DE2910365C3 - Überlastschutz für von der Zapfwelle eines Ackerschleppers antreibbare Arbeitsgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Überlastschutz für von der Zapfwelle eines Ackerschleppers antreibbare Arbeitsgeräte mit einer in die Antriebsverbindung eingeschalteten, am Ackerschlepper angeordneten, in ihrem übertragbaren Höchstmoment einstellbaren Überlastkupplung.

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 Überlastung, weil diese Arbeitsgeräte teilweise mit viel zu hoher Leistung angetrieben werden. 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 Überlastschutzes vom jeweiligen Arbeitsgerät dazu geführt hat, daß jedem Arbeitsgerät eine gesonderte Überlastkupplung zugeordnet wurde, die auf die speziellen Geräteeigenschaften abgestellt ist. Nachteilig an diesen bekannten Überlastschutzeinrichtungen ist vor allem, daß jedem der verschiedenen Anbaugeräte ein Überlastschutz zugeordnet werden muß, wozu noch kommt, daß die verwendeten Überlastkupplungen lediglich das übertragbare Höchstmoment begrenzen, das Arbeitsgerät also nur vor Lastspitzen, nicht aber vor einer Überlastung durch ein zu hohes mittleres Antriebsmoment schützen können.

Es ist zwar bereits ein Überlastschutz bekannt (CH-PS 3 54 610), bei dem das übertragbare Drehmoment der Überlastkupplung über die Vorspannung der Kupplungsfeder eingestellt werden kann, doch macht die gekapselte Bauart dieser Überlastkupplung eine Einstellung auf verschiedene Arbeitsgeräte schwierig, weil zumindest die Überlastkupplung von der Welle abgezogen werden muß, um die Schraube zur Regelung der Vorspannung der Kupplungsfeder bedienen zu können. Die Einstellbarkeit dieser bekannten Überlastkupplung ist folglich nur für eine grundsätzliche Anpassung vor de Kupplungsmontage gedacht. Eine jeweilige Umstellung der Überlastkupplung auf verschiedene, an den Ackerschlepper anzubauende Arbeitsgeräte ist zwar theoretisch möglich, doch praktisch kaum durchführbar, weil eben die Kupplung zu diesem Zweck zerlegt werden muß. Abgesehen davon ist eine Anpassung an verschiedene Arbeitsgeräte schon deshalb kaum möglich, weil keine Sollwertvorgabe für den Höchstwert des zu übertragenden Momentes vorgesehen ist. Die bekannte Überlastkupplung ist somit im praktischen Betrieb nur für eine bestimmte Arbeitsgerätegröße einsetzbar.

Der Erfindung liegt somit dip Aufgabe zugrunde, einen Überlastschutz der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, daß ohne umständliche Einstellarbeiten ein sicherer Überlastschutz für unterschiedlichste Arbeitsgeräte selbsttätig gewährleistet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Überlastkupplung in ihrem übertragbaren Höchstmoment von einem an jedem Arbeitsgerät fest vorgesehenen Höchstmoment-Sollwertgeber für dieses Arbeitsgerät über ein Steuergerät einstellbar ist.

Durch die Einstellbarkeit der Überlastkupplung von einem Steuergerät her, dem das übertragbare Höchstmoment von einem an jedem Arbeitsgerät angeordneten Höchstmoment-Sollwertgeber vorgegeben wird, wird in einfacher Weise die jeweils richtige Abstimmung der Überlastkupplung gewährleistet.

Die vom Arbeitsgerät abhängige Einstellung der Überlastkupplung kann in besonders einfacher Weise dadurch bewerkstelligt werden, daß der Höchstmoment-Sollwertgeber auf jedem Arbeitsgerät aus einem über einen Stecker an das elektrische Netz des Ackerschleppers und an das Steuergerät für die Überlastkupplung änschließbären Spannungsteiler besteht. Die Verwendung von Spannungsteilern als Sollwertgeber ist an sich bekannt (DE-AS Il 98 103). Die besondere Anordnung des Spannungsteilers als Höchstmoment-Soilwertgeber an jedem Arbeitsgerät ergibt jedoch im Zusammenhang mit der Erfindung die vorteilhafte Möglichkeit, eine fchlbedienungssichere

Einstellung der Überlastkupplung mit vergleichsweise geringem Aufwand zu erzwingen.

Ist die Überlastkupplung mit einem Meßgerät für das mittlere übertragene Drehmoment verbunden, wobei das Meßgerät das Steuergerät beim Erreichen eines vorgegebenen Grenzdrehmomentes im Ausrücksinn der Überlastkupplung beaufschlagt, so kann das angeschlossene Arbeitsgerät zusätzlich vor einer Überlastung durch ein entsprechend großes mittleres Antriebsmoment geschützt werden. Die unmittelbare Erfassung des mittleren Drehmomentes, beispielsweise über den Meßstreifen, ergibt dabei zwar genauere Meßwerte, doch ist mit einem solchen Meßgerät auch ein höherer Aufwand verbunden, der üblicherweise wegen des zulässigen Toleranzbereiches nicht erforderlich ist. Als einfache Maßnahme wird folglich vorgeschlagen, daß das Meßgerät ein Temperaturfühler ist, der das Steuergerät beim Erreichen einer bestimmten Grenztemperatur im Ausrücksinn der Überlastkupplung beaufschlagt. Steigt nämlich das mittlere Drehmoment auf Grund häufiger Lastspitzen an, die durch die Überlastkupplung begrenzt werden, so erwärmt sich die Überlastkupplung wegen des bei Lastspitzen, auftretenden Schlupfes entsprechend 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 ermittelte Temperatur der Überlastkupplung einen vorbestimmten, von dem jeweils angeschlossenen Arbeitsgerät abhängigen Grenzwert, was durch einen Vergleich des Istwertes mit dem vorgegebenen Sollwert der Grenztempera'.ur im Steuergerät angezeigt wird, so wird über das Steuerge rät die Überlastkupplung ausgerückt, wobei im Gegensatz zum Auftreten von Lastspitzen, die lediglich beschnitten werden, die Antriebsverbindung unterbrochen wird.

Um die jedem Arbeitsgerät eigene Grenztemperatur zwangsweise dem Überlastschutz vorgeben zu können und damit jede mutwillige oder fahrlässige Gefährdung des Arbeitsgerätes auszuschließen, kann das Steuergerät an einen anderen, dem jeweiligen Arbeitsgerät zugehörigen, das Grenzdrehmoment bzw. die Grenztemperatur bestimmenden Spannungsteiler angeschlossen werden. Mit dem Anschließen des Arbeitsgerätes an den Ackerschlepper ist durch diese Maßnahme gewährleistet, d-iß der dem Ackerschhpper zugeordnete Überlastschutz auch hinsichtlich des Nenndrehmomen tes an das angeschlossene Arbeitsgerät angepaßt wird.

In bestimmten Sonderfällen besteht die Forderung, eine Überbeanspruchuni; des Arbeitsgerätes, beispielsweise durch Störungen zufolge von Verstopfungen, kurzzeitig zuzulassen. Diese Forderung kann ohne weiteres erfüllt werden, wenn die Steuerspannung für das Steuergerät im Sinne einer stufenartigen Erhöhung des jeweils von der Überlastkupplung übertragbaren Höchstmomentes, beispielsweise durch Zu- bzw. Abschalten eines Ohmschen Widerstandes des als Höchstmoment-Sollwertgeber dienenden Spannungsteilers oder durch Änderung der Verstärkung eines an den Spannungsteiler angeschlossenen Operationsverstärkers, einstellbar ist, was über einen einfachen Schalter ermöglicht werden kann. Die zugelassene (Iberbeanspruchung des Arbeitsgerätes ist dabei noch immer begrenzt.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstands ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

■■>()

Fig. I einen Ackerschlepper mit einem angebauten, über die Zapfwelle des Ackerschleppers antreibbaren Arbeitsgerät in vereinfachter Seitenansicht,

Fig.2 den zeitlichen Drehmomentverlauf ei;;es Arbeitsgerätes während des Betriebes und

Fig.3 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Überlastschutzes.

Das an das Lenkersystem 1 der Dreipunkthebevorrichiung 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 zur Verfügung steht, als vom Arbeitsgerät 3 benötigt wird, muß für das Arbeitsgerät 3 ein Überlastschutz vorgesehen werden, der es vor Beschädigungen und Zerstörungen schützen soll. Wegen der Abstimmung dieses Überlastschutzes auf das jeweilige Arbeitsgerät wurde bisher der Überlastschutz den Arbeitsgeräten zugeordnet. Im Gegensatz dazu befindet sich der Überlastschutz 6 nach der Erfindung un Ackerschlepper 2, so daß ein gesonderter Überlastschutz für jedes an den Ackerschlepper 2 anschließbares Arbeitsgerät entfallen kann. Dieser Überlastschutz 6, der im wesentlichen aus einer Überlastkupplung 7 besteht, deren Einrichtung 8 zur Druckbeaufschlagung hinsichtlich des Beaufschlagungsdruckes in Abhängigkeit von der Belastbarkeit des jeweils anzutreibenden Arbeitsgerätes 3 eingestellt 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 Drehmornentbegrenzung nicht erreicht werden kann, weil auch ein unzulässig hohes mittleres Arbeitsmoment noch unterhalb des zulässigen Höchstmomentes liegt.

In F i g. 2 ist der Drehmomentverlauf eines Arbeitsgerätes mit einem kleinen Anteil an rotierenden Massen, stark abgewinkelten Gelenken und Kurbeitrieben, beispielsweise einer Bodenfräse, einer Pumpe oder eines Fingermähwerkes, dargestellt, und zwar ist die Zeit von t an der Abszisse und das jeweilige Drehmoment M an der Ordinate des rechtwinkeligen Koordinatensystems abzulesen. Auf Grund von wechselnden Arbeitswiderständen und auftretenden Schwingungen ergibt sich ein unregelmäßiger Drehmomentverlauf mit stark unterschiedlichen Amplituden, dereji_ Spitzen ein Mehrfaches des mittleren Drehmomentes M erreichen können. Damit diese hohen Drehmomentspitzen, die im allgemeinen nur selten auftreten, keine Beschädigung oder Zerstörung des Arbeitsgeräte·; 3 bewirken können, muß das Antriebsmoment für das ArLehsgerät über die Überlastkupplung 7 auf einen zulässigen Höchstwert begrenzt werden. Die Überlastkupplung 7 muß daher so eingestellt werfen, daß nur dieses zulässige Höchstmoment M,_ui übertragen wird, auch wenn höhere Momente auftreten. Das für jedes Arbeitsgerät 3 vorbestimmie zulässige Höchstmoment M,ui kann über die Beaufschlagungseinrichtung 8 als übertragbares Höchstmoment an der Überlastkupplung 7 eingestellt werden. Zu diesem Zweck ist die elektrische Spule 9 der als elektromagnetische Kupplung ausgebildeten Überlastkupplung 7 an ein Steuergerät 5 angeschlossen. Dieses Steuergerät S weist eine an der Batteriespannung Ub angeschlossene Leistungsstufe 10 auf. über die der durch die Spule 9 der

Beaufschlagungseinrichtung 8 fließende Strom und damit das Kraftfeld der Spule 9 gesteuert werden kann. Die Kupplung 7 kann folglich über die Beaufschlagungseinrichtung 8 in ihrem übertragbaren Höchstmoment eingestellt werden. An Stelle einer elektromagnetischen Kupplung könnte auch eine hydraulische oder pneumatische Kupplung treten, da es nur auf die Finstellbarkcit des Beaufschlagungsdruckes ankommt.

Die Steuerspannung für die Leistiings.stiife IO wird gemäß Fig. 3 von einem Spannungsteiler 11 bestimmt, der ebenfalls an der Batteriespannung Un liegt und dessen Widerstandswille in Abhängigkeit vom höchsten zulässigen Belasttingsmomenl des jeweiligen Arbeitsgerätes abhängt. Der Ohmsehe Spannungsteiler I! dient folglich als FlöchstmomentSollwertgehcr, Die am Spannungsteiler Il abgegriffene Spannung wird einem Operationsverstärker 12 zugeführt, dessen Verstärkung durch einen Spannungsteiler 13 bestimmt ist.

ist der ais Höchstmoment-Soiiwcngencr dienende Ohmsche Spannungsteiler Il jeweils fest am \eru endeten Arbeitsgerät 3 angeordnet, so wird beim Anschließen des Arbeitsgerätes an den Ackerschlepper 2 über den hierfür erforderlichen Stecker 14 zwangsweise [lic I Iberlastkupplung 7 entsprechend dem auge¹·· hlossenen Gerat 3 in ihrem übertragbaren Höchstmoment eingestellt, weil über den Spannungsteiler Il die erforderliche Steuerspannung für die l.eistungssiufe 10 vorgegeben ist.

I'm größere Aniriebsmomcnte .in d.is Arbeitsgerät 3 übertragen zu können, was beispielsweise für die Beseitigung von Verstopfungen des Arbeitsgeräten notwendig sein kann, kann der Spannungsteiler 13 und d.imit die Verstärket des Operationsverstärkers 12 über einen Tastschalter 15 verändert werden, und /war im Sinne einer Erhöhung des -.on der Überlastkupplung 7 übertragbaren I lochstmomentcs.

Der dargestellte I ,'berlastschutz spricht aber auch .iiif eine unzulässige Krhohung des mittleren Drehmomentes Λ/an. Fine solche Erhöhung tritt auf. wenn der Anteil eier das zulässige (lochstmoment Xf,.,- übersteigenden Drehmomentspüzer: aus bestimmten Gründen stark /iin-mini Dirsr /nnjhmp (irr von der I 'hrrhistkiinnliini' 7 begrenzten Dreh7iomentspit/en bewirkt wegen der Cuinv; verbundenen längeren .Schlupfzeiten eine zusätzliche Erwärmung der I berlastkuppiung. so daß über die Temperatur der 1 'berlastkuppiung mittelbar das mittlere an das Arbeitsgerät übertragene Drehmoment erfaßt werden kann. Damit nun das Arbeitsgerät 3 vor einer solchen Überlastung geschützt wird, muß für jedes Arbeitsgerät eine entsprechende Grenztemperatur festgelegt werden, die dem zulässigen höchsten mittleren Drehmoment M„,\ entspricht. Durch die Messung der Temperatur der Überlastkupplung 7 mit Hilfe eines Temperaturfühlers 16 und durch ein Vergleichen dieses Temperatur-Istwertes mit der vorgegebenen Grenztemperatur kann ein Signal erhalten werden, das das Erreichen der vorgegebenen Grenztemperatur anzeigt Konstruktiv ist nach Fig. 3 eine Lösung vorgesehen, die im wesentlichen aus einer durch einen Operationsverstärker gebildeten Steuereinrichtung 17 besteht, an die einerseits der Temperaturfühler 16 und andererseits eine durch die jeweilige Grenztemperatur bestimmte Stcncrspanniing angeschlossen ist. Frrcicht die der von' I'cmperatiirfühler 16 angezeigten Temperatur entsprechende Spannung die Steuerspannung tier Grenztemperatur, so wird über die Steuereinrichtung 17 ein Relais 18 beaufschlagt, das im dargestellten Aust'uhrungsbeispiei die Stcuerspannung für die l.eistungsstiife 10 über einen Schalter 19 unterbricht und damit das Ausrücken der Überlastkupplung bewirkt.

Die jedem Arbeitsgerät 3 eigene Grenztemperatur kann der Steuereinrichtung 17 über einen weiteren Spannungsteiler 20 am Arbeitsgerät 3 vorgegeben werden, wie dies in ("ig. 3 dargestellt ist, wobei die Spannungsteiler II und 20 zweckmäßigerweise zu einer Bauein·.ViI zusammengefaßt werden.

um den Bedienungsmann vor einer bevorstehenden unterbrechung des Antriebes des Arbeitsgeräts 3 zufolge einer Frhöh'ung des mittleren Drehmomentes M zu warnen, kann in vorteilhafter Weise eine Warnlampe 21 vorgesehen werden. Diese Warnlampc 21 ist an einen- Operationsverstärker 22 angeschlossen, der einerseits mit dem Temperaturfühler 16 und andererseits mit dem Spannungsteiler 20 in Verbindung sieht. Da die vom Spannungsteiler 20 abgegriffene Spannung, die den Sollwert der Grenztemperatur bestimmt, über einen weiteren Sp.nnurgsteiler 23 herabgesetzt wird. spricht der Operationsverstärker 22 entsprechend früher als die Steuereinrichtung 17 an. nämlich dann. a.>nn ili,-> Utipinnfr.itMr .lit¹ iihpr rip η Sn:inniinpstpi!rr 23 um ein bestimmtes Maß verminderte Grenztemperatur erreicht hat. Bevor die Überlastkupplung 7 die Antriebsverbindung zum Arbeitsgerät 3 unterbricht, leuchtet folglich die Warnlampc 21 auf. so daß der Bedienungsm.inn rechtzeitig gewarnt wird und noch Gegenmaßnahmen treffen kann.

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Überlastschutz für von der Zapfwelle eines Ackerschleppers antreibbare Arbeitsgeräte mit einer in die Antriebsverbindung eingeschalteten, am Ackerschlepper angeordneten, in ihrem übertragbaren Höchstmoment einstellbaren Überlastkupplung, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlastkupplung (7) in ihrem übertragbaren Höchstmoment von einem an jedem Arbeitsgerät (3) fest vorgesehenen Höchstmoment-Sollwertgeber (11) für dieses Arbeitsgerät (3) über ein Steuergerät (S) einstellbar ist.

2. Überlastschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Höchstmoment-Sollwertgeber auf jedem Arbeitsgerät (3) aus einem über einen Stecker (14) an das elektrische Netz des Ackerschleppers (2) und an das Steuergerät (S) für die Überlastkupplung (7) anschließbaren Spannungsteiler (11) besteht.

3. Überlastschutz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlastkupplung (7) mit einem Meßgerät (16) für das mittlere übertragene Drehmoment verbunden ist und daß das Meßgerät (16) das Steuergerät (S) beim Erreichen eines vorgegebenen Grenzdrehmomentes im Ausrücksinn der Überlastkupplung (7) beaufschlagt.

4. Überlastschutz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät ein Temperaturfühler (16) ist, der das Steuergerät beim Erreichen einer bestimmten Grenztemperatur im Ausrücksinn der Überlastkupplung (7) beaufschlagt.

5. Überlastschutz nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (S) an einen anderen dem jeweilige.! Arbeitsgerät (3) zugehörigen, das Grenzdrehmoment bz ·. die Grenztemperatur bestimmenden Spannungsteiler (20) anschließbar ist.

6. Überlastschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung für das Steuergerät (S) im Sinne einer stufenartigen Erhöhung des jeweils von der Überlastkupplung (7) übertragbaren Höchstmomentes, beispielsweise durch Zu- bzw. Abschalten eines Ohmschen Widerstandes des als Höchstmoment-Sollwertgeber dienenden Spannungsteilers (11) oder durch Änderung der Verstärkung eines an den Spannungsteiler (11) angeschlossenen Operationsverstärker (12), einstellbar ist.