblicherweise wegen des zulässigen Toleranzbereiches
nicht erforderlich ist.
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In bestimmten Sonderfällen besteht die Forderung, eine bestimmte
Überbeanspruchung des Arbeitsgerätes, beispielsweise durch Störungen zufolge von
Verstopfungen, kurzzeitig zuzulassen. Diese Forderung kann mit den bekannten Überlastschutzeinrichtungen
nur teilweise erfüllt werden.
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Über die Einstellvorrichtung für die Überlastkupplung läßt sich diese
Aufgabe bei einem erfindungsgemäßen Überlastschutz
in sehr einfacher
Weise lösen. Zu diesem Zweck braucht die Steuerspannung für die Einstellvorrichtung
lediglich im Sinne einer stufenartigen Erhöhung des jeweils von der ijberlastkupplung
übertragbaren Höchstmomentes, beispielsweise durch Zu- bzw. Abschalten eines Widerstandes
des Spannungsteilers oder durch Änderung der Verstärkung eines an den Spannungsteiler
angeschlossenen Operationsverstärkers, veränderbar zu sein, was über einen einfachen
Schalter ermöglicht werden kann.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel
schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen Ackerschlepper mit einem angebauten,
über die Zapfwelle des Ackerschleppers antreibbaren Arbeitsgerät in vereinfachter
Seitenansicht, Fig. 2 den zeitlichen Drehmomentverlauf eines Arbeitsgerätes während
des Betriebes und Fig. 3 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Überlastschutzes.
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Das an das Lenkersystem 1 eines Ackerschleppers 2 angeschlossene
Arbeitsgerät 3, beispielsweise ein Häcksler, wird von der Zapfwelle 4 des Ackerschleppers
2 über eine Gelenkwelle 5 angetrieben. Da die Leistung-des Ackerschleppers 2 im
allgemeinen nicht an den Leistungsbedarf des Arbeitsgerätes 3 angepaßt sein wird
und an der Zapfwelle 4 ein größeres Drehmoment,als vom Arbeitsgerät 3 benötigt wird,
zur Verfügung steht, muß für das Arbeitsgerät 3 ein Überlastschutz vorgesehen werden,
der das Arbeitsgerät 3 vor Beschädigungen und Zerstörungen schützen soll.
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Da dieser Überlastschutz auf das jeweilige Arbeitsgerät abgestimmt
sein muß, wurde er bisher den Arbeitsgeräten
zugeordnet. Im Gegensatz
dazu befindet sich aber der Überlastschutz 6 nach der Erfindung am Ackerschlepper
2, so daß ein gesonderter Uberlastschutz für jedes anbaubare Arbeitsgerät entfallen
kann. Dieser Überlastschutz 6, der gemäß Fig. 7 im wesentlichen aus einer Überlastkupplung
7 besteht, die über eine Einstellvorrichtung 8 in ihrem übertragbaren Höchstmoment
in Abhängigkeit von der Belastbarkeit des jeweils anzutreibenden Arbeitsgerätes
3 einges%ilt werden kann, soll das Arbeitsgerät 3 nicht nur vor kurzzeitig auftretenden
Lastspitzen, sondern auch vor einem unzulässigen Ansteigen eines mittleren Arbeitsmomentes
schützen, was durch eine einfache Drehmomentbegrenzung nicht erreicht werden kann,
weil auch ein unzulässig hohes mittleres Arbeitsmoment noch unterhalb der zugelassenen
Höchstmomente liegt.
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In Fig. 2 ist der Drehmomentverlauf eines Arbeitsgerätes mit einem
kleinen Anteil an rotierenden Massen, stark abgewinkelten Gelenken und Kurbeltrieben,
bei spielsweise einer Bodenfräse, einer Pumpe oder eines Fingermähwerkes, dargestellt,
und zwar ist die Zeit t an der Abszisse und das jeweilige Drehmoment M an der Ordinate
abzulesen. Auf Grund von wechselnden Arbeitswiderständen und auftretenden Schwingungen
ergibt sich ein unregelmäßiger Drehmomentverlauf mit stark unterschiedichenAmplituden,
deren Spitzem ein mehrfaches des mittleren Drehmomentes M erreichen können. Damit
diese hohen Drehmomentspitzen, die im allgemeinen nur selten auftreten, keine Beschädigung
oder Zerstörung des Arbeitsgerätes 3 bewirken können, muß das Belastungsmoment des
Arbeitsgerätes über die Uberlastkupplung 7 auf einen zulässigen Höchstwert begrenzt
werden. Die Uberlastkupplung 7 muß daher so eingestellt
werden,
daß nur dieses zulässige Höchstmoment Mzul übertragen wird, auch wenn höhere Momente
auftreten. Das für jedes Arbeitsgerät 3 vorbestimmte zulässige Höchstmoment Rzul
kann über die Einstellvorzul richtung 8 als übertragbares Höchatmoment an der entsprechend
veränderbaren überlastkupplung 7 eingestellt werden. Zu diesem Zweck enthält die
Binstellvorrichtung zumindest eine elektrische Spule 9, deren elektromagnetisches
Kraftfeld vom hindurchgeleiteten Strom abhängt. Wird folglich der durch die Spule
9 fließende Strom über eine an die Batteriespannung UB angeschlossene, gesteuerte
Leistungsstufe 10 in Abhängigkeit von dem jeweils anzutreibenden Arbeitsgerät 3
eingestellt, so kann über das Kraftfeld der Spule 9 die Kupplung 7 hinsichtlich
ihres übertragbaren Höchatmomentes verstellt werden.
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Die Steuerspannung für die Leistungsstufe 10 wird dabei von einem
Spannungsteiler 11 bestimmt, der ebenfalls an der Batteriespannung UB liegt und
dessen Widerstandwerte in Abhängigkeit vom höchsten zulässigen Belastungsmoment
des jeweiligen Arbeitsgerätes abhängt. Die am Spannungsteiler 11 abgegriffene Spannung
wird einem Operationsverstärker 12 zugeführt, dessen Verstärkung durch einen Spannungsteiler
13 bestimmt ist.
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Ist der Spannungsteiler 11 jeweils fest am verwendeten Arbeitsgerät
3 angeordnet, so wird beim Anschließen des Arbeitsgerätes an den Ackerschlepper
über die hiefür erforderliche Steckverbindung 14 zwangsweise die Überlastkupplung
7 entsprechend dem angeschlossenen Gerät 3 in ihrem übertragbaren Höchstmoment eingestellt,
weil über den Spannungsteiler 11 die erforderliche Steuerspannung für die Leistungsstufe
10 vorgegeben ist.
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Um größere Antriebsmomente an das Arbeitsgerät 3 übertragen zu können,
was beispielsweise für die Beseitigung von Verstopfungen notwendig sein kann, kann
der Spannungsteiler 13 und damit die Verstärkung des Operationsverstärkers 12 über
den Tastschalter 15 verändert werden, und zwar im Sinne einer Erhöhung des von der
Uberlastkupplung 7 übertragbaren Höchstmomentes.
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Der dargestellte Überlastschutz spricht aber auch auf eine unzulässige
Erhöhung des mittleren Drehmomentes M an. Eine solche Erhöhung tritt beispielsweise
auf, wenn der Anteil der das zulässige Höchstmoment Mzul übesteigenden Drehmoment
spitzen aus bestimmten Gründen stark zunimmt. Diese Zunahme der von der Überlastkupplung
7 begrenzten Drehmoment spitzen bewirkt selbstverständlich wegen der damit verbundenen
längeren Schlupfzeiten eine zusätzliche Erwärmung der fjberlastkupplung, so daß
über die Temperatur der Uberlastkupplung mittelbar das mittlere an das Arbeitsgerät
übertragene Drehmoment erfaßt werden kann. Damit nun das Arbeitsgerät vor einer
solchen Überlastung geschützt wird, muß für jedes Arbeitsgerät eine entsprechende
Grenztemperatur festgelegt werden, die dem zulässigen höchsten mittleren Drehmoment
Mzul entspricht. Durch die Messung der Temperatur der Uberlastkupplung 7 mit Hilfe
eines Temperaturfühlers 16 und Vergleichen dieses Temperatur-Istwertes mit der vorgegebenen
Grenztemperatur kann ein entsprechendes Signal erhalten werden, das das Erreichen
der vorgegebenen Grenztemperatur anzeigt. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine im
wesentlichen aus einem Operationsverstärker gebildete Steuereinrichtung 17 vorgesehen,
an die einerseits der Temperaturfühler 16 und anderseits eine die jeweilige Grenztemperatur
bestimmende Spannung angeschlossen ist. Erreicht die der vom Temperaturfühler 16
angezeigten Temperatur entsprechende
Spannung die Spannung der
Grenztemperatur, so wird über die Steuereinrichtung 17 ein Relais 18 beaufschlagt,
das im dargestellten Ausführungsbeispiel die Steuerspannung über einen Schalter
19 unterbricht und damit das Ausrücken der Überlastkupplung bewirkt.
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Die jedem Arbeitsgerät 3 eigene Grenztemperatur kann der Steuereinrichtung
17 wieder über einen Spannungsteiler 20 am Anbaugerät vorgegeben werden, wie dies
in Fig. 3 dargestellt ist, wobei die Spannungsteiler 11 und 12 zweckmäßigerweise
zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden.
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Um den Bedienungsmann vor einer bevorstehenden Unterbrechung des
Antriebes des Arbeitsgerätes 3 zufolge einer Erhöhung des mittleren Drehmomentes
zu warnen, kann in vorteilhafter Weise eine Warnlampe 21 vorgesehen werden.
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Diese Warnlampe 21 ist an einem Operationsverstärker 22 angeschlossen,
der einerseits mit dem Temperaturfühler 16 und anderseits mit dem Spannungsteiler
20 in Verbindung steht. Da die vom Spannungsteiler 20 abgegriffene Spannung, die
die Grenztemperatur bestimmt, über einen zwischengeschalteten Spannungsteiler 23
weiter herabgesetzt wird, spricht der Operationsverstärker 22 entsprechend füher
an, nämlich dann, wenn die Isttemperatur die über den Spannungsteiler 23 um ein
bestimmtes Maß verminderte Grenztemperatur erreicht hat. Die Warnlampe 21 leuchtet
folglich entsprechend vor dem Ausrücken der Überlastkupplung 7 auf, so daß der Bedienungsmann
rechtzeitig gewarnt ist und noch Gegenmaßnahmen treffen kann.