DE102015114262A1

DE102015114262A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen von auf eine Achse einwirkenden Kräften sowie Achsanordnung

Info

Publication number: DE102015114262A1
Application number: DE102015114262.7A
Authority: DE
Inventors: Jan Carsten Wieckhorst; Thomas Fedde; Viktor Kloster; Heiko Graf
Original assignee: Claas Tractors SAS
Current assignee: Claas Tractors SAS
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2017-03-02

Abstract

Eine Vorrichtung (12) dient zum Erfassen von auf eine Achse (3) eines landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs einwirkenden Kräften, wobei die Achse (3) über wenigstens zwei Lager (5, 10), die jeweils mindestens einen rotatorische und/oder translatorischen Freiheitsgrad besitzen, und/oder über zumindest eine Federeinheit (4) am Chassis (2) des Arbeitsfahrzeugs gelagert bzw. abgestützt ist. Um die Erfassung von auf eine Achse (3) eines landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs einwirkenden Kräften dahingehend zu verbessern, dass auch bei komplexeren Achsaufhängungen der Achse (3) eine solche Kräfteerfassung zuverlässig möglich ist, soll wenigstens zwei Lagern (5, 10) oder wenigstens einem Lager (5, 6) und wenigstens einer Federeinheit (4) jeweils zumindest eine Kraftmesseinheit (6) zugeordnet sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von auf eine Achse eines landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs einwirkenden Kräften, wobei die Achse über wenigstens zwei Lager, die jeweils mindestens einen rotatorische und/oder translatorischen Freiheitsgrad besitzen, und/oder über zumindest eine Federeinheit am Chassis des Arbeitsfahrzeugs gelagert bzw. abgestützt ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Achsanordnung für ein landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug, aufweisend wenigstens eine Achse und wenigstens zwei Lager, die jeweils mindestens einen rotatorische und/oder translatorischen Freiheitsgrad besitzen, und/oder zumindest eine Federeinheit, über welche die Achse an einem Chassis des Arbeitsfahrzeugs lagerbar bzw. abstützbar ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen von auf eine Achse eines landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs einwirkenden Kräften, wobei die Achse über wenigstens zwei Lager, die jeweils mindestens einen rotatorische und/oder translatorischen Freiheitsgrad besitzen, und/oder über zumindest eine Federeinheit am Chassis des Arbeitsfahrzeugs gelagert bzw. abgestützt ist.
Die DE 41 23 289 A1 offenbart ein Fahrzeug mit einer seitlichen Abstützung einer Vorderachse an einem Fahrzeugrahmen. Der Fahrzeugrahmen nimmt eine starr integrierte Hinterachse und eine pendelnd aufgehängte Vorderachse auf. Hierzu ist die Vorderachse mittig über einen Mittelbolzen am Fahrzeugrahmen aufgehängt. Zur Ermittlung einer an der Vorderachse angreifenden Achslast kann anstelle des Mittelbolzens ein elektrischer Kraftmessbolzen vorgesehen sein.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Erfassung von auf eine Achse eines landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs einwirkenden Kräften dahingehend zu verbessern, dass auch bei komplexeren Achsaufhängungen der Achse eine solche Erfassung der Kräfte zuverlässig möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind insbesondere in den abhängigen Patentansprüchen angegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassen von auf eine Achse eines landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs einwirkenden Kräften, wobei die Achse über wenigstens zwei Lager, die jeweils mindestens einen rotatorische und/oder translatorischen Freiheitsgrad besitzen, und/oder über zumindest eine Federeinheit am Chassis des Arbeitsfahrzeugs gelagert bzw. abgestützt ist, ist wenigstens zwei Lagern und/oder wenigstens einer Federeinheit jeweils zumindest eine Kraftmesseinheit zugeordnet.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können auf die Achse des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs einwirkende, insbesondere laterale, vertikale und/oder horizontale, Kräfte an wenigstens zwei Lagern erfasst werden, über welche die Achse an dem Chassis aufgehängt ist. Außerdem besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, die vertikalen Kräfte mittels einer Kraftmesseinrichtung zu erfassen, die zumindest einer Federeinheit zugeordnet ist. Eine solche Kräfteerfassung kann somit auch an mehreren, insbesondere allen, Lagern und/oder Federeinheiten erfolgen, über welche die Achse an dem Chassis aufgehängt ist. Bei einer entsprechend über zwei oder mehrere Lager an dem Chassis aufgehängten Achse ist eine Kräfteerfassung an lediglich einem Lager, wie es mit DE 41 23 289 A1 vorgeschlagen ist, nicht ausreichend, um die tatsächlich an der Achse angreifenden Kräfte zu erfassen. Insbesondere bei angetriebenen, gefederten Achsen, also bei komplexeren Achsaufhängungen, ist mit einer Kräfteerfassung an lediglich einem Lager eine hinreichend genaue Bestimmung von lateralen, vertikalen und/oder horizontalen Achslasten nicht möglich.
Die Achse kann unmittelbar oder über ein weiteres Bauteil mittelbar über die Lager an dem Chassis aufgehängt sein. Die Erfindung soll insbesondere für eine Achslastmessung an einer Vorderachse eines landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeuges vorgesehen sein.
Die Kraftmesseinheiten können jeweils insbesondere unmittelbar an dem jeweiligen Lager angeordnet und hierdurch dem Lager zugeordnet sein. Die Anzahl der Kraftmesseinheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann insbesondere unter Berücksichtigung der Kinematik der jeweilig gegebenen Achsaufhängung gewählt werden.
Das landwirtschaftliche Arbeitsfahrzeug kann beispielsweise als Erntemaschine, insbesondere selbstfahrender Mähdrescher oder Feldhäcksler, als Traktor oder als Systemfahrzeug, also Trac-Fahrzeug oder Geräteträger ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung wenigstens eine signaltechnisch mit den Kraftmesseinheiten verbindbare Steuer- und/oder Regeleinheit, die zum Auswerten von mittels der Kraftmesseinheiten erzeugten Kraftmesssignalen eingerichtet ist. Die Steuer- und/oder Regeleinheit kann kabelgebunden oder kabellos signaltechnisch mit den Kraftmesseinheiten verbunden sein. Zum Empfangen und Auswerten der Kraftmesssignale kann die Steuer- und/oder Regeleinheit wenigstens eine Elektronik, insbesondere einen Mikroprozessor, aufweisen. Die ermittelten Daten werden vorzugsweise digital über einen Datenbus übertragen. Die Steuer- und/oder Regeleinheit kann durch eine Fahrzeugelektronik des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs oder separat davon ausgebildet sein. Die Steuer- und/oder Regeleinheit kann eingerichtet sein, aus den empfangenen Kraftmesssignalen die momentan wirkenden Rad- und/oder Achskräfte abzuleiten, die als Steuerungs- und/oder Regelgrößen für Komponenten und/oder Funktionen des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs verwendet werden können, beispielsweise zur Regelung von pneumatischen oder hydropneumatischen Federeinheiten des Arbeitsfahrzeugs, einer Fahrwerkssteifigkeit des Arbeitsfahrzeugs, eines Reifendrucks und/oder einer Zugkraft. Des Weiteren kann die Steuer- und/oder Regeleinheit die Kraftmesssignale zur Auslegung einer Ballastierung, zur Regelung einer Bremskraftverteilung und/oder zur Steuerung eines Antriebsstrangreglers und/oder reglers des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeuges verwenden. Hierbei können diverse Parameter, die beispielsweise den Reifen-Boden-Kontakt beschreiben, berechnet, angezeigt, ausgewertet, analysiert und zur Regelung von Fahrzeugsystemen verwendet werden. Zudem können die Kraftmesssignale zur Realisierung eines Umkippschutzes, zur Bestimmung zulässiger Achslasten, zum Wiegen, zur Missbrauchserkennung, zur Koppelkraftregelung im Anhängerbetrieb und dergleichen verwendet werden. Weiterhin kann die Steuer- und/oder Regeleinheit mit einer Vorrichtung zusammenwirken, über die in Abhängigkeit von der Vorderachskraft ein oder mehrere Parameter eines mit der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, insbesondere Traktor, verwendeten Implements geregelt werden. So kann beispielsweise die Arbeitstiefe eines am Heck des Traktors angebauten oder aufgesattelten Anbaugeräts geregelt werden. Beispielsweise wird zu diesem Zweck die Arbeitstiefe eines Aufsattelpfluges oder eines Aufsattelgrubbers geändert. Außerdem kann die Vorspannkraft eines Traktionsverstärkers an einem Bodenbearbeitungsgerät oder eines Topzylinders an z.B. einem Güllefass in Abhängigkeit von der Vorderachslast geregelt werden. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, in Abhängigkeit von der ermittelten Achslast den Reifendruck, z.B. eines angehängten Güllewagens oder Silagetransportwagens sowie das Antriebsdrehmoment einer beispielsweise hydraulisch oder elektrisch angetriebenen Triebachse zu regeln.
Im Rahmen von Forschungsprojekten gibt es Ansätze, die vertikale Achslast eines Traktors an gefederten Achsen aus dem Druck in den Zylindern einer pneumatischen oder hydropneumatischen Achsfederung zu bestimmen. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass je nach verwendeter Achskinematik keine genaue Bestimmung der Achslast möglich ist, da die an den Radflanschen der Achse wirkenden Antriebs- und Bremsmomente Messfehler verursachen. Darüber hinaus verursacht Reibung in den Zylindern und in den Lagern der Federungskinematik Hystereseeffekte. Zudem ist es bei diesen Ansätzen nicht möglich, neben der Rad- bzw. Achslast auch die Zugkräfte, also Kräfte in horizontaler Richtung, zu bestimmen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst wenigstens eine Kraftmesseinheit zumindest einen Kraftmessbolzen. Der Kraftmessbolzen kann durch eine durch das jeweilige Lager definierte Lagerstelle geführt werden und hierdurch einen Lagerbolzen ersetzen. Es kann auch jede Kraftmesseinheit wenigstens einen Kraftmessbolzen aufweisen.
In vorteilhafter Weise umfasst der Kraftmessbolzen wenigstens einen Dehnungsmessstreifen, wenigstens einen magnetoelastischen Sensor oder wenigstens einen Hallsensor. Welche dieser Alternativen gewählt wird, hängt von den jeweiligen technischen Gegebenheiten und Anforderungen ab. Allerdings kann der Kraftmessbolzen auch nach einem anderen Messprinzip arbeiten.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass wenigstens eine Kraftmesseinheit zum Erfassen von einachsigen, zweiachsigen oder mehrachsigen Kräften eingerichtet ist. Dies ermöglicht die Erfassung von auf die Vorderachse einwirkenden Kräften in einer, zwei bzw. mehreren Achsrichtungen, wodurch insbesondere laterale, vertikale und/oder horizontale Kräfte erfasst werden können.
Eine erfindungsgemäße Achsanordnung für ein landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug umfasst wenigstens eine Achse, wenigstens zwei Lager, die jeweils mindestens einen rotatorischen und/oder translatorischen Freiheitsgrad besitzen oder als Federeinheit ausgebildet sind und über welche die Achse an einem Chassis des Arbeitsfahrzeugs lagerbar ist, und wenigstens eine Vorrichtung nach einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination derselben.
Mit der Achsanordnung sind die oben mit Bezug auf die Vorrichtung genannten Vorteile entsprechend verbunden. Vorzugsweise handelt es sich um eine Vorderachsanordnung.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Achsanordnung wenigstens eine pneumatische oder hydropneumatische Federeinheit, die über ein erstes Lager mit der Vorderachse verbunden ist und über ein zweites Lager mit dem Chassis verbindbar ist, wobei an wenigstens einem dieser beiden Lager zumindest eine Kraftmesseinheit angeordnet ist. Die Vorderachse ist hiernach gefedert an dem Chassis aufgehängt. Vorzugsweise umfasst die Vorderachsanordnung hierzu wenigstens zwei entsprechende pneumatische oder hydropneumatische Federeinheiten, an denen jeweils eine Kraftmesseinheit entsprechend angeordnet ist. Über die Kraftmesseinheiten können insbesondere vertikale Achskräfte ermittelt werden. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, die auftretenden Achskräfte aufgrund der in der hydropneumatischen oder pneumatische Federeinheiten auftretenden Drücke zu ermitteln.
In vorteilhafter Weise umfasst die Vorderachsanordnung wenigstens eine Längsschwinge, über welche die Vorderachse an dem Chassis geführt ist und die über wenigstens ein Lager mit dem Chassis verbunden ist, und wobei an dem Lager wenigstens eine Kraftmesseinheit angeordnet ist. Die Längsschwinge kann beispielsweise als geschobene Längsschwinge wirken und im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sein.
Über die Kraftmesseinheit können unter anderem horizontale Achskräfte erfasst werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Längsschwinge U-förmig ausgebildet ist und zwei parallel verlaufende Schwingenarme aufweist, wobei die Vorderachse über wenigstens ein Pendelgelenk pendelnd an der Längsschwinge gelagert ist, wobei jeder Schwingenarm über wenigstens ein Lager an das Chassis angelenkt ist, und wobei an wenigstens einem dieser beiden Lager zumindest eine Kraftmesseinheit angeordnet ist. Hierbei kann die Vorderachse als Starrachse ausgebildet sein. Über die Kraftmesseinheiten können unter anderem horizontale Achskräfte erfasst werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Vorderachse als über eine Kardanwelle antreibbare Vorderachse ausgebildet ist. Weiterhin kann die Vorderachse zusätzlich über wenigstens einen Panhardstab an dem Chassis geführt sein, wobei an wenigstens einem weiteren Lager, über das der Panhardstab an das Chassis oder an die Vorderachse angelenkt ist, wenigstens eine Kraftmesseinheit angeordnet ist. Die Vorderachsanordnung kann hierbei eine Längsschwinge aufweisen, die über ein Lager in Form eines Kugelgelenks an dem Chassis geführt ist. Zudem kann die Vorderachsanordnung wenigstens zwei hydropneumatische Federeinheiten aufweisen, über welche die Vorderachse gefedert an dem Chassis aufgehängt ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorderachse mit Raumlenkern zur Einzelradaufhängung versehen, wobei an wenigstens zwei Lagern oder einer Federeinheit und einem Lager, über das ein Raumlenker an ein weiteres Bauteil der Vorderachse oder das Chassis angelenkt ist, wenigstens eine Kraftmesseinheit angeordnet ist. Hierdurch können insbesondere Radkräfte erfasst werden, die auf die Vorderachse einwirken.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorderachse ungefedert am Chassis aufgehängt. An wenigstens zwei Lagern ist jeweils wenigstens eine Kraftmesseinheit angeordnet.
Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen von auf eine Vorderachse eines landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs einwirkenden Kräften, wobei die Vorderachse über wenigstens zwei Lager, die jeweils mindestens einen rotatorische und/oder translatorischen Freiheitsgrad besitzen und/oder als Federeinheit ausgebildet sind, am Chassis des Arbeitsfahrzeugs gelagert ist, werden an wenigstens zwei Lagern bzw. an der Federeinheit die dort angreifenden Kräfte erfasst, wobei die erfassten Kräfte als Parameter zur Auslegung einer Ballastierung, zur Regelung von pneumatischen oder hydropneumatischen Federeinheiten, zur Regelung eines Reifendrucks, zur Regelung einer Fahrwerkssteifigkeit, zur Regelung einer Bremskraftverteilung, zur Regelung einer Zugkraft, zur Traktionsoptimierung, zur Steuerung eines Fahr- und/oder Antriebsstrangreglers des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeuges und/oder zur Regelung eines Parameters eines mit dem landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeug verbundenen Implements verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit den oben mit Bezug auf die Vorrichtung bzw. die Vorderachsanordnung genannten Vorteilen entsprechend verbunden. Mit dem Verfahren lässt sich der Betrieb des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs optimieren.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche und der abhängigen Patentansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränken.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand einer bevorzugten Ausführungsformen beispielhaft erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in unterschiedlicher Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Es zeigen:
1 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorderachsanordnung;
2 eine schematische und perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorderachsanordnung; und
3 eine schematische und perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorderachsanordnung.
In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorderachsanordnung 1 für ein landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug, von dem in 1 zusätzlich zu der Vorderachsanordnung 1 das Chassis 2 gezeigt ist.
Die Vorderachsanordnung 1 umfasst eine starre Vorderachse 3. Des Weiteren umfasst die Vorderachsanordnung 1 zwei hydropneumatische Federeinheiten 4, die jeweils über ein erstes Lager 5 mit der Vorderachse 3 und jeweils über ein nicht gezeigtes zweites Lager mit dem Chassis 2 verbunden sind. In 1 ist lediglich eine der hydropneumatischen Federeinheiten 4 zu sehen. An beiden Lagern 5 ist jeweils eine Kraftmesseinheit 6 angeordnet.
Zudem umfasst die Vorderachsanordnung 1 eine Längsschwinge 7, über welche die Vorderachse 3 an dem Chassis 2 geführt ist. Die Längsschwinge 7 ist U-förmig ausgebildet und umfasst zwei im Wesentlichen parallel verlaufende Schwingenarme 8. Die Vorderachse 3 ist über ein Pendelgelenk 9 pendelnd an der Längsschwinge 7 gelagert. Jeder Schwingenarm 8 ist über jeweils ein Lager 10 an das Chassis 2 angelenkt. An den Lagern 10 ist jeweils eine Kraftmesseinheit 6 angeordnet. An dem Chassis 2 sind zudem zwei Anschlagpuffer 11 angeordnet, an denen der jeweilige Schwingenarm 8 anschlagen kann.
Die Vorderachse 3 ist somit über die Lager 5, 10 und die nicht gezeigten Lager zwischen den hydropneumatischen Federeinheiten 4 und dem Chassis 2 an dem Chassis 2 gelagert. Die Lager 5 und die nicht gezeigten Lager zwischen den hydropneumatischen Federeinheiten 4 und dem Chassis 2 sind als sphärische Lager ausgebildet. Die Lager 10 sind als Schwenklager ausgebildet.
Die Vorderachsanordnung 1 umfasst des Weiteren eine Vorrichtung 12 zum Erfassen von auf die Vorderachse 3 einwirkenden Kräften. Die Vorrichtung 12 umfasst die an den Lagern 5 und 10 angeordneten Kraftmesseinheiten 6 und eine über Signalverbindungen S signaltechnisch mit den Kraftmesseinheiten 6 verbindbare Steuer- und/oder Regeleinheit 13, die zum Auswerten von mittels der Kraftmesseinheiten 6 erzeugten Kraftmesssignalen eingerichtet ist.
Wenigstens eine Kraftmesseinheit 6 umfasst einen nicht näher dargestellten Kraftmessbolzen. Der Kraftmessbolzen kann wenigstens einen nicht gezeigten Dehnungsmessstreifen, wenigstens einen nicht gezeigten magnetoelastischen Sensor oder wenigstens einen nicht gezeigten Hallsensor aufweisen. Wenigstens eine Kraftmesseinheit 6 kann zum Erfassen von einachsigen, zweiachsigen oder mehrachsigen Kräften eingerichtet sein.
Die 2 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorderachsanordnung 1 für ein in 2 nicht gezeigtes landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug.
Die Vorderachsanordnung 1 umfasst eine starre Vorderachse 3. Des Weiteren umfasst die Vorderachsanordnung 1 zwei hydropneumatische Federeinheiten 4, die jeweils über ein erstes Lager 5 mit der Vorderachse 3 und jeweils über ein nicht gezeigtes zweites Lager mit einem Chassis des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs verbindbar sind. An beiden Lagern 5 ist jeweils eine Kraftmesseinheit 6 angeordnet.
Zudem umfasst die Vorderachsanordnung 1 eine geschobene Längsschwinge 7, über welche die Vorderachse 3 an dem Chassis geführt ist. Die Längsschwinge 7 ist starr mit der Vorderachse 3 und über ein Lager 17 gelenkig mit einer an dem Chassis befestigbaren Gelenköse 18 verbunden. Hierdurch kann die Vorderachse 3 um eine Pendelachse 19 pendeln. An dem Lager 17 ist eine Kraftmesseinheit 6 angeordnet. Die Vorderachse 3 ist als über eine nicht gezeigte Kardanwelle antreibbare Vorderachse 3 ausgebildet, wozu die Vorderachse 3 einen Kardanwellenflansch 14 aufweist. Die Vorderachse 3 ist zusätzlich über einen Panhardstab 15 an dem Chassis geführt. An wenigstens einem weiteren Lager 16, über das der Panhardstab 15 an dem Chassis (nicht gezeigt) oder an die Vorderachse 3 angelenkt ist, kann eine nicht gezeigte Kraftmesseinheit angeordnet sein. Die Vorderachsanordnung 1 umfasst zudem einen Lenkzylinder 20 und zwei Radflansche 21.
Die Vorderachse 3 ist somit über die Lager 5, 16, 17 und die nicht gezeigten Lager zwischen den hydropneumatischen Federeinheiten 4 und dem Chassis an dem Chassis gelagert. Die Lager 5 und die nicht gezeigten Lager zwischen den hydropneumatischen Federeinheiten 4 und dem Chassis sowie die Lager 16 und 17 sind als sphärische Lager ausgebildet.
Die Vorderachsanordnung 1 umfasst eine Vorrichtung 12 zum Erfassen von auf die Vorderachse 3 einwirkenden Kräften. Die Vorrichtung 12 umfasst die an den Lagern 5 und 17, und eventuell 16, angeordneten Kraftmesseinheiten 6 und eine über Signalverbindungen S signaltechnisch mit den Kraftmesseinheiten 6 verbindbare Steuer- und/oder Regeleinheit 13, die zum Auswerten von mittels der Kraftmesseinheiten 6 erzeugten Kraftmesssignalen eingerichtet ist.
Wenigstens eine Kraftmesseinheit 6 umfasst einen nicht näher dargestellten Kraftmessbolzen. Der Kraftmessbolzen kann wenigstens einen nicht gezeigten Dehnungsmessstreifen, wenigstens einen nicht gezeigten magnetoelastischen Sensor oder wenigstens einen nicht gezeigten Hallsensor aufweisen. Wenigstens eine Kraftmesseinheit 6 kann zum Erfassen von einachsigen, zweiachsigen oder mehrachsigen Kräften eingerichtet sein.
Zur Berechnung der Achszugkraft kann das Kräftegleichgewicht in x-Richtung aufgestellt werden: ΣF_x = +F_{x_Schwinge} + F_{Trieb_li} + F_{Trieb_re} = 0
Für die Achszugkraft gilt dann: F_{Zug_Achse} = –F_{Trieb_li} – F_{Trieb_re} = F_{x_Schwinge}
Hierdurch wird deutlich, dass die Achszugkraft F_{Zug_Achse}, also die Summe der Triebkräfte F_{Trieb_li} und F_{Trieb_re} des linken bzw. des rechten nicht gezeigten Vorderrades, dem durch den Kraftmessbolzen 6 an dem Lager 17 in x-Richtung gemessenen Kraft F_{x_Schwinge} entspricht.
Die vertikale Achslast F_Achslast lässt sich durch ein Kräftegleichgewicht in z-Richtung ermitteln: ΣF_z = F_{z_Schwinge} – F_{z_Zyl_li} – F_{z_Zyl_re} + F_{Radlast_li} + F_{Radlast_re} = 0 F_Achslast = F_{Radlast_li} + F_{Radlast_re} = F_{z_Zyl_li} + F_{z_Zyl_re} – F_{z_Schwinge}
Die vertikale Achslast F_Achslast, also die Summe der Radlasten F_{Radlast_li} und F_{Radlast_re}, ergibt sich gemäß der zuletzt genannten Gleichung aus der Summe der in vertikaler Richtung an dem Lager 17 gemessenen Kraft F_{z_Schwinge} und an den Lagern 5 gemessenen Kräfte F_{z_Zyl_li} und F_{z_Zyl_re}.
Alternativ zu der Erfassung der an den Lagern 5 angreifenden Kräfte könnten die vertikalen Kräfte an den hydropneumatischen Federeinheiten 4 aus dem Druck der hydropneumatischen Federung des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs ermittelt werden. Hierfür muss jedoch der Winkel α der hydraulischen Federeinheiten 4 gegenüber der Achse A bekannt sein. Für kleine Pendelwinkel könnte ein Positionssensor einer Niveauregulierung des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs ausreichend sein.
Das Momentengleichgewicht um die Achse A in der xz-Ebene zeigt, dass neben den an den Rädern wirkenden Antriebs- oder Bremsmomente M_{Rad_li} und M_{Rad_re} auch die in der z-Richtung an der Achskinematik wirkenden Kräfte in der Gleichung auftauchen: ΣM A / xz = –F_{z_Schwinge}·l_Schwinge + F_{z_Zyl_li}·l_{h_Zyl} + F_{z_Zyl_re}·l_{h_Zyl} + M_{Rad_li} + M_{Rad_re} = 0
Hierbei sind l_Schwinge die Länge der Schwinge und l_{h_Zyl} der Hebelarm der Kraftangriffspunkte der Federungszylinder relativ zum Kraftangriffspunkt der Radkräfte in der Mitte des Radflansches. Folglich kann bei Achskonstruktionen, bei denen die hydropneumatischen Federeinheiten einen relativen Hebelarm l_{h_Zyl} zu dem Kraftangriffspunkt der Radkräfte besitzen, die Achslast bei Brems- oder Antriebsmomenten nicht mehr korrekt nur aus den Kräften an den Federungszylindern, beispielsweise aus den Drücken der hydropneumatischen Federung, bestimmt werden.
3 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Vorderachsanordnung 1 für ein landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug, von dem in 3 zusätzlich zu der Vorderachsanordnung 1 eine Brennkraftmaschine 22 und ein damit verbundener als Chassis 2 dienender Vorderachslagerbock gezeigt sind.
Die Vorderachsanordnung 1 umfasst eine zwei Antriebswellen 23 aufweisende Vorderachse 3, von denen in 3 nur eine gezeigt ist. Des Weiteren umfasst die Vorderachsanordnung 1 zwei hydropneumatische Federeinheiten 4, die über ein nicht zu sehendes erstes Lager mit der Vorderachse 3 und über ein nicht gezeigtes zweites Lager mit dem Chassis 2 oder einem nicht gezeigten weiteren Chassisbauteil des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs verbindbar sind. An einem der Lager, über das die jeweilige hydropneumatische Federeinheit mit der Vorderachse 3 oder dem Chassis 2 bzw. dem weiteren Chassisbauteil verbunden ist, ist eine nicht gezeigte Kraftmesseinheit angeordnet. Ferner ist an dem Chassis 2 ein Fronthubwerk 28 angeordnet.
Die Vorderachsanordnung 1 umfasst zudem zwei obere Querlenker 24 (Raumlenker) und zwei untere Querlenker 25 (Raumlenker), die jeweils einerseits an das Chassis 2 und andererseits an einen Achsschenkel 26 der Vorderachsanordnung 1 angelenkt sind. Die Vorderachsanordnung 1 umfasst des Weiteren zwei Spur- und Lenkhebel 27. Die Vorderachse 3 ist somit mit Raumlenkern 24 und 25 zur Einzelradaufhängung versehen. An wenigstens einem Lager 29, über das ein Raumlenker 24 bzw. 25 an das Chassis 2 oder an den jeweiligen Achsschenkel 26 angelenkt ist, ist wenigstens eine nicht gezeigte Kraftmesseinheit angeordnet.
Die Vorderachse 3 ist somit über die Lager 29, über welche die Raumlenker 24 bzw. 25 an das Chassis 2 angelenkt sind, an dem Chassis 2 gelagert. Die Lager 29 sind als Schwenklager ausgebildet.
Die Vorderachsanordnung 1 umfasst eine Vorrichtung 12 zum Erfassen von auf die Vorderachse 3 einwirkenden Kräften. Die Vorrichtung 12 umfasst die an den Lagern 29 angeordneten Kraftmesseinheiten und eine über Signalverbindungen S signaltechnisch mit den Kraftmesseinheiten verbindbare Steuer- und/oder Regeleinheit 13, die zum Auswerten von mittels der Kraftmesseinheiten erzeugten Kraftmesssignalen eingerichtet ist.
Wenigstens eine Kraftmesseinheit umfasst einen nicht näher dargestellten Kraftmessbolzen. Der Kraftmessbolzen kann wenigstens einen nicht gezeigten Dehnungsmessstreifen, wenigstens einen nicht gezeigten magnetoelastischen Sensor oder wenigstens einen nicht gezeigten Hallsensor aufweisen. Wenigstens eine Kraftmesseinheit kann zum Erfassen von einachsigen, zweiachsigen oder mehrachsigen Kräften eingerichtet sein. Wie aus der 3 hervorgeht, steht die Steuer- und/oder Regeleinheit 13 auch über Signalverbindungen S mit Kraftmesseinheiten der beiden hydropneumatischen oder pneumatischen Federeinheiten 4 in Verbindung. Die jeweilige Kraftmesseinheit ermittelt in diesem Fall den Druck in der Federeinheit, woraus über die Steuer- und/oder Regeleinheit 13 ein Wert für die Achslast abgeleitet wird.
Bezugszeichenliste

1: Vorderachsanordnung
2: Chassis
3: Vorderachse
4: Federeinheit
5: Lager
6: Kraftmesseinheit
7: Längsschwinge
8: Schwingenarm
9: Pendelgelenk
10: Lager
11: Anschlagpuffer
12: Vorrichtung
13: Steuer- und/oder Regeleinheit
14: Kardanwellenflansch
15: Panhardstab
16: Lager
17: Lager
18: Gelenköse
19: Pendelachse
20: Lenkzylinder
21: Radflansch
22: Getriebegehäuse
23: Antriebswelle
24: Raumlenker (oberer Querlenker)
25: Raumlenker (unterer Querlenker)
26: Achsschenkel
27: Lenkhebel
28: Fronthubwerk
29: Lager
S: Signalverbindung
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4123289 A1 [0004, 0008]

Claims

Vorrichtung (12) zum Erfassen von auf eine Achse (3) eines landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs einwirkenden Kräften, wobei die Achse (3) über wenigstens zwei Lager (5, 10, 16, 17, 29), die jeweils mindestens einen rotatorischen und/oder translatorischen Freiheitsgrad besitzen, und/oder über zumindest eine Federeinheit (4) am Chassis (2) des Arbeitsfahrzeugs gelagert bzw. abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Lagern (5, 10, 16, 17, 29) und/oder der wenigstens einen Federeinheit (4) jeweils zumindest eine Kraftmesseinheit (6) zugeordnet ist.
Vorrichtung (12) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens eine signaltechnisch mit den Kraftmesseinheiten (6) verbindbare Steuer- und/oder Regeleinheit (13), die zum Auswerten von mittels der Kraftmesseinheiten (6) erzeugten Kraftmesssignalen eingerichtet ist.
Vorrichtung (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kraftmesseinheit (6) zumindest einen Kraftmessbolzen aufweist.
Vorrichtung (12) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftmessbolzen wenigstens einen Dehnungsmessstreifen aufweist.
Vorrichtung (12) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftmessbolzen wenigstens einen magnetoelastischen Sensor oder wenigstens einen Hallsensor aufweist.
Vorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Kraftmesseinheit (13) zum Erfassen von einachsigen, zweiachsigen oder mehrachsigen Kräften eingerichtet ist.
Achsanordnung (1) für ein landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug, aufweisend wenigstens eine Achse (3) und wenigstens zwei Lager (5, 10, 16, 17, 29), die jeweils mindestens einen rotatorischen und/oder translatorischen Freiheitsgrad besitzen, und/oder zumindest eine Federeinheit (4), über welche die Achse (3) an einem Chassis (2) des Arbeitsfahrzeugs lagerbar bzw. abstützbar ist, gekennzeichnet durch wenigstens eine Vorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Achsanordnung (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch wenigstens eine pneumatische oder hydropneumatische Federeinheit (4), die über ein erstes Lager (5) mit der Achse (3) verbunden ist und über ein zweites Lager mit dem Chassis (2) verbindbar ist, wobei an wenigstens einem dieser beiden Lager (5) zumindest eine Kraftmesseinheit (6) angeordnet ist.
Achsanordnung (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch wenigstens eine hydropneumatische oder pneumatische Federeinheit (4), über die das Chassis (2) gegenüber der Achse (3) abgestützt ist, wobei die auftretenden Achskräfte aufgrund der in der jeweiligen hydropneumatischen oder pneumatische Federeinheit (4) auftretenden Drücke ermittelt wird.
Achsanordnung (1) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch wenigstens eine Längsschwinge (7), über welche die Achse (3) an dem Chassis (2) geführt ist und die über wenigstens ein Lager (10, 17) mit dem Chassis (2) verbunden ist, wobei an dem Lager (10, 17) wenigstens eine Kraftmesseinheit (6) angeordnet ist.
Achsanordnung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsschwinge (7) U-förmig ausgebildet ist und zwei parallel verlaufende Schwingenarme (8) aufweist, wobei die Vorderachse (3) über wenigstens ein Pendelgelenk (9) pendelnd an der Längsschwinge (7) gelagert ist, und wobei jeder Schwingenarm (8) über wenigstens ein Lager (10) an das Chassis (2) angelenkt ist, wobei an wenigstens einem dieser beiden Lager (10) zumindest eine Kraftmesseinheit (6) angeordnet ist.
Achsanordnung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (3) zusätzlich über wenigstens einen Panhardstab (15) an dem Chassis (2) geführt ist, wobei an wenigstens einem weiteren Lager (16), über das der Panhardstab (15) an dem Chassis (2) oder an die Achse (3) angelenkt ist, wenigstens eine Kraftmesseinheit (6) angeordnet ist.
Achsanordnung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (3) mit Raumlenkern (24, 25) zur Einzelradaufhängung versehen ist, wobei an wenigstens einem Lager (29), über das ein Raumlenker (24, 25) an ein weiteres Bauteil der Achse (3) oder das Chassis (2) angelenkt ist, wenigstens eine Kraftmesseinheit (6) angeordnet ist.
Vorderachsanordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (3) ungefedert am Chassis (2) aufgehängt ist.
Verfahren zum Erfassen von auf eine Achse (3) eines landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeugs einwirkenden Kräften, wobei die Achse (3) über wenigstens zwei Lager (5, 10, 16, 17, 29), die jeweils mindestens einen rotatorischen und/oder translatorischen Freiheitsgrad besitzen, und/oder über zumindest eine Federeinheit (4) am Chassis (2) des Arbeitsfahrzeugs gelagert bzw. abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens zwei Lagern (5, 10, 16, 17, 29) und/oder der zumindest einen Federeinheit (4) die dort angreifenden Kräfte erfasst werden, wobei die erfassten Kräfte als Parameter zur Auslegung einer Ballastierung, zur Regelung von hydropneumatischen oder pneumatischen Federeinheiten (4), zur Regelung eines Reifendrucks, zur Regelung einer Fahrwerkssteifigkeit, zur Regelung einer Bremskraftverteilung, zur Regelung einer Zugkraft, zur Traktionsoptimierung, zur Regelung eines Anbaugerätes, zur Regelung einer Triebachse eines Anhängers und/oder zur Steuerung eines Fahr- und/oder Antriebsstrangreglers des landwirtschaftlichen Arbeitsfahrzeuges verwendet werden.