DE3112714C1

DE3112714C1 - Vorrichtung zum Messen und UEberwachen des Antriebes an einem landwirtschaftlichen Anbau- oder Anhaengegeraet

Info

Publication number: DE3112714C1
Application number: DE3112714A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. 5100 Aachen Faber; Peter Ing.(Grad.) 5204 Lohmar Seigert; Christoph Dr.-Ing. Troeder
Original assignee: GKN Walterscheid GmbH; Jean Walterscheid GmbH
Current assignee: Walterscheid GmbH; Jean Walterscheid GmbH
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1982-11-11
Also published as: GB2095841A; JPS57165729A; IT8205103A0; IT1212590B; IT8206902V0; GB2095841B; FR2503361A1; US4450729A; FR2503361B1

Description

ίο Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und Überwachen der in einem zwischen der Zapfwelle eines Schleppers und einem landwirtschaftlichen Anbau- oder Anhängegerät angeordneten Gelenkwellenstrang sich einstellenden Momentanwerte des Drehmomentes, der Drehzahl und gegebenenfalls der aus der Multiplikation beider Werte gebildeten Wellenleistung, bestehend aus einer auf Torsion beanspruchten Meßwelle, mit beidseitig drehfest angeordneten, konform ausgebildeten Zahnrädern und nach außen an die Zahnräder sich anschließenden, in zwei Lagergehäusen gelagerten Anschlußzapfen und je einem Zahnrad zugeordneten, berührungsfrei arbeitenden, ortsfest in einem Lagergehäuse gehaltenen Meßwertaufnehmern und zwei die Lagergehäuse nach außen abdichtenden Lagerdeckeln.

Eine Drehmomentmeßeinrichtung mit zwei im Abstand voneinander auf einer Meßwelle angeordneten, als Zahnräder ausgebildeten Meßwertgebern ist bekannt (GB-PS 6 44 234).

Bei der bekannten Meßeinrichtung sind die Meßwertaufnehmer innerhalb eines drehbar angeordneten Gehäuses gehalten. Die Meßwelle ist an ihrem einen äußeren Ende mit einer Bremsvorrichtung versehen, der an der gegenüberliegenden Seite ein belastbarer Ausleger gegenübersteht.

Das die Meßwertaufnehmer tragende Gehäuse ist mit einem Antrieb versehen, so daß es um die stehende Meßwelle in Rotation versetzt werden kann.
Zur Eichung ist die Meßwelle bei blockierter Bremsvorrichtung über den Ausleger mit einem statischen Moment beaufschlagbar, welches aufgrund der durch das rotierende Gehäuse um die als Zahnräder ausgebildeten Meßwertgeber bewirkten Relativbewegung der Meßwertaufnehmer meßbar ist.

Zum Einsatz an der Zapfwelle von landwirtschaftlichen Schleppern ist die beschriebene Meßvorrichtung nicht geeignet, da es für den Landwirt nicht möglich ist, auf dem Feld Eichvorgänge durchzuführen. Darüber hinaus läßt sich die relativ groß bauende Vorrichtung nicht in dem beengten Bauraum zwischen dem Schlepper und einem angehängten Gerät unterbringen. Eine weitere berührungslos arbeitende Drehmomentmeßkupplung beschreibt die DE-OS 28 15 463. Hier werden über zwei im Abstand auf einer Welle fest angeordnete Zahnräder als Meßwertgeber Wellenimpulse mit gleicher Frequenz, jedoch einer drehmomentabhängigen Phasenverschiebung erzeugt. Zusätzlich ist in der Auswerteelektronik ein Taktgeber vorgesehen, der dazu dient, eine der Phasendifferenz und damit dem Drehmoment entsprechende Anzahl von Impulsen auszuwerten. Die Impulse werden in bekannter Weise durch einen Digitalzähler erfaßt und auf eine Anzeigeeinheit gegeben.
Wegen des hohen Ungleichförmigkeitsgrades, dem von der Zapfwelle eines Schleppers abgeleitete Antriebe unterliegen, der durch abgewinkelte Kardangelenke noch verstärkt wird, ist die Ablesemöglichkeit der beschriebenen Digitalanzeige nicht gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die vom Gesamtaufbau her geeignet ist, innerhalb des im Betrieb einem hohen Ungleichförmigkeitsgrad unterliegenden Gelenkwellenstranges eingebaut zu werden und die bei Gelenkabwinkelung sich einstellenden Querkräfte ohne Schaden aufzunehmen, und die in der Lage ist, die im Gelenkwellenstrang beim Antrieb des Anbau- oder Anhängegerätes auftretenden Belastungen dem Schlepperfahrer anzuzeigen und gegebenenfalls Regeloder Steuerfunktionen einzuleiten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

a) ein die Lagergehäuse überdeckendes Mantelrohr biegeweich ausgebildet ist,

b) die Lagergehäuse durch mindestens eine sie verbindende Lasche in Umfangsrichtung drehfest miteinander verbunden sind.

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Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Meßvorrichtung wird erreicht, daß diese beispielsweise einseitig direkt auf die Zapfwelle des Schleppers aufgesetzt werden kann und auf der anderen Seite direkt in ein Gelenk übergeht. Die bei einer Abwinkelung des Gelenkes sich einstellenden hohen Querkräfte, die unter Umständen eine Durchbiegung der Meßwelle bewirken, beeinflussen die Meßwertausgabe nicht, da durch die Festsetzung der Lagergehäuse auf den Anschlußzapfen in Verbindung mit der biegeweichen äußeren Abdekkung der Lagergehäuse durch das Mantelrohr ein gleichbleibender Abstand der an den Lagergehäusen angeordneten Meßwertaufnehmer zu den Zahnrädern als Meßwertgeber gewährleistet ist Die Lagergehäuse folgen im wesentlichen der Durchbiegung der Meßwel-Ie.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist am Außenumfang der Zahnräder je ein axial nach innen gerichteter Lagerbund zur Aufnahme eines weiteren Stützlagers vorgesehen.

Die Positionierungskonstanz der Meßwertaufnehmer zu den Zahnrädern wird durch diese Maßnahme vorteilhaft beeinflußt und empfiehlt sich besonders beim Einsatz an Geräten mit einer hohen Leistungsaufnahme.

In einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung sind die Meßwertaufnehmer als Feldplatten-Differentialfühler ausgebildet.

Die Feldplatten-Differentialfühler ermöglichen sowohl eine einfache Aufnahme der aufgrund des an der Meßwelle anstehenden Drehmomentes sich einstellenden Phasenverschiebung in den beiden Meßwertaufnehmern als auch der Drehzahl der belasteten Welle.

In einer weiteren Ausführungsart sind die Meßwertaufnehmer als Induktivaufnehmer ausgebildet.

Durch die Verwendung von Induktivaufnehmern kann der mögliche Temperaturbereich für den Einsatz der Meßvorrichtung erweitert werden.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung dient eine einen Bestandteil einer an sich bekannten Maschine bildende Antriebswelle als Meßwelle, wobei die hohl ausgebildeten Anschlußzapfen Mittel zu ihrer Befestigung auf der Antriebswelle aufweisen.

Durch eine Ausgestaltung der Meßvorrichtung nach diesem Merkmal ist es ermöglicht, die Vorrichtung innerhalb eines gefährdeten Antriebsstranges einer Arbeitsmaschine einzusetzen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Schaltung der Auswerteelektronik für die erfindungsgemäße Vorrichtung auf je einen invertierenden und einen nicht invertierenden, als Komparator geschalteten Operationsverstärker, deren Ausgänge über ein NOR-Gatter mit einem nachgeschalteten ersten Tiefpaß zur Erfassung des Drehmomentes verknüpft sind, einen dem nicht invertierenden Operationsverstärker nachgeschalteten Frequenz-Spannungs-Wandler mit einem nachgeschalteten zweiten Tiefpaß zur Erfassung der Drehzahl und einen das Drehmoment und die Drehzahl ίο verknüpfenden Multiplikator zur Leistungserfassung beschränkt.

Die nur aus wenigen Bauteilen zusammengesetzte Auswerteelektronik läßt sich auf kleinstem Raum zusammenfassen und kann daher nachträglich in die Fahrerkabine eines vorhandenen Schleppers eingebaut werden.

Darüber hinaus kann sie zur Durchführung von Regel- und Steuerfunktionen außerhalb der Schlepperkabine sowohl am Schlepper als auch an geeigneter Stelle des Arbeitsgerätes an geschützten Stellen angebaut werden.

Vorteilhaft ist, daß die Auswerteelektronik unabhängig von der Ungleichförmigkeit der Drehbewegung eine Regel- oder Anzeigegröße liefern kann.

Durch Einsatz der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung läßt sich die Arbeitstechnik mit landwirtschaftlichen Geräten weitgehend optimieren.

So ist es insbesondere möglich, zur gleichmäßigen Bodenbearbeitung beispielsweise eine konstante Leistung vorzugeben, die über die aus der Meßvorrichtung erhaltenen Werte geregelt werden kann. Des weiteren kann beispielsweise die Drehzahl des Schleppermotors geregelt werden, um bei gewissen Arbeitsverfahren eine gleichmäßige Schleppergeschwindigkeit zu bewirken. Dieses kann notwendig sein, um beispielsweise bei Saatstreuern eine gleichmäßige Verteilung des Saatgutes zu erreichen.

Darüber hinaus ist die Meßvorrichtung in der Lage, sich häufig aufbauende Verstopfungen an Erntewagen rechtzeitig zu erkennen und gegebenenfalls den Antrieb über eine zusätzliche Schaltkupplung stillzusetzen. Ein weiterer Vorteil der Meßvorrichtung liegt darin, daß sie an durch Fremdkörper gefährdeten Geräten oder Geräteteilen nicht nur wie die heute üblicherweise verwendeten Metalldetektoren auf Metalle anspricht, sondern beim Erfassen von Holzstücken oder Steinen, die im Antrieb bei Einfangen durch die Maschine einen sprunghaften Anstieg des Drehmomentes hervorrufen, auf diese ansprechen und den Antrieb rechtzeitig abschalten kann.

In einfachster Weise kann die momentane Beanspruchung des Gerätes oder der beim jeweiligen Arbeitsvorgang erreichte Nutzungsgrad über eine Analog- oder Quasidigitalanzeige in Form von LED- oder LCD-Zeilen dem Schlepperfahrer mitgeteilt werden. Zur Kenntlichmachung bevorzugter Arbeitsbereiche kann die Zeile mehrfarbig ausgebildet sein.

Nachstehend wird die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Meßvorrichtung mit einer direkt an einen Anschlußzapfen angesetzten Gelenkgabel,

Fig. la einen Querschnitt durch eine Meßvorrichtung mit am Außenumfang der Zahnräder radial nach innen gerichteten Lagerbünden zur Aufnahme eines weiteren Stützlagers,
F i g. Ib einen Querschnitt durch eine Meßvorrich-

tung mit hohl ausgebildeten Anschlußzapfen zur Aufnahme einer vorhandenen Antriebswelle als Meßwelle,

Fig.2 den prinzipiellen Aufbau der Auswerteelektronik und

Fig.3 die Verknüpfung der beiden Operationsverstärkerausgänge über das NOR-Gatter.

Die in F i g. 1 dargestellte Meßvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Meßwelle 6, an der beidseitig als Meßwertgeber dienende Zahnräder 5 und 5' angeordnet sind. An die Zahnräder 5,5' schließen sich nach außen Anschlußzapfen 2, 2' an, die einen etwa doppelt so großen Durchmesser wie die Meßwelle 6 aufweisen. An dem Anschlußzapfen 2 ist eine Gelenkgabel 1 angeordnet, die über ein Gelenkkreuz mit einer zweiten einer Gelenkwelle zugeordneten Gelenkgabel verbunden ist (nicht dargestellt).

Der Anschlußzapfen 2' endet in einem Aufnahmeflansch, mit dem in Fig. 1 eine Aufsteckhülse für die Zapfwelle eines Schleppers verbunden ist. Auf den Anschlußzapfen 2 und 2' sind Lagergehäuse 4, 4' über Lager 7,7' gelagert, die über mindestens eine Lasche 10 drehfest miteinander verbunden sind. Die Lagergehäuse 4, 4' sind nach außen durch Lagerdeckel 3, 3', die mit einer Dichtung versehen sind, gegen das Eindringen des in der Landwirtschaft unvermeidlich sich einstellenden Schmutzes geschützt.

Mit den Lagergehäusen 4, 4' sind beispielsweise als Differential-Feldplattenfühler ausgebildete Meßwertaufnehmer 8, 8' derart verbunden, daß sie von den als Meßwertgebern dienenden Zahnrädern 5, 5' einen radialen Abstand von etwa 0,1 mm aufweisen. Zum Schutz gegen eindringenden Schmutz ist der Zwischenraum zwischen den beiden Lagergehäusen 4, 4' durch ein Mantelrohr 9 abgedeckt.

In der Fig. la ist eine verstärkte Ausführung der Meßvorrichtung dargestellt, die sich vorzugsweise an Arbeitsgeräten mit hoher Leistungsaufnahme eignet, die von Schleppern mit Motorleistungen von über 75 KW (100 PS) angetrieben werden. An den Zahnrädern 5, 5' ist je ein radial außenliegender axial nach innen gerichteter Lagerbund 11 vorgesehen, der der Aufnahme zweiter Stützlager 7, T dient. Die Meßwertaufnehmer 8,8' sind innerhalb in den Lagergehäusen 4, 4' angeordneter Radialbohrungen vorgesehen.

Die in der F i g. Ib dargestellte Meßvorrichtung dient insbesondere zum Einbau in einem vorhandenen Wellenstrang eines Arbeitsgerätes. Die vorhandene Antriebswelle 18 wird hier gleichzeitig als Meßwelle benutzt. Die Anschlußzapfen 2, 2' sind dabei derart ausgebildet, daß sie drehfest mit der Antriebswelle 18 verbunden werden können.

In Fig.2 ist der Aufbau der Auswerteelektronik dargestellt. Von den mit den Zahnrädern 5, 5' zusammenwirkenden Meßwertaufnehmern 8, 8' ist einer mit einem invertierenden und der andere mit einem nicht invertierenden Eingang zweier als Komparator geschalteter Operationsverstärker 12,12' verbunden. Durch Verändern von LW/ und LW2 kann an den Operationsverstärkern 12 und 12' ein Nullabgleich der Anzeige im drehmomentfreien Zustand durchgeführt werden. Die Ausgänge der Operationsverstärker 12,12' sind über ein NOR-Gatter 13 miteinander verknüpft zu der Funktion F= U\ ■ i/2, aus der ein nachgeschalteter Tiefpaß 14 eine dem statischen Moment proportio-

nale Spannung bildet. Zur Erfassung des statischen Momentes ist der Tiefpaß 14 zweckmäßig auf eine Grenzfreauenz von weniger als ein Hertz eingestellt. Durch zusätzlichen Einsatz eines Tiefpasses (nicht dargestellt) mit einer Grenzfrequenz kleiner als

to 20 Hertz kann auch der dynamische Verlauf des Momentes aufgenommen werden.

Dem Ausgang des nicht invertierenden Operationsverstärkers 12' ist außer dem Eingang des NOR-Gatters 13 ein Frequenz-Spannungs-Wandler 15 nachgeschaltet, der eine der Drehzahl proportionale Spannung abgibt, wobei in einem dem Wandler 15 nachgeschalteten zweiten Tiefpaß 16 die Zahnfrequenz und die bei abgewinkelten Gelenkwellen unvermeidbaren Ungleichförmigkeiten der Bewegung ausgefiltert werden.

In einem Multiplikator 17 wird das Moment mit der Drehzahl verknüpft, so daß als Ausgangssignal die Leistung Verhalten wird.

In Fig.3 ist die Verknüpfung der Ausgänge der beiden Operationsverstärker 12 und 12' im Komparator

dargestellt. Dem positiven Impuls des nicht invertierenden Operationsverstärkers 12' entspricht ein negativer Impuls des invertierenden Operationsverstärkers 12. Wie den oberen beiden Diagrammen zu entnehmen ist, sind die beiden gleichlangen Impulse zeitlich um ein der Größe des Drehmomentes entsprechendes Maß gegeneinander phasenverschoben. Da der Ausgang eines NOR-Gatters nur auf H steht, wenn beide Eingänge des Gatters mit L beaufschlagt sind, entspricht die Breite des Η-Impulses am Ausgang des NOR-Gatters der

Phasenverschiebung und ist ein direktes Maß für die Größe des anliegenden Drehmomentes.

Bezugszeichenliste

1 Gelenkgabel

2 Anschlußzapfen

2' Anschlußzapfen

3 Lagerdeckel
3' Lagerdeckel

4 Lagergehäuse
4' Lagergehäuse

5 Zahnrad (Meßwertgeber)
5' Zahnrad (Meßwertgeber)

6 Meßwelle

7 Lager

8 Meßwertaufnehmer

8' Meßwertaufnehmer

9 Mantelrohr

10 Lasche

11 Lagerbund

12 Komparator (Operationsverstärker)

13 NOR-Gatter

14 Tiefpaß

15 Frequenz-Spannungs-Wandler

16 Tiefpaß

17 Multiplikator
18 Antriebswelle

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen und Überwachen der in einem zwischen der Zapfwelle eines Schleppers und einem landwirtschaftlichen Anbau- oder Anhängegerät angeordneten Gelenkwellenstrang sich einstellenden Momentanwerte des Drehmomentes, der Drehzahl und gegebenenfalls der aus der Multiplikation beider Werte gebildeten Wellenleistung, bestehend aus einer auf Torsion beanspruchten Meßwelle, mit beidseitig drehfest angeordneten, konform ausgebildeten Zahnrädern und nach außen an die Zahnräder sich anschließenden, in zwei Lagergehäusen gelagerten Anschlußzapfen und je einem Zahnrad zugeordneten, berührungsfrei arbeitenden, ortsfest in einem Lagergehäuse gehaltenen Meßwertaufnehmern und zwei die Lagergehäuse nach außen abdichtenden Lagerdeckeln, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein die Lagergehäuse (4, 4') überdeckendes Mantelrohr (9) biegeweich ausgebildet ist,

b) die Lagergehäuse (4,4') durch mindestens eine sie verbindende Lasche (10) in Umfangsrichtung drehfest miteinander verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

c) am Außenumfang der Zahnräder (5, 5') je ein axial nach innen gerichteter Lagerbund (11) zur Aufnahme eines weiteren Stützlagers (7, T) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

d) die Meßwertaufnehmer (8, 8') als Feldplatten-Differentialfühler ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

e) die Meßwertaufnehmer (8, 8') als Induktivaufnehmer ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß

f) eine einen Bestandteil einer an sich bekannten Maschine bildende Antriebswelle (18) als Meßwelle dient, wobei die hohl ausgebildeten Anschlußzapfen (2, 2') Mittel zu ihrer Befestigung auf der Antriebswelle (18) aufweisen.

6. Auswerteelektronik für eine Vorrichtung mit als Feldplatten-Differentialfühler ausgebildeten Meßwertaufnehmern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

g) die Schaltung auf je einen invertierenden und einen nicht invertierenden, als Komparator geschalteten Operationsverstärker (12, 12'), deren Ausgänge über ein NOR-Gatter (13) mit einem nachgeschalteten ersten Tiefpaß (14) zur Erfassung des Drehmomentes verknüpft sind, einen dem nicht invertierenden Operationsverstärker (12') nachgeschalteten Frequenz-Spannungs-Wandler (15) mit einem nachgeschalteten zweiten Tiefpaß (16) zur Erfassung der Drehzahl und einen das Drehmoment und die Drehzahl verknüpfenden Multiplikator (17) zur Leistungserfassung beschränkt ist.