DE102016106009A1

DE102016106009A1 - Landwirtschaftliches Fahrzeug

Info

Publication number: DE102016106009A1
Application number: DE102016106009.7A
Authority: DE
Inventors: Jan Carsten Wieckhorst; Uwe Sensel; Thomas Fedde; Viktor Kloster; Heiko Graf
Original assignee: Claas Tractors SAS
Current assignee: Claas Tractors SAS
Priority date: 2016-04-01
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2017-10-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein landwirtschaftliches Fahrzeug (1), umfassend durch Kräfte und/oder Momente mechanisch beanspruchte Bauteile (5, 14), eine Steuerungseinrichtung (6) sowie eine Sensoranordnung (9) zur Erfassung der mechanischen Beanspruchung mindestens eines der Bauteile (14), wobei die Sensoranordnung (9) mindestens einem mechanisch belasteten, bewegten Bauteil (14) zugeordnet ist und mindestens einen auf dem Prinzip der Magnetostriktion basierenden, aktiven Sensor zur Erfassung einer für eine mechanische Beanspruchung des bewegten Bauteils (14) durch Torsion und/oder Biegespannung charakteristische Veränderung eines in das Bauteil einkoppelbaren Magnetfeldes aufweist, wobei der mindestens eine Sensor zur aktiven Erzeugung des Magnetfeldes und zur Einkopplung des Magnetfeldes in das bewegte Bauteil (14) eingerichtet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Landwirtschaftliches Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung einer mechanischen Beanspruchung durch Kräfte und/oder Momente mechanisch beanspruchter Bauteile eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11 sowie die Verwendung einer Sensoranordnung zur Erfassung einer mechanischen Beanspruchung mindestens eines Bauteils eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 13.
Bei für landwirtschaftliche Fahrzeuge, insbesondere Traktoren, verfügbaren Reifendruckregelanlagen wird der Reifeninnendruck für Straßen- und Feldfahrt von einer Bedienperson eingestellt und anschließend von einer Steuerungseinrichtung entsprechend gesteuert oder geregelt. Üblicherweise wird für die Straßenfahrt ein hoher Reifendruck gewählt, um den Reifenverschleiß und den Rollwiderstand zu minimieren, wodurch eine Verbrauchsreduzierung des Kraftstoffes erreichbar ist. Währenddessen wird bei Feldarbeiten der Reifendruck abgesenkt, um die Belastung des befahrenen Bodens zu minimieren. Bei dem Absenken des Reifeninnendruckes für die Feldfahrt ist zu beachten, dass die Reifentragfähigkeit von dem Reifeninnendruck abhängt. Von den Reifenherstellern werden üblicherweise entsprechende Tabellen veröffentlicht, welche die maximal zulässigen Radlasten in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und dem Reifeninnendruck angeben. Die Radlast lässt sich heute nur statisch ermitteln. Die während des Betriebs einiger Anbaugeräte auftretenden Stützkräfte auf den Traktor bleiben unbekannt und können von der Bedienperson nur geschätzt werden. Entsprechend wird, um eine Überlastung des Reifens aufgrund eines zu niedrigen Reifeninnendrucks zu vermeiden, in der Regel eine Sicherheitsreserve vorgesehen. Der niedrigste zulässige Reifeninnendruck gilt allgemein als bodenschonend, da dieser einen direkten Einfluss auf den Kontaktflächendruck im Reifenlatsch hat. Der für einen optimalen Fahrwerkwirkungsgrad erforderliche Reifeninnendruck hängt von den Radlasten sowie der Beschaffenheit des befahrenen Untergrundes ab, wobei ein niedriger Reifeninnendruck bei Feldarbeiten ebenfalls als wirkungsgradgünstig gilt.
Aus der EP 1 902 286 B1 ist es bekannt, ein magnetisierbares Bauteil, wie eine Achswelle, vor dessen Einbau in ein Fahrzeug mittels einer Vorrichtung in der Weise zu magnetisieren, dass mehrere magnetisch codierte Bereiche auf diesem erzeugt werden. Auf das entsprechend magnetisierte Bauteil während des Betriebs einwirkende mechanische Belastungen aufgrund von Torsion oder Biegespannung lassen sich durch den physikalischen Effekt der inversen Magnetostriktion erfassen und quantifizieren. Die mittels der Vorrichtung in das Bauteil eingeprägten codierten Magnetfelder ändern sich, wenn Kräfte und/oder Momente auf diese einwirken, unter denen sich das Bauteil verbiegt oder verdreht. Zur Erfassung der Änderung ist dem Bauteil eine Sensoranordnung zugeordnet, welche die jeweilige Magnetfeldänderung aufgrund der mechanischen Belastung erfasst und ein Signal an eine Auswertevorrichtung überträgt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein landwirtschaftliches Fahrzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches sich durch eine vereinfachte und verbesserte Sensoranordnung zur Erfassung von mechanischen Belastungen bewegter Bauteile des Fahrzeugs auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Gemäß dem Anspruch 1 wird ein landwirtschaftliches Fahrzeug vorgeschlagen, welches durch Kräfte und/oder Momente mechanisch beanspruchte Bauteile sowie eine Sensoranordnung zur Erfassung der mechanischen Beanspruchung mindestens eines der Bauteile umfasst, und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sensoranordnung mindestens einem mechanisch belasteten, bewegten Bauteil zugeordnet ist und mindestens einen auf dem Prinzip der Magnetostriktion basierenden, aktiven Sensor zur Erfassung einer für eine mechanische Beanspruchung des bewegten Bauteils durch Torsion und/oder Biegespannung charakteristische Veränderung eines dem Bauteil innewohnenden Magnetfeldes aufweist, wobei der mindestens eine Sensor zur aktiven Erzeugung des Magnetfeldes und zur Einkopplung des Magnetfeldes in das bewegte Bauteil eingerichtet ist. Vorteilhaft ist, dass eine Magnetisierung des zu vermessenden Bauteils vor dessen Einbau in das landwirtschaftliche Fahrzeug, im Gegensatz zu der EP 1 902 286 B1 , nicht erforderlich ist. Das für die passive Magnetostriktion vormagnetisierte Bauteil reagiert sehr empfindlich auf einen Kontakt mit ferromagnetischen Objekten, insbesondere wenn diese ein eigenes Magnetfeld tragen. Bereits bei der Montage eines solchen vormagnetisierten Bauteils, wie es die EP 1 902 286 B1 vorsieht, ist darauf zu achten, dass das Magnetfeld des vormagnetisierten Bauteils nicht verändert wird. Durch den Einsatz zumindest eines aktiven Sensors können ungewollte Beeinflussungen des Magnetfeldes bei der Montage des Bauteils, sowohl während der Fertigung als auch bei einem späteren Servicefall, vermieden werden, da das Bauteil selbst nicht als Sensor fungiert. Der Aufwand und die damit verbundenen Schwierigkeiten bei der Vormagnetisierung großer Bauteile, wie einer Achswelle, entfallen.
Vorzugsweise kann die Sensoranordnung modular aufgebaut sein. Der modulare Aufbau erlaubt eine flexible Anpassung an unterschiedliche Einsatzsituationen an dem landwirtschaftlichen Fahrzeug. Aufgrund des modularen Aufbaus der Sensoranordnung kann eine selektive Messung nur der Kräfte, auch einzeln, oder nur der Momente oder eine Messung der Kombination beider mechanischer Beanspruchungen an dem Bauteil durchgeführt werden. Ein Wesentlicher Vorteil des modularen Aufbaus ist die vergleichsweise einfache Nachrüstbarkeit der Sensoranordnung an einem bewegten Bauteil des Fahrzeugs. Bei dem Bauteil kann es sich um ein Rotationsteil, insbesondere um eine Welle, bevorzugt um eine Achswelle des Fahrzeugs handeln.
Hierbei kann ein jeweiliges Sensormodul der Sensoranordnung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes und einen Magnetfeldsensor umfassen. Durch die Kombination von Magnetfeldsensor und Magnetfelderzeugung in dem Sensormodul, kann ein modulares Baukastenprinzip zur Messung diverser Parameter mit einem einheitlichen Sensorkopf realisiert werden. Aus der einheitlichen Ausführung der Sensormodule zur Erfassung der Radkräfte und des Drehmomentes ergeben sich Kostenvorteile durch Volumeneffekte bei deren Herstellung sowie einen reduzierten Lageraufwand.
Insbesondere kann die Ausrichtung des von dem Sensor erzeugten Magnetfeldes an die zu erfassende Beanspruchung anpassbar sein. Vorteilhaft ist, dass das von dem jeweiligen Sensormodul generierte Magnetfeld konstant ist, so dass eine Umlaufmodulation, das heißt die Abhängigkeit beziehungsweise Änderung des erhaltenen Signals für ein Drehmoment in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Welle, im Wesentlichen aus den Inhomogenitäten des Werkstoffes resultiert. Der Einsatz von Winkelsensoren zur Korrektur der durch die Umlaufmodulation verursachten Fehler kann entfallen. Die Sensorperformance lässt sich auf diese Weise verbessern, da keine Glättung eines in das Bauteil eingebrachten Magnetfeldes nötig ist. Bei der passiven Magnetostriktion gemäß dem Stand der Technik, führt ein Verringern der Umlaufmodulation durch Glätten zu einer weiteren Verschlechterung der Sensorperformance. Für einen aktiven Sensor ist eine Signalstärke auch bei Materialspannungen kleiner 100 MPa noch ausreichend, um Radkräfte aufgrund von Änderungen des aktiv in dem Bauteil erzeugten Magnetfeldes hinreichend genau erfassen zu können. Das von dem Sensormodul aktiv in das Bauteil eingebrachte Magnetfeld kann so ausgerichtet werden, dass die an dem bewegten Bauteil auftretenden Drehmomente keinen Einfluss auf die Messung der in vertikaler und horizontaler Richtung wirkenden Kräfte haben. Eine Kompensation des Störeinflusses des Drehmomentes auf die Messung der Kräfte durch die gleichzeitige Drehmomentmessung, wie sie bei der passiven Magnetostriktion erforderlich ist, kann entfallen. Somit wird es ermöglicht, wahlweise nur die Kräfte oder auch nur das Drehmoment mittels der Sensoranordnung zu erfassen.
Weiterhin kann die Ausrichtung des Magnetfeldsensors an die zu erfassende Beanspruchung anpassbar sein. Mithin kann bei der aktiven Magnetostriktion nicht nur die Ausrichtung des von dem Sensormodul erzeugten Magnetfeldes, sondern auch die Ausrichtung des Magnetfeldsensors für die jeweilige Messgröße optimiert werden. Folglich kann auch für die Messung der vertikal und horizontal auf das Bauteil wirkenden Kräfte die Magnetisierung und die Spulenrichtung so gewählt werden, dass auf das Bauteil wirkende Drehmomente, keinen Einfluss auf das vom Sensormodul aufgenommene Kraftsignal haben.
Vorteilhafterweise kann eine Anordnung von zwei oder mehr Sensormodulen in unterschiedlichen Ebenen des mindestens einen bewegten Bauteils erfolgen. Dabei erfolgt die Anordnung der Sensormodule, welche für die Kraftmessung verwendet werden, vorzugsweise im Bereich der höchsten Biegespannungen des Bauteils. Handelt es sich bei dem bewegten Bauteil beispielsweise um eine Achswelle, so ist die Anordnung in der Nähe des Außenlagers eines Achstrichtergehäuses sinnvoll. Aufgrund des modularen Aufbaus der Sensoranordnung ist die Position der einzelnen Sensormodule nicht mehr an die Lage der Magnetisierung des Bauteils gebunden. So kann das Sensormodul zur Messung des Drehmomentes in einer anderen Ebene liegen, als der oder die Sensormodule zur Kraftmessung.
Des Weiteren kann das mindestens eine bewegte Bauteil in einer mit einer oder mehreren vorkonfektionierten Montagestellen ausgestatteten Einhausung angeordnet sein. Hierzu können die Sensormodule entsprechend ihrer Verwendung zur Erfassung der Kräfte und/oder des Drehmomentes in der dafür erforderlichen Anzahl montiert werden. Dies ermöglicht auch ein Nachrüsten weiterer Sensoren, wenn beispielsweise lediglich eine Drehmomenterfassung vorgesehen war, die um die Erfassung der auf das Bauteil wirkenden Kräfte ergänzt werden soll. Darüber hinaus wird die Wartung beziehungsweise ein erforderlicher Austausch einzelner Sensormodule vereinfacht, da ein Ausbau des zu überwachenden Bauteils, welches bei der passiven inversen Magnetostriktion selbst als Sensor fungiert, entfällt.
Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoranordnung mittels einer Haltevorrichtung an einer das mindestens eine bewegte Bauteil aufnehmenden Einhausung anbringbar sein. Die Halteeinrichtung kann eine der Anzahl der zu messsenden Grö0en entsprechende Anzahl von Sensormodulen aufnehmen, die entsprechend ihrer Funktion zur Messung von Radkräften oder Drehmomenten ausgerichtet sind.
Insbesondere kann die Steuerungseinrichtung zur Erfassung und Auswertung der von der Sensoranordnung bereitgestellten Signale eingerichtet sein.
Dabei kann die Steuerungseinrichtung mit einem Signalempfänger eines Positionsortungssystems in Verbindung stehen. Mittels der von dem Positionsortungssystem empfangenen Signale kann eine Kartierung von aufgebrachten Zugkräften bei der Bodenbearbeitung erstellt werden.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erfassung einer mechanischen Beanspruchung von Bauteilen eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs durch Kräfte und/oder Momente, wobei die mechanische Beanspruchung mindestens eines der Bauteile durch eine Sensoranordnung erfasst und von einer Steuerungseinrichtung ausgewertet wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sensoranordnung mindestens einem mechanisch belasteten, bewegten Bauteil zugeordnet wird und mindestens einen auf dem Prinzip der Magnetostriktion basierenden, aktiven Sensor zur Erfassung einer für eine mechanische Beanspruchung des bewegten Bauteils durch Torsion und/oder Biegespannung charakteristische Veränderung eines in das Bauteil einkoppelbaren Magnetfeldes aufweist, wobei durch den mindestens einen Sensor ein Magnetfeld erzeugt wird und das Magnetfeldes durch diesen Sensor in das bewegte Bauteil eingekoppelt wird.
Weiterhin können die von der Sensoranordnung bereitgestellten Signale von der Steuerungseinrichtung ausgewertet und zur Steuerung oder Regelung von Betriebsparametern des landwirtschaftlichen Fahrzeugs und/oder eines daran angeordneten Anbaugerätes verwendet werden.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Sensoranordnung zur Erfassung einer mechanischen Beanspruchung mindestens eines Bauteils eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs gemäß dem Anspruch 13. Gemäß dem Anspruch 13 wird vorgeschlagen, dass die Sensoranordnung einem mechanisch belasteten, bewegten Bauteil zugeordnet ist und mindestens einen auf dem Prinzip der Magnetostriktion basierenden, aktiven Sensor zur Erfassung einer für eine mechanische Beanspruchung des bewegten Bauteils durch Torsion und/oder Biegespannung charakteristische Veränderung eines in das Bauteil einkoppelbaren Magnetfeldes aufweist, wobei der mindestens eine Sensor zur aktiven Erzeugung des Magnetfeldes und zur Einkopplung des Magnetfeldes in das bewegte Bauteil eingerichtet ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die ermittelten Werte für eine mechanische Beanspruchung des bewegten Bauteils durch Torsion und/oder Biegespannung als Eingangsgrößen in die Regelung von Betriebsparametern und/oder Funktionen des landwirtschaftlichen Fahrzeugs und/oder eines an das Fahrzeug anbringbaren landwirtschaftlichen Arbeitsgeräts eingehen. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Regelung zur Verbesserung des Traktionsverhaltens des Fahrzeugs handeln. Hierzu kann durch die Steuerungseinrichtung eine Reifendruckregelanlage entsprechend der Auswertung der sensorisch erfassten mechanischen Beanspruchung des bewegten Bauteils, insbesondere der Achswelle, der Reifendruck angepasst werden, um die Traktion zu optimieren. Darüber hinaus ermöglich die erfindungsgemäße Verwendung zumindest die Anzeige einer erforderlichen Ballastierung des landwirtschaftlichen Fahrzeugs auf einem dem Fahrzeug zugeordneten Bildschirm oder Bedienterminal. Insbesondere können anhand der bestimmten Werte für Radlast, Triebkraft und Drehmoment Reifenkennfelder ermittelt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht eines als Traktor ausgeführten landwirtschaftlichen Fahrzeugs;
2 eine perspektivische Teilansicht einer Hinterachse des Traktors gemäß 1 mit einer Sensoranordnung;
3 eine perspektivische Teilansicht der Hinterachse 5 gemäß 2 in einer Teilschnittdarstellung mit einer Sensoranordnung in einer zweiten Ausführungsform;
4 eine perspektivische Teilansicht der Hinterachse 5 gemäß 2 in einer Teilschnittdarstellung mit einer Sensoranordnung in einer dritten Ausführungsform.
In 1 ist ein landwirtschaftliches Fahrzeug in Form eines Traktors 1 in schematischer Seitenansicht dargestellt. Es handelt sich bei dem Traktor 1 beispielsweise um einen Standardtraktor, der mit einem Antriebsmotor und einem Fahrwerk ausgestattet ist. Davon sind in der Ansicht gemäß 1 jeweils ein Vorderrad 2 und ein Hinterrad 3 dargestellt. Die Vorderräder 2 sind jeweils an einer dazwischen liegende Vorderachse 4 und die Hinterräder 3 sind jeweils an einer dazwischen liegende Hinterachse 5 angebaut. Der Traktor 1 ist über die Hinterräder 3 antreibbar. Zu diesem Zweck weist der Traktor 1 einen Antriebsstrang auf, mit dem eine Antriebsverbindung vom nicht gezeigten Antriebsmotor über die Hinterachse 5 zu den Hinterrädern 3 herstellbar ist.
Die Vorderräder 2 und die Hinterräder 3 sind Teil des Fahrwerks und stellen den Kontakt des Traktors 1 gegenüber dem Boden her. Die Gesamtmasse des Traktors 1 stützt sich demnach ausschließlich über die Vorderräder 2 und die Hinterräder 3 auf dem Boden ab. Dabei wirken an sämtlichen Rädern 2, 3 des Traktors 1 in vertikaler Richtung Kräfte, die als Radlast bezeichnet werden. Diese Kräfte resultieren aus dem Eigengewicht des Fahrzeugs, einer Anbringung eines Anbaugerätes sowie einer erforderlich werdenden Ballastierung. An den angetriebenen Hinterrädern 4 des Traktors 1 wirken im Antriebszustand zusätzlich in horizontaler Richtung wirkende, als Triebkräfte bezeichnete Kräfte beziehungsweise im Bremszustand Bremskräfte, sowie Antriebsmomente beziehungsweise im Bremszustand Bremsmomente. Weiterhin treten Stützkräfte auf, die von an dem Traktor 1 angebrachten Anbaugeräten eingebracht werden.
Zur Erfassung dieser vertikal und horizontal wirkenden Kräfte und/oder der Momente ist eine Sensoranordnung 9 vorgesehen, wie sie in den 2 bis 4 dargestellt ist, welche durch Signal- und Steuerleitungen 8 mit einer Steuerungseinrichtung 6 verbunden ist. Die Steuerungseinrichtung 6 wertet die Signale der Sensoranordnung 9 aus. Wie aus 1 ersichtlich, ist die Steuerungseinrichtung 6 durch eine Signal- und Steuerleitung 8 mit einem Signalempfänger 7 eines Positionsortungssystems verbunden.
2 zeigt eine perspektivische Teilansicht der Hinterachse 5 des in 1 gezeigten Traktors 1 in einer Teilschnittdarstellung. Die Hinterachse 5 ist in ihren wesentlichen Merkmalen symmetrisch aufgebaut. Insbesondere weist die Hinterachse 5 von einem mittig angeordneten Differential nach links und nach rechts zu den jeweiligen Hinterrädern 4 verlaufende Hinterachswellen 14 auf. Jede der Hinterachswellen 14 ist in einem Achstrichtergehäuse 13 mittels Wälzlagern drehbar gelagert. An einem äußeren Bereich des jeweiligen Achstrichtergehäuses 13, das heißt dort, wo die Hinterachswelle 14 aus dem geschlossenen Achstrichtergehäuse 13 der Hinterachse 5 austritt, befindet sich ein äußeres Radlager 16. Innerhalb des Achstrichtergehäuses 13 ist, beabstandet zu dem äußeren Radlager 16, ein inneres Radlager 15 angeordnet. Das jeweilige äußere Radlager 16 bildet für jede der Hinterachswellen 14 eine äußerste Lagerstelle an der Hinterachse 5. Die innerhalb der jeweiligen Hinterachswelle 14 wirkenden Biegemomente beziehungsweise Normalspannungen, die insbesondere mit einer auf das jeweilige Hinterrad 3 wirkenden Radlast, und/oder mit einer darauf wirkenden Triebkraft korrespondieren, erreichen im Bereich des äußeren Radlagers 16 konstruktionsbedingt jeweils ihren höchsten Wert.
Aus diesem Grund weist die Hinterachse 5 in diesem Bereich eine Sensoranordnung 9 auf, mit welcher sich eine mechanische Beanspruchung der Hinterachswelle 14 erfassen lässt. Insbesondere lassen sich mit der Sensoranordnung 9 auf die Hinterachswelle 14 wirkende Biegemomente, resultierend aus Fahrwerkskräften, und ein mit der Hinterachswelle 14 übertragenes Drehmoment M erfassen. Die Sensoranordnung 9 umfasst in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel drei voneinander unabhängige Sensormodule 10, 11, 12, welche berührungslos arbeiten. Die Sensormodule 10, 11, 12 sind in dem Gehäuse der Hinterachse 5 angeordnet. Das Sensormodul 10, welches in vertikaler Richtung zur Hinterachswelle 14 ausgerichtet ist, dient der Erfassung der vertikal wirkenden Radlast. Um einen Winkel von 90° in Umfangsrichtung versetzt hierzu ist das Sensormodul 11 angeordnet, welches der Erfassung der in horizontaler Richtung wirkenden Triebkraft dient. Beide Sensormodule 10, 11 sind benachbart zu dem äußeren Radlager 16 angeordnet, da in diesem Bereich konstruktionsbedingt die größten Belastungen auftreten. Das dritte Sensormodul 12, welches der Erfassung des Drehmomentes dient, ist benachbart zu dem zweiten Sensormodul 11 zwischen dem inneren Radlager 15 und dem äußeren Radlager 16 in dem Gehäuse der Hinterachse 5 angeordnet. Das jeweilige Sensormodul 10, 11, 12 ist durch eine Signal- und Steuerleitung 8 mit der Steuerungseinrichtung 6 verbunden.
Jedes der Sensormodule 10, 11,12 ist dazu eingerichtet, aktiv ein eigenes Magnetfeld zu erzeugen, welches von dem jeweiligen Sensormodul 10, 11, 12 in einen Abschnitt der Hinterachswelle 14 eingekoppelt wird. Weiterhin umfasst jedes Sensormodul 10, 11, 12 einen Magnetfeldsensor. Aufgrund der aktiven Einkopplung eines Magnetfeldes in einen Abschnitt der Hinterachswelle 14 durch das jeweilige Sensormodul 10, 11, 12 ist eine Magnetisierung der Hinterachswelle 14 vor deren Einbau in den Traktor, wie sie bei der passiven, aus dem Stand der Technik bekannten Magnetostriktion erforderlich ist, nicht notwendig.
Die Darstellung in 3 zeigt eine perspektivische Teilansicht der Hinterachse 5 des in 1 gezeigten Traktors 1 in einer Teilschnittdarstellung in einer zweiten Ausführungsform. Die Anordnung der drei Sensormodule 10, 11, 12 der Sensoranordnung 9 unterscheidet sich von der gemäß 2 dadurch, dass alle drei Sensormodule 10, 11, 12 in einer vertikalen Ebene liegend über den Umfang der Hinterachswelle 14 versetzt zueinander angeordnet sind.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Darstellung in 4 zeigt eine perspektivische Teilansicht der Hinterachse 5 des in 1 gezeigten Traktors 1 in einer Teilschnittdarstellung gemäß einer dritten Ausführungsform. Diese Variante unterscheidet sich von den beiden vorangehend beschriebenen Ausführungsformen dadurch, dass die Sensoranordnung 9 außerhalb des Achstrichtergehäuses 13 der Hinterachse 5 erfolgt. Eine Haltevorrichtung 17 ist an dem Achstrichtergehäuse 13 benachbart zu dem äußeren Radlager 16 an dem Achstrichtergehäuse 13 anbringbar. Die Haltevorrichtung 17 trägt die drei Sensormodule 10, 11, 12 entsprechend der in 3 dargestellten Anordnung. Mittels einer solchen Haltevorrichtung 17 ist es auf relativ einfache Weise möglich, die Sensoranordnung 9 an Traktoren nachzurüsten, deren Achstrichtergehäuse 13 nicht mit entsprechend vorkonfektionierten Aufnahmen zur Anordnung der einzelnen Sensormodule 10, 11, 12 ausgeführt ist.
Bei der aktiven Magnetostriktion kann nicht nur die Ausrichtung der Magnetfeldsensoren, sondern auch die Ausrichtung des von dem jeweiligen Sensormodul 10, 11, 12 erzeugten Magnetfeldes für die jeweilige Messgröße optimiert werden. Folglich kann auch für die Messung der Kräfte die Magnetisierung und die Ausrichtung des Magnetfeldsensors so gewählt werden, dass auf die Hinterachswelle 14 wirkende Drehmomente, keinen Einfluss auf das Kraftsignal haben. Im Gegensatz zu der aus der EP 1 902 286 B1 bekannten passiven Magnetostriktion, kann das in die Achswelle durch die Vorrichtung zur Magnetisierung eingebrachte Magnetfeld nicht so ausgerichtet werden, dass die an der Achswelle auftretenden Drehmomente keinen Einfluss auf die Signale der Kraftmessung haben, da die Achswelle des Traktors sowohl die in vertikaler und horizontaler Richtung wirkenden Kräfte, das heißt Radlast und Triebkraft, als auch das Drehmoment aufnimmt. Aus diesem Grund müssen bei der passiven Magnetostriktion die Kraftsignale um den Störeinfluss des Drehmomentes korrigiert werden, so dass immer eine simultane Drehmomentmessung erforderlich ist, um diesen Einfluss zu kompensieren.
Hingegen ermöglicht es die erfindungsgemäß verwendete aktive Magnetostriktion, die Ausrichtung des jeweiligen Magnetfeldsensors zur optimierten Erfassung der Magnetfeldveränderung für die jeweilige zu erfassende Messgröße anzupassen, und darüber hinaus auch die Ausrichtung des korrespondierenden Magnetfeldes, welches mit dem jeweiligen Sensormodul 10, 11, 12 erzeugt wird, um die Ausrichtung des Magnetfeldes für die jeweilige Messgröße zu optimieren. Folglich kann auch für die Messung der in horizontaler und vertikaler Richtung wirkenden Kräfte, Triebkraft und Radlast, die Ausrichtung der Magnetisierung und die Ausrichtung der Magnetfeldsensoren so gewählt werden, dass auf die Hinterachswelle 14 wirkende Drehmomente keinen Einfluss auf das zu erfassende Kraftsignal des jeweiligen für die Erfassung von Radlast und Triebkraft eingesetzten Sensormoduls 10, 11 haben.
Durch das Verwenden der aktiven inversen Magnetostriktion ergeben sich signifikante Vorteile bei der Messung beziehungsweise Erfassung der auf die Hinterachswelle 14 wirkenden Radkraft/Radkräfte und/oder Raddrehmomente. Die Sensorperformance wird verbessert, da Inhomogenitäten des Magnetfeldes, die bei einer erforderlichen Vormagnetisierung der Achswelle bei der passiven inversen Magnetostriktion auftreten, vermieden werden. Darüber hinaus ist die Nachrüstbarkeit der Sensoranordnung 9 gegeben, da keine speziellen Bauteilwerkstoffe, die für eine Vormagnetisierung der Achswelle gemäß dem Stand der Technik notwendig wären, sowie keine aufwändig magnetisierten Bauteile verwendet werden. Wegen der fehlenden Magnetisierung der Achswelle ist diese unempfindlich gegenüber Einflüssen, die auf das Magnetfeld einwirken und es verändern können.
Dies ermöglicht außerdem ein modulares Sensorkonzept, bei dem entweder nur die Radkräfte, auch einzeln, oder nur das Raddrehmoment sensiert werden, oder sowohl Raddrehmomente als auch die Radkräfte. Entsprechend kann abweichend von den Darstellungen in den 2 bis 4 eine Sensoranordnung 9 lediglich das Sensormodul 10 zur Erfassung der Radlast und/oder das Sensormodul 11 zur Erfassung der Triebkraft umfassen und/oder nur das Sensormodul 12 zur Erfassung des Drehmomentes.
Bezugszeichenliste

1: Traktor
2: Vorderrad
3: Hinterrad
4: Vorderachse
5: Hinterachse
6: Steuerungseinrichtung
7: Signalempfänger
8: Signal- und Steuerleitung
9: Sensoranordnung
10: Sensormodul zur Erfassung einer Radlast
11: Sensormodul zur Erfassung einer Triebkraft
12: Sensormodul zur Erfassung eines Drehmomentes
13: Achstrichtergehäuse
14: Hinterachswelle
15: Inneres Radlager
16: Äußeres Radlager
17: Halteeinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1902286 B1 [0003, 0006, 0006, 0033]

Claims

Landwirtschaftliches Fahrzeug (1), umfassend durch Kräfte und/oder Momente mechanisch beanspruchte Bauteile (5, 14), eine Steuerungseinrichtung (6) sowie eine Sensoranordnung (9) zur Erfassung der mechanischen Beanspruchung mindestens eines der Bauteile (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (9) mindestens einem mechanisch belasteten, bewegten Bauteil (14) zugeordnet ist und mindestens einen auf dem Prinzip der Magnetostriktion basierenden, aktiven Sensor zur Erfassung einer für eine mechanische Beanspruchung des bewegten Bauteils (14) durch Torsion und/oder Biegespannung charakteristische Veränderung eines in das Bauteil einkoppelbaren Magnetfeldes aufweist, wobei der mindestens eine Sensor zur aktiven Erzeugung des Magnetfeldes und zur Einkopplung des Magnetfeldes in das bewegte Bauteil (14) eingerichtet ist.
Landwirtschaftliches Fahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (9) modular aufgebaut ist.
Landwirtschaftliches Fahrzeug (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliges Sensormodul (10, 11, 12) der Sensoranordnung (9) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes und einen Magnetfeldsensor umfasst.
Landwirtschaftliches (1) Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung des von dem Sensor erzeugten Magnetfeldes an die zu erfassende Beanspruchung anpassbar ist.
Landwirtschaftliches Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung des Magnetfeldsensors an die zu erfassende Beanspruchung anpassbar ist.
Landwirtschaftliches Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung von zwei oder mehr Sensormodulen (10, 11, 12) in unterschiedlichen Ebenen des mindestens einen bewegten Bauteils (14) erfolgt.
Landwirtschaftliches Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine bewegte Bauteil (14) in einer mit einer oder mehreren vorkonfektionierten Montagestellen ausgestatteten Einhausung (13) angeordnet ist.
Landwirtschaftliches Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (9) mittels einer Haltevorrichtung (17) an einer das mindestens eine bewegte Bauteil (14) aufnehmenden Einhausung (13) anbringbar ist.
Landwirtschaftliches Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) zur Erfassung und Auswertung der von der Sensoranordnung (9) bereitgestellten Signale eingerichtet ist.
Landwirtschaftliches Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) mit einem Signalempfänger (7) eines Positionsortungssystems in Verbindung steht.
Verfahren zur Erfassung einer mechanischen Beanspruchung von Bauteilen (5, 14) eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs (1) durch Kräfte und/oder Momente, wobei die mechanische Beanspruchung mindestens eines der Bauteile (14) durch eine Sensoranordnung (9) erfasst und von einer Steuerungseinrichtung (6) ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (9) mindestens einem mechanisch belasteten, bewegten Bauteil (14) zugeordnet wird und mindestens einen auf dem Prinzip der Magnetostriktion basierenden, aktiven Sensor zur Erfassung einer für eine mechanische Beanspruchung des bewegten Bauteils (14) durch Torsion und/oder Biegespannung charakteristische Veränderung eines in das Bauteil einkoppelbaren Magnetfeldes aufweist, wobei durch den mindestens einen Sensor ein Magnetfeld erzeugt wird und das Magnetfeldes durch diesen Sensor in das bewegte Bauteil (14) eingekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Sensoranordnung (9) bereitgestellten Signale von der Steuerungseinrichtung (6) ausgewertet und zur Steuerung oder Regelung von Betriebsparametern des landwirtschaftlichen Fahrzeugs (1) und/oder eines daran angeordneten Anbaugerätes verwendet werden.
Verwendung einer Sensoranordnung (9) zur Erfassung einer mechanischen Beanspruchung mindestens eines Bauteils (5, 14) eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (9) einem mechanisch belasteten, bewegten Bauteil (14) zugeordnet ist und mindestens einen auf dem Prinzip der Magnetostriktion basierenden, aktiven Sensor zur Erfassung einer für eine mechanische Beanspruchung des bewegten Bauteils (14) durch Torsion und/oder Biegespannung charakteristische Veränderung eines in das Bauteil einkoppelbaren Magnetfeldes aufweist, wobei der mindestens eine Sensor zur aktiven Erzeugung des Magnetfeldes und zur Einkopplung des Magnetfeldes in das bewegte Bauteil (14) eingerichtet ist.