DE102006015152A1

DE102006015152A1 - Körperschallsensoreinheit

Info

Publication number: DE102006015152A1
Application number: DE102006015152A
Authority: DE
Inventors: Eckehard Jeppe
Original assignee: Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH
Current assignee: Claas Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2008-09-25
Also published as: EP1839478B1; US20070233416A1; US7415365B2; DE502007001824D1; ATE446671T1; EP1839478A1

Abstract

Beschrieben wird eine Körperschallsensoreinheit (1, 1'), insbesondere für eine Landmaschine, mit einem Signalwandler (2), welcher ein mechanisches Sensorsignal (S<SUB>M</SUB>) in ein elektrisches Sensorsignal (S<SUB>E</SUB>) umwandelt, und mit einer mit dem Signalwandler (2) verbundenen Vorverarbeitungselektronik (4). Die Vorverarbeitungselektronik (4) umfasst zumindest eine programmierbare Funktionskomponente (5, 6, 7, 8), einen Dateneingang (11) zum Empfang von Konfigurationsdaten (K) und eine Programmierschnittstelle (9), um die Funktionskomponente (5, 6, 7, 8) auf Basis der empfangenen Konfigurationsdaten (K) zu konfigurieren. Außerdem werden eine Steuereinrichtung (20) für eine solche Körperschallsensoreinheit (1, 1'), ein Sensor-System (30), umfassend eine solche Steuereinrichtung (20) und eine solche Körperschallsensoreinheit (1, 1') sowie ein entsprechendes Verfahren zur Steuerung einer derartigen Körperschallsensoreinheit (1, 1') beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Körperschallsensoreinheit, insbesondere für eine Landmaschine, mit einem Signalwandler, welcher ein mechanisches Sensorsignal in ein elektrisches Sensorsignal umwandelt, und mit einer mit dem Signalwandler verbundenen Vorverarbeitungselektronik. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung für eine solche Körperschallsensoreinheit sowie ein Sensorsystem mit einer Körperschallsensoreinheit und einer solchen Steuereinrichtung. Außerdem betrifft die Erfindung eine Landmaschine mit einem solchen Sensorsystem und ein Verfahren zur Steuerung einer derartigen Körperschallsensoreinheit.
Körperschallsensoren, oft auch als „Klopfsensoren" bezeichnet, werden von verschiedenen Herstellern angeboten. Sie werden in geeigneter Weise an einem Impulsaufnehmer, beispielsweise direkt an ein geeignetes Bauteil eines Arbeitsorgans, dessen Betriebszustand überwacht werden soll, so montiert, dass die bei einem bestimmten zu überwachenden Ereignis in dem betreffenden Bauteil auftretenden Körperschwingungen vom Sensor registriert werden können. Hierzu nutzen die Sensoren ein Piezoelement, um die in der Regel hochfrequenten Körperschallschwingungen in ein elektrisches Signal umzusetzen. Ein Hauptanwendungsgebiet solcher Klopfsensoren liegt im Kfz-Bereich. So werden die Sensoren beispielsweise für eine Motorklopfregelung am Gehäuse des Motorblocks angebaut.
In der Landmaschinentechnik werden Körperschallsensoren ebenfalls an verschiedensten Positionen eingesetzt, um Schwingungen und Körperschall verschiedener Art zu erfassen. Beispielsweise werden bei Mähdreschern Körperschallsensoren eingesetzt, um den Erntegutdurchsatz und/oder Kornverluste zu messen. Hierzu wird in der EP 0 883 983 B1 ein Sensor der eingangs genannten Art beschrieben, der an einem Impulsaufnehmerblech montiert ist, welches so angeordnet ist, dass die im Gutstrom vorhandenen Rest- bzw. Verlustkörner auf das Impulsaufnehmerblech fallen und dort Schwingungen erzeugen, die vom Signalwandler dann in ein elektrisches Sensorsignal umgewandelt werden. Bei Feldhäckslern werden beispielsweise solche Sensoren zum Erfassen von Klopfsignalen der Messer der Häckseltrommel an einer Gegenschneide verwendet, um auf diese Weise den Schneidenabstand zu kontrollieren. Ein solcher Einsatz wird beispielsweise in der DE 30 10 416 A1 beschrieben. Weiterhin können Körperschallsensoren in Landmaschinen z. B. auch als Steindetektoren oder als Unwuchtmelder an rotierenden Arbeitsorganen eingesetzt werden.
Die Signale des Sensors müssen in einer Steuereinrichtung entsprechend ausgewertet werden, um ein bestimmtes Ereignis zu detektieren. Bei den bisherigen Systemen muss die Steuereinrichtung dabei das vom Sensor kommende elektrische Signal mit einer speziellen, für den jeweiligen Einsatzzweck des Sensors konstruierten Eingangsbeschaltung einlesen und weiterverarbeiten. Ebenso müssen die Sensoren je nach Einsatzzweck unterschiedlich ausgerüstet sein. D. h. es gibt für jeden Einsatzzweck unterschiedliche Körperschallsensoreinheiten und Steuereinrichtungen. So werden beispielsweise bei einer Motorklopfregelung, bei der relativ große Sensorsignale erzeugt werden, die Sensorsignale über eine vom Sensor kommende Leitungsverbindung direkt von der Steuereinrichtung eingelesen und in geeigneter Weise von der speziellen Eingangsbeschaltung der Steuereinrichtung weiterverarbeitet. Bei einem Klopfsensor zur Verlustmessung in einem Mähdrescher treten dagegen am Sensor nur kleine Messspannungen auf. Aufgrund der unvermeidlichen Leitungsverluste vom Sensor zur Steuereinrichtung ist es daher erforderlich, die Signale zunächst am Sensor zu verstärken. Die hierzu benötige Vorverarbeitungselektronik ist dabei direkt an das Sensorgehäuse gekoppelt. Bei einem Sensor, welcher als Verlustsensor eingesetzt werden soll, kann die Vorverarbeitungselektronik auch einen einstellbaren analogen Passfilter enthalten, der über eine Vorwahlschaltung auf verschiedene Erntegüter eingestellt werden kann, wie dies in der EP 0 883 983 B1 beschrieben ist.
Der Nachteil der oben beschriebenen Körperschallsensoreinheiten bzw. Sensorsysteme besteht darin, dass sie relativ unflexibel hinsichtlich ihres Einsatzes sind. So benötigen beispielsweise die Hersteller von Landmaschinen für die verschiedensten Einsätze, wie Verlustsensorik, Motorklopfüberwachung, Unwuchtmeldungen, Schneidenabstandsteuerungen etc., unterschiedlichste Sensoren und speziell beschaltete Steuereinrichtungen. Dies führt nicht nur bei der Herstellung der Landmaschinen zu relativ hohen Lagerhaltungskosten, sondern stellt auch ein Problem beim Service dar, da die einzelnen Servicestationen immer eine ausreichende Anzahl der verschiedensten Sensortypen und Sensorsteuereinrichtungen auf Lager haben müssen, um bei einem Ausfall eines Sensorsystems dieses schnell reparieren zu können. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass ein Stillstand einer Maschine in der Erntezeit mit sehr hohen Kosten verbunden ist und solche Ausfallzeiten folglich so gering wie möglich zu halten sind.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Körperschallsensoreinheit, eine Steuereinrichtung, ein Sensorsystem sowie ein entsprechendes Verfahren zur Steuerung einer Körperschallsensoreinheit zu schaffen, welche einen universellen Einsatz der Körperschallsensoreinheit bzw. der Steuereinrichtung für verschiedenste Messeinsätze erlauben.
Diese Aufgabe wird durch eine Körperschallsensoreinheit gemäß Patentanspruch 1, eine Steuereinrichtung gemäß Patentanspruch 7, ein Sensorsystem nach Patentanspruch 10 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 14 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Körperschallsensoreinheit weist, wie eingangs beschrieben, einen Signalwandler, welcher ein mechanisches Sensorsignal in ein elektrisches Sensorsignal umwandelt, und eine mit dem Signalwandler verbundene Vorverarbeitungselektronik auf. Diese ist bevorzugt sehr eng mit dem Signalwandler verbunden, vorzugsweise in einem Gehäuse bzw. in direkt aneinander gekoppelten Gehäusen. Erfindungsgemäß weist dabei die Vorverarbeitungselektronik eine programmierbare Funktionskomponente, einen Dateneingang zum Empfang von Konfigurationsdaten sowie eine Programmierschnittstelle auf, um die Funktionskomponente auf Basis der emp fangenen Konfigurationsdaten zu konfigurieren. Bei der Funktionskomponente kann es sich um verschiedenste Einrichtungen handeln. Vorzugsweise handelt es sich um einen programmierbaren Digitalfilter. Alternativ oder bevorzugt zusätzlich kann es sich auch um einen programmierbaren, einstellbaren Signalverstärker und/oder eine programmierbare Integratoreinrichtung handeln. Durch Übersendung der geeigneten Konfigurationsdaten an die Programmierschnittstelle können so beispielsweise bei einem Digitalfilter bestimmte Filtercharakteristika und Kennlinien eingestellt werden. Ebenso können bei einem Verstärker oder bei einer Integratoreinrichtung bestimmte Kennlinien eingestellt werden.
Auf Basis der Konfigurationsdaten können dann in der Vorauswerteelektronik die vom Signalwandler kommenden elektrischen Sensorsignale entsprechend den Vorgaben der Konfigurationsdaten hinsichtlich einer Signalfrequenz und/oder hinsichtlich eines charakteristischen Frequenzverlaufs und/oder hinsichtlich einer Signalamplitude ausgewertet werden. Die erfindungsgemäße Körperschallsensoreinheit kann folglich mit Hilfe der Konfigurationsdaten jeweils genau an den Einsatzzweck angepasst werden, ohne dass hierzu bauliche Veränderungen erforderlich sind.
Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung für eine solche Körperschallsensoreinheit benötigt eine Konfigurationseinrichtung zur Ermittlung von Konfigurationsdaten zur Konfiguration einer programmierbaren Funktionskomponente einer Vorverarbeitungselektronik der Körperschallsensoreinheit sowie einen Datenausgang, um die Konfigurationsdaten an die Körperschallsensoreinheit zu senden. Mit Hilfe dieser Steuereinrichtung kann eine erfindungsgemäße Körperschallsensoreinheit je nach Einsatzzweck konfiguriert bzw. bei einer Änderung des Einsatzzweckes auch umkonfiguriert werden.
Bevorzugt weist die Steuereinrichtung auch einen Signaleingang zum Empfang der von der Körperschallsensoreinheit vorverarbeiteten Sensorsignale, eine Auswerteeinrichtung zur Auswertung von empfangenen Sensorsignalen und einen Signalausgang zum Aussenden eines Steuer- und/oder Informati onssignals in Abhängigkeit von einem ausgesendeten Sensorsignal auf. In diesem Fall kann die Konfiguration der Sensoreinheit mit der Steuereinrichtung erfolgen, die auch zur Auswertung der Steuersignale dient. Es wird aber darauf hingewiesen, dass es grundsätzlich nicht erforderlich ist, dass die Körperschallsensoreinheit über dieselbe Steuereinrichtung konfiguriert wird, welche auch zur Auswertung der Sensorsignale genutzt wird. So kann es durchaus sein, dass eine Steuereinrichtung innerhalb der Landmaschine nur die Auswertung der Sensorsignale durchführt und eine Programmierung der erfindungsgemäßen Körperschallsensoreinheit beispielsweise bei einer Montage der Sensoreinheit im Werk oder in einer Servicestation mit einer externen, speziell zu diesem Zweck angeschlossenen Steuereinrichtung in Form eines mobilen Programmiergeräts erfolgt.
Ein erfindungsgemäßes Sensorsystem sollte zumindest eine Steuereinrichtung und zumindest eine zugehörige Körperschallsensoreinheit aufweisen. Bevorzugt kann aber eine Steuereinheit gleichzeitig mehrere Körperschallsensoreinheiten bedienen.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer Körperschallsensoreinheit, insbesondere für eine Landmaschine, ist also mittels einer Softwareansteuerung eine Sensiercharakteristik der Körperschallsensoreinheit für verschiedene sensorische Einsätze änderbar.
Hierzu kann vorzugsweise entsprechend den obigen Ausführungen eine programmierbare Funktionskomponente der Vorverarbeitungselektronik mittels an die Vorverarbeitungselektronik gesandter Konfigurationsdaten konfiguriert werden, d. h. es werden je nach Aufbau der Körperschallsensoreinheiten z. B. bestimmte Filtercharakteristika und Kennlinien eingestellt, um die Körperschallsensoreinheiten an den gewünschten Einsatzzweck anzupassen.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen, programmierbaren, universell einsetzbaren Körperschallsensoreinheit sorgt dafür, dass die Lagerhaltungskosten erheblich reduziert werden und dass der logistische Aufwand für die Sicherstellung, dass an den Servicestellen immer ausreichend Sensoren zur Verfügung stehen, um bei einem plötzlichen Ausfall eines Sensorsystems dieses wieder funktionsfähig zu machen, verringert werden kann.
Die weiteren Unteransprüche und die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß der Erfindung kann die Sensiercharakteristik einer erfindungsgemäßen Körperschallsensoreinheit an die verschiedensten sensorischen Einsätze softwaregesteuert angepasst werden, z. B. durch Übersendung geeigneter Konfigurationsdaten. Im Bereich der Landmaschinen sind besonders folgende mögliche Einsätze interessant:

– ein Einsatz als Kornverlustsensor, um die Kornverluste zu messen;
– ein Einsatz als Vibrationssensor zur Überwachung eines Lagerspiels und/oder eines Abstands zwischen relativ zueinander beweglichen Bauteilen, z. B. zur Kontrolle der Gegenschneidenverstellung an einem Feldhäcksler;
– ein Einsatz als Unwuchtmelder, um zum Beispiel den Rundlauf einer Dreschtrommel zu überwachen und Beschädigungen frühzeitig zu erkennen;
– als Fremdkörperdetektor, um in den Erntegut eingebettete Fremdkörper, insbesondere Steine, zu erkennen.

Je nach Einsatzzweck muss dafür gesorgt werden, dass der Signalwandler mechanisch in geeigneter Weise mit einem Bauteil des zu überwachenden Arbeitsorgans oder mit einem speziellen Impulsaufnehmer gekoppelt wird. Bei einem bevorzugten Einsatz als Verlustsensor wird der Signalwandler mechanisch an einen Impulsaufnehmer, beispielsweise ein Prallblech oder einen Metallstab, gekoppelt, so dass die bei einem Auftreffen der Erntegutkörner in dem Impulsaufnehmer erzeugten Schwingungen vom Signalwandler in elektrische Sensorsignale umgewandelt werden. In ähnlicher Form kann die Körperschallsensoreinheit auch ausgebildet werden, um das Auftreten von Steinen im Ernteguteinzug zu detektieren.
Insbesondere, wenn die Steuereinrichtung zur Auswertung der Sensorsignale auch dazu dient, um die Körperschallsensoreinheit zu programmieren, ist der Dateneingang der Körperschallsensoreinheit vorzugsweise so ausgebildet, dass er die Konfigurationsdaten über eine Signalleitung zum Aussenden der vorverarbeiteten elektrischen Sensorsignale empfängt. Dementsprechend sollte bei der Steuereinrichtung der Datenausgang so ausgebildet sein, dass er die Konfigurationsdaten über eine an den Signaleingang angeschlossene Signalleitung zum Empfang der vorverarbeiteten elektrischen Sensorsignale versendet. Aufwändige Kabelverbindungen können so vereinfacht werden; ein einziges Signal- und Datenkabel zwischen den jeweiligen Körperschallsensoreinheiten und der Steuereinrichtung reicht aus.
Um die Programmierung der Körperschallsensoreinheit zu vereinfachen, umfassen vorzugsweise die Steuereinrichtung und/oder die Vorverarbeitungselektronik der Körperschallsensoreinheit eine Speichereinrichtung, in der eine Anzahl von Konfigurationsdatensätzen für eine Konfiguration der Funktionskomponenten hinterlegt sind. Dabei muss diese Speichereinrichtung nicht unmittelbar innerhalb der Steuereinrichtung bzw. der Vorverarbeitungselektronik angeordnet sein, sondern es reicht aus, wenn die Steuereinrichtung bzw. die Vorverarbeitungselektronik entsprechenden Zugriff auf diese Speichereinrichtung hat.
Diese Konfigurationsdatensätze können beispielsweise spezifische austauschbare Kennlinien für einen Filter und/oder Verstärker und/oder Integrator der Vorverarbeitungselektronik enthalten. Dabei sind die Konfigurationsdatensätze bevorzugt verschiedenen sensorischen Einsätzen der Körperschallsensoreinheiten zugeordnet, d. h. es gibt spezielle Konfigurationsdatensätze für den Anwendungsfall als Kornverlustsensor, für eine Lagerspielüberwachung in einem rotierenden Arbeitsorgan, für einen Unwuchtsensor, einen Steindetektor oder einen Positionssensor für verstellbare Baugruppen etc.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Körperschallsensoreinheiten so aufgebaut, dass sie nicht nur mechanische Impulse erfassen und in elektrische Signale umwandeln, sondern auch gesteuert mechanische Signale erzeugen können. So ist allgemein bekannt, dass Piezoelemente nicht nur dazu genutzt werden können, um mechanische Schwingungen in Spannungsänderungen umzusetzen, sondern ein Piezoelement auch umgekehrt durch Anlegen von Spannungen in mechanische Schwingungen versetzt werden kann. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist daher die Körperschallsensoreinheit zusätzlich einen Signalgeber auf, um auf Basis empfangener Aktivierungssignale mittels des Signalwandlers aktiv mechanische Signale zu erzeugen, beispielsweise, indem der Signalgeber elektrische Spannungspulse an den Signalwandler anlegt.
Bei einem solchen Aufbau der Körperschallsensoreinheiten kann in Konstruktionen, in denen mehrere Körperschallsensoreinheiten über ein schwingungsfähiges Bauteil miteinander verbunden sind, ein Test der Körperschallsensoreinheiten bzw. des Sensorsystems durchgeführt werden. Ein typischer Fall ist die Verwendung mehrerer Körperschallsensoreinheiten an einem Impulsaufnehmerblech.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dann an eine erste der Körperschallsensoreinheiten ein Testsignal gesendet, auf Basis dessen vom Signalwandler der ersten Körperschallsensoreinheit mechanische Signale erzeugt werden. Diese mechanischen Signale werden dann von einer zweiten der Körperschallsensoreinheiten erfasst und in elektrische Sensorsignale umgewandelt. Die elektrischen Signale werden wiederum vorverarbeitet, und geprüft und es werden auf Basis eines Prüfungsergebnisses dann die Konfigurationsdaten, beispielsweise für die zweite Körperschallsensoreinheit, ermittelt. Auch dies ist wieder mit einer Steuereinrichtung in Form eines externen Prüf- und/oder Programmiermoduls möglich, welches im Werk oder in einer Servicewerkstatt an die Sensoreinheiten angeschlossen wird. Das Verfahren kann aber auch mit Hilfe der Steuereinrichtung durchgeführt werden, welche ohnehin zur Auswertung der Steuersignale dient.
Eine Steuereinrichtung weist hierzu vorzugsweise eine Kalibrierungseinrichtung mit einer Testsignalgenerierungseinheit zur Erzeugung von Testsignalen für eine erste Körperschallsensoreinheit und eine Testsignalauswerteeinheit auf, um ein von einer zweiten Körperschallsensoreinheit in Reaktion auf ein ausgesendetes Testsignal empfangenes Sensorsignal zu prüfen und auf Basis eines Prüfungsergebnisses dann die Konfigurationsdaten zu ermitteln.
Die Testsignale können dabei mit verschiedenen Frequenzen gesendet werden bzw. es können mit dem Testsignal ganze Frequenzbereiche durchfahren werden. Somit kann eine komplette Sensorkalibrierung hinsichtlich der Verstärkungsfaktoren und hinsichtlich des Frequenzgangs durchgeführt werden. Die Anbringung zusätzlicher Elemente, welche für einen Test Klopfsignale erzeugen, ist dann nicht mehr notwendig. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil in vielen Fällen aus Gründen der Funktionssicherheit ohnehin mehrere Sensoren an einem Impulsaufnehmer eingesetzt werden. Bevorzugt sind sämtliche verwendeten Körperschallsensoreinheiten mit entsprechenden Signalgebern ausgebildet, so dass jede der Körperschallsensoreinheiten getestet werden kann, indem eine andere Körperschallsensoreinheit das Testsignal liefert.
Die Erfindung wird im Folgenden noch einmal unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch einen Mähdrescher,
2 einen schematischen Querschnitt durch einen Feldhäcksler mit vergrößerter Darstellung der Häckseltrommel,
3 eine schematische Darstellung zweier an eine Steuereinrichtung angeschlossener Körperschallsensoreinheiten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine Darstellung eines typischen Sensorsignals bei einem Einsatz der Körperschallsensoreinheit zur Durchsatzkontrolle,
5 eine Darstellung eines typischen Sensorsignals bei einem Einsatz der Körperschallsensoreinheit als Klopfsensor an der Gegenschneide eines Feldhäckslers,
6 eine Darstellung eines typischen Sensorsignals bei einem Einsatz der Körperschallsensoreinheit zur Lager- bzw. Wellenüberwachung an einem rotierenden Arbeitsorgan.
Im Folgenden wird gezeigt, wie die Erfindung innerhalb von Landmaschinen, insbesondere Erntemaschinen wie Mähdreschern oder Feldhäckslern, eingesetzt werden kann. Dies schließt aber nicht aus, dass die erfindungsgemäßen Körperschallsensoreinheiten, Steuereinrichtungen und Sensorsysteme nicht auch in anderen Maschinen oder Geräten, beispielsweise in Kfzs, eingesetzt werden können. Auch dort besteht in der Regel ein Bedarf an universell einsetzbaren Körperschallsensoreinheiten, damit verschiedene Messungen mit hardwaremäßig in gleicher Weise aufgebauten Körperschallsensoreinheiten durchgeführt werden, um so Lagerhaltungskosten einzusparen und Reparaturzeiten zu verkürzen.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um einen selbstfahrenden Mähdrescher 100 mit einem so genannten Querflussdreschwerk 103 und einem dahinter angeordneten Schüttler 108 als Abscheideeinrichtung. Unterhalb des Schüttlers 108 befindet sich eine Reinigungseinrichtung, bestehend aus mehreren übereinander angeordneten Sieben 111, 112 und einem Gebläse 113.
Die Arbeitsweise eines solchen Mähdreschers 100 wird nachfolgend beschrieben:
Das Erntegut wird zunächst mittels einer Haspel des Mähtisches auf die Mäheinrichtung 101 gelegt und von Mähmessern abgeschnitten. Das Erntegut wird dann über eine Einzugsschnecke und einen Schrägförderer in einem Einzugskanal 102 zu einem Eingang des Dreschwerks 103 transportiert. Am Eingang des Dreschwerks 103 befinden sich eine Einlege- bzw. Vorbeschleunigertrommel 104 und dahinter in Gutflussrichtung eine Dreschtrommel 105. Unterhalb der Dreschtrommel 105 befindet sich ein passend geformter Dreschkorb 107. Das aus dem Einzugskanal 102 kommende Erntegut wird durch die Vorbeschleunigertrommel 104 erfasst und dann weiter von der Dreschtrommel 105 durch den zwischen der Dreschtrommel 105 und dem Dreschkorb 107 befindlichen Dreschspalt gezogen. Dabei wird durch die Dreschleisten der Dreschtrommel 105 das Erntegut gedroschen, wobei ein Korn-Spreu-Gemisch durch den Dreschkorb 107 nach unten fällt, welches dann über einen Zuführboden 109 der Reinigungseinrichtung zugeführt wird, um die Körner von den Beimengungen zu trennen.
Vom Dreschwerk 103 wird der gedroschene Gutstrom über die Wendetrommel 106 auf den Hordenschüttler 108 gelenkt, durch den die noch im Gutstrom befindlichen Körner sowie evtl. Kurzstroh und Spreu abgetrennt werden. Die Körner, das Kurzstroh und die Spreu gelangen dann über einen weiteren Zuführboden 110 ebenfalls in die Reinigungseinrichtung.
Die Reinigung der Körner von den Nicht-Korn-Bestandteilen in der Reinigungseinrichtung erfolgt in der Weise, dass durch die Sieböffnungen (Löcher, Maschen, Schlitze) in den schwingend angetriebenen Sieben 111, 112 mittels des Gebläses 113 Wind hindurchgeblasen wird, welcher das über die Siebe 111, 112 geführte Erntegut auflockert und für das Heraustrennen der spezifisch leichteren Spreu- und Kurzstrohanteile sorgt, während die schweren Erntegutkörner durch die Sieböffnungen fallen. Hierbei sind ein Obersieb 111 und ein Untersieb 112 bereichsweise übereinander angeordnet, so dass das Erntegut in verschiedenen Stufen unterschiedlich fein gesiebt wird.
Die Körner, welche durch beide Siebe 111, 112 der Reinigungseinrichtung gelangt sind, fallen auf einen ersten Auffang- und Führungsboden 115 und werden einer Kornförderschnecke zugeführt. Sie werden dann von einem Elevator 116 in einen Korntank 118 des Mähdreschers 100 befördert und können dort bei Bedarf mit einem Tankentleerförderer 119 auf einen Transportwagen umgeladen werden.
Die Teilchen, die in der Reinigungsvorrichtung erst am hinteren Ende durch die Sieböffnungen des Obersiebs 111 fallen, sind in der Regel schwerere Teilchen, d. h. Teilchen, welche ein Korn enthalten, das sich nicht vollständig von anderen Bestandteilen des Getreides gelöst hat. Diese Teilchen fallen hinteren dem Untersieb 112 auf einen zweiten Auffang- und Führungsboden 114, welcher unterhalb und etwas hinter dem ersten Auffang- und Führungsboden 115 angeordnet ist, und werden als so genannte Überkehr über einen Überkehrelevator 117 noch einmal zum Dreschwerk 103 zurückgeführt.
Bestandteile, die nicht durch das Obersieb 111 fallen, werden als Verlust ausgeworfen. Ebenso wandern das Stroh sowie ein bestimmter Prozentsatz an Verlustkörnern über den Hordenschüttler 108 zum hinteren Ende 120 des Mähdreschers 100 und werden dort ausgeworfen.
Um jeweils die Verluste hinter dem Obersieb 111 und hinter dem Hordenschüttler 108 zu messen, sind unmittelbar hinter diesen Bauteilen 111, 108 Impulsaufnehmer 121, 122 in Form von Prallblechen oder Stäben angeordnet, auf welche die herausfallenden Kornbestandteile auftreffen und dort einen mechanischen Impuls verursachen, der den Impulsaufnehmer 121, 122 in Schwingungen versetzt. An den Impulsaufnehmern 121, 122 sind je weils erfindungsgemäße Körperschallsensoreinheiten 1 angeordnet. Ebenso befinden sich an der Maschine 100 an den verschiedenen rotierenden Organen, beispielsweise an der Einlegetrommel 104 und der Dreschtrommel 105 sowie am Gebläse 113, erfindungsgemäße Körperschallsensoreinheiten 1, um diese Arbeitsaggregate 104, 105, 113 zu überwachen.
Diese Körperschallsensoreinheiten 1 sind jeweils mit einer Steuereinrichtung (in 1 nicht dargestellt) verbunden, die, wie noch später näher erläutert wird, die von den Körperschallsensoreinheiten 1 kommenden Signale auswertet und entsprechende Steuer- und/oder Informationssignale an weitere Steuereinheiten zur Ansteuerung der einzelnen Arbeitsorgane oder an ein Bedienerterminal 124 in einer Fahrerkabine 123 weiterleitet, so dass in Abhängigkeit von diesen Steuer- und/oder Informationssignalen entsprechend automatisch oder durch einen Fahrer reagiert werden kann.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Erntemaschine handelt es sich um einen Feldhäcksler 200, welcher mittels eines Pick-Up-Vorsatzgerätes 201 Grasschwaden aufsammelt. Das Gras wird im Feldhäcksler 200 gehäckselt und durch einen Auswurfkrümmer 207 an ein parallel fahrendes Transportfahrzeug (nicht dargestellt) übergeladen. Zur Durchführung dieses Arbeitsprozesses weist der Feldhäcksler 200 eingangsseitig hinter dem Pick-Up-Vorsatzgerät 201 die üblichen Einzugwalzen 202 auf, welche das Erntegut zu den Presswalzen 203 führen. Hinter den Presswalzen 203 ist ein ortsfestes Messer 209 mit einer Schneide angeordnet. Das ortsfeste Messer 209 erstreckt sich parallel zu der Drehachse einer Messertrommel (auch Häckseltrommel 206 genannt), welche auf ihrem Umfang verteilt Messer 208 besitzt. Diese Messer 208 der Häckseltrommel 206 laufen nacheinander mit ihren Schneiden an der Schneide (Gegenschneide) des ortsfesten Messers 209 ab. Hierdurch wird das Erntegut gehäckselt und gleichzeitig nach oben weiter zu einer Nachbeschleunigertrommel 205 gefördert, welche das Erntegut mit hoher Geschwindigkeit durch einen Auswurfschacht 204 und weiter durch den Auswurfkrümmer 207 schleudert.
Für eine bestmögliche Aufbereitung des Ernteguts und zur Erzeugung von möglichst geringen Schnittkräften ist es erforderlich, dass der Abstand zwischen der Gegenschneide des ortsfesten Messers 209 und den Schneiden der rotierenden Messer 208 möglichst eng gehalten wird. Vorzugsweise sollte der Schneidenabstand a im Bereich von 0,2 mm liegen. Da sich mit der Zeit die Schneiden der Messer zwangsläufig abnutzen, muss der Spalt a permanent nachgestellt werden. Hierzu ist das ortsfeste Messer 209 an einer Messerhalterung 211 gelenkig befestigt und über einen Verstellmechanismus 210 motorisch verschwenkbar. Bei der Verstellung muss jedoch darauf geachtet werden, dass das Messer 209 nicht so nah an die rotierende Häckseltrommel 206 geschwenkt wird, dass eines der auf der Häckseltrommel 206 angeordneten Messer 208 mit dem ortsfesten Messer 209 in Berührung kommt. Hierzu ist am ortsfesten Messer 209 eine erfindungsgemäße Körperschallsensoreinheit 1 angeordnet. Wird nun das ortsfeste Messer 209 zum Nachstellen des Messerspaltes a etwas zu weit gegen die Häckseltrommel 206 verschwenkt, so wird zuerst die Schneide des Messers 208 auf der Häckseltrommel 206, welches am weitesten radial nach außen hervorsteht, an der Schneide des ortsfesten Messers 209 anschlagen. Dies führt zu einem Körperschwingungssignal innerhalb des ortsfesten Messers 209, welches sofort von der Körperschallsensoreinheit 1 registriert wird, so dass daraufhin das ortsfeste Messer 209 wieder ein Stück zurückgeschwenkt wird. Auf diese Weise kann eine Fehleinstellung sicher vermieden werden.
Auch hier ist die Körperschallsensoreinheit 1 mit einer (in 2 nicht dargestellten) Steuereinrichtung verbunden, welche das Signal auswertet und ein entsprechendes Informations- und Steuersignal an eine Steuerung für die Einstellung des ortsfesten Messers 209 übersendet bzw. ein solches „Warn"-Signal an ein Bedienerterminal 213 in einer Fahrerkabine 212 ausgibt. Mit Hilfe dieser Körperschallsensoreinheit 1 kann im Übrigen auch registriert werden, wenn in die Häckseltrommel 206 ein Stein oder sonstiger harter Fremdkörper gerät. Es kann dann eine Notabschaltung durchgeführt und eine entsprechende Alarmmeldung an den Fahrer ausgegeben werden.
Ebenso ist es möglich, entsprechende weitere Körperschallsensoreinheiten auch an den verschiedenen rotierenden Arbeitsorganen wie beispielsweise den Einzugtrommeln 202, den Presswalzen 203, der Nachbeschleunigertrommel 205 oder der Häckseltrommel 206 selbst anzuordnen, um Unwuchten dieser Organe zu erkennen.
Ein möglicher Aufbau der erfindungsgemäßen Körperschallsensoreinheiten 1, 1' ist in 3 detaillierter dargestellt. 3 zeigt dabei ein Sensorsystem 30, bestehend aus zwei gleichartig aufgebauten Körperschallsensoreinheiten 1, 1', und einer Steuereinrichtung 20, durch welche die von den Körperschallsensoreinheiten 1, 1' kommenden, vorverarbeiteten Sensorsignale S'_E ausgewertet werden und von der aus die Körperschallsensoreinheiten 1, 1' programmiert werden können.
Die Körperschallsensoreinheiten 1, 1' weisen jeweils einen Signalwandler 2 in Form eines Piezokristalls auf, der in bekannter Weise an einem Impulsaufnehmer 13, hier beispielsweise ein Impulsaufnehmerblech 13, zur Registrierung von durch auftreffende Körner erzeugten Klopfsignalen S_M montiert ist. Die Montage kann mit Hilfe einer Schraube 14 erfolgen. Der genaue mechanische Aufbau kann beispielsweise der EP 0 883 983 B1 entnommen werden.
Unmittelbar an dem eigentlichen Signalwandler 2 befindet sich in einem am Signalwandler anmontierten Gehäuse 3 eine Vorverarbeitungselektronik 4. Die komplette Körperschallsensoreinheit 1, 1' mit Signalwandler 2 und Vorverarbeitungselektronik 4 kann zum Schutz gegen äußere Einflüsse auch vergossen sein.
Die Vorverarbeitungselektronik 4 weist mehrere programmierbare Funktionskomponenten 5, 6, 7 auf. Eine erste Funktionskomponente ist ein einstellbarer Verstärker 5, um ein von dem Signalwandler 2 erzeugtes elektrisches Sensorsignal S_E zu verstärken. Das verstärkte Signal wird dann an einen programmierbaren Digitalfilter 6 weitergeleitet, welcher je nach Ein stellung als Bandpassfilter, als Tiefpass oder Hochpass eingesetzt werden kann. Dahinter befindet sich ein einstellbarer Integrator 7, welcher ein ankommendes verstärktes und gefiltertes Signal aufintegrieren kann, um so ein digitales Ausgangssignal S'_E zu erzeugen. Mit diesem Integrator 7 kann auch ein einstellbarer Schwellenwert gesetzt werden, d. h. der Integrator 7 kann so auch als Vergleicher wirken. Ein so vorverarbeitetes digitales Ausgangssignal S'_E wird dann über einen Signalausgang 10 über eine Signalleitung 12 an die Steuereinrichtung 20 gesendet.
Sämtliche Funktionskomponenten 5, 6, 7 sind wie erläutert einstellbar bzw. programmierbar. Hierzu weist die Vorverarbeitungselektronik 4 eine an einem Dateneingang 11 angeschlossene Programmierschnittstelle 9 auf. Über diese Programmierschnittstelle 9 können in Abhängigkeit von über den Dateneingang 11 empfangenen Konfigurationsdaten K der Verstärker 5, der Filter 6 und der Integrator 7 in der richtigen Weise eingestellt werden, so dass die Körperschallsensoreinheiten 1, 1' entsprechend dem gewünschten Einsatzzweck als Klopfsensor, als Unwuchtmelder etc. arbeiten. Typische Einstellungen werden nachfolgend noch anhand der 4 bis 6 erläu tert. Die Programmierschnittstelle 9 kann dabei in unterschiedlicher Weise ausgestaltet sein. Es kann sich beispielsweise um eine seriell arbeitende Schnittstelle, eine LIN-Schnittstelle oder Ähnliches handeln.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils der Signalausgang 10 und der Dateneingang 11 in einem Ein-/Ausgang 10, 11 realisiert. D. h. über eine an diesen Ein-/Ausgang 10, 11 angeschlossene Leitung 12 werden sowohl von der Körperschallsensoreinheit 1, 1' aus die Sensorsignale S'_E an die Steuereinheit 20 übertragen als auch von der Steuereinrichtung 20 aus geeignete Konfigurationsdaten K an die Programmierschnittstellen 9 gesendet, um die Körperschallsensoreinheiten 1, 1' in der gewünschten Weise zu konfigurieren.
Außerdem weist die Vorverarbeitungselektronik 4 einen Signalgeber 8 auf, der bei Empfang eines Testsignals T, welches ebenfalls von der Steuerein richtung 20 über die Signalleitung 12 an die Körperschallsensoreinheit 1 übersendet werden kann, entsprechende Spannungspulse an den Signalwandler 2 ausgibt, so dass mit diesem für Testzwecke ein mechanisches Klopfsignal innerhalb des Impulsaufnehmers 13 erzeugt werden kann.
Bei dem in 3 dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Steuereinrichtung 20 für jede Steuereinheit 1, 1' einen Signaleingang 21 zum Empfang der vorverarbeiteten Sensorsignale S'_E und einen Datenausgang 22 auf, um Konfigurationsdaten K an die jeweilige Körperschallsensoreinheit 1, 1' zu senden. Dabei sind die Signaleingänge 21 und die Datenausgänge 22 jeweils wieder in einem gemeinsamen Ein-/Ausgang 21, 22 kombiniert, an den die jeweilige Signalleitung 12 zu der betreffenden Körperschallsensoreinheit 1, 1' angeschlossen wird. Die Signalleitung 12 transportiert dabei im normalen Sensorbetrieb den Sensorwert, d. h. das Sensorsignal S'_E, beispielsweise als Spannungssignal oder auch als Frequenzsignal zur Steuereinrichtung 20. Das von den Körperschallsensoreinheiten jeweils ausgesendete Sensorsignal S'_E kann beispielsweise innerhalb von 0 bis 5 Volt liegen, wobei der untere bzw. obere Spannungsbereich als Diagnosebereich für Leitungsunterbrechungen oder zu Kurzschlussmessungen genutzt werden kann.
In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Steuereinrichtung 20 nur zwei solcher kombinierten Ein-/Ausgänge 21, 22 auf. Tatsächlich kann eine solche Steuereinrichtung 20 aber auch eine höhere Anzahl entsprechender Ein-/Ausgänge 21, 22 aufweisen, um eine Vielzahl von weiteren Körperschallsensoreinheiten anschließen zu können.
Bestandteile der Steuereinrichtung 20 sind u. a. eine Auswerteeinrichtung 24, welche ankommende Sensorsignale S'_E auswertet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Informationssignale an einen Signalausgang 23, beispielsweise über einen Datenbus 31 ausgibt. Dieser Datenbus 31 führt beispielsweise zu anderen Modulen, die dazu dienen, die jeweiligen Arbeitsaggregate zu steuern, und/oder zu einem Anzeigesystem in der Fahrer kabine. Als weitere Komponente enthält die Steuereinrichtung 20 eine Konfigurationseinrichtung 25, welche die Konfigurationsdaten K zur Konfiguration der einzelnen Körperschallsensoreinheiten 1, 1' ermittelt. Diese Konfigurationsdaten K werden dann an die einzelnen Körperschallsensoreinheiten 1, 1' bzw. deren Programmierschnittstellen 9 übersandt.
Bei dem in 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind in einem Speicher 26 der Steuereinrichtung 20 für verschiedene Einsatzzwecke unterschiedliche Konfigurationsdatensätze KDS hinterlegt. Um eine universal verwendbare, erfindungsgemäße Körperschallsensoreinheit 1, 1' für einen bestimmten Zweck zu nutzen, muss diese Körperschallsensoreinheit 1, 1' dann nur noch an der passenden Stelle in der Maschine montiert und über ein Signalkabel 12 mit der Steuereinrichtung 20 verbunden werden. Über den Bus 31 kann dann die Steuereinrichtung 20 dazu veranlasst werden, einen für den vorgesehenen Einsatzzweck geeigneten Konfigurationsdatensatz KDS an die betreffende Körperschallsensoreinheit 1, 1' zu versenden, um die Funktionskomponenten 5, 6, 7 der Körperschallsensoreinheit 1, 1' entsprechend dem Einsatzzweck zu konfigurieren.
Die vorbeschriebenen flexiblen Körperschallsensoreinheiten können wie erläutert wahlweise als Sensor für eine Verlustsensorik im Mähdrescher, als Sensor für die Einstellung der Gegenschneide in einem Feldhäcksler oder als Unwuchtmelder für diverse Aggregate, als Steinerkennungsdetektor eingesetzt werden. Hierzu kann die Sensiercharakteristik der Körperschalleinheiten z. B. hinsichtlich einer Signalfrequenz und/oder eines charakteristischen Frequenzverlaufs und/oder einer Signalamplitude verändert werden. Im Folgenden werden typische Einstellbeispiele erläutert:

1. Einsatz der Körperschallsensoreinheiten zur Durchsatzkontrolle bzw. als Verlustsensor: Bei dieser Einstellung wird das Signal des Signalwandlers 2 zunächst durch den Verstärker 5 verstärkt und dann durch den digitalen Filter 6 ge filtert, der so konfiguriert wird, dass er als Hochpassfilter wirkt. Dabei werden nur Signale mit Frequenzen über 2 kHz durchgelassen. Das verbleibende Durchsatz-/Verlustsignal wird dann zu dem ausgehenden Sensorsignal S'_E verarbeitet, indem innerhalb der Integratoreinrichtung 7 alle Signalanteile oberhalb einer einstellbaren Schwelle über einen bestimmten Zeitraum aufintegriert werden. Dies ist in 4 dargestellt. Gezeigt ist hier ein durch das Auftreffen eines Korns auf den Impulsaufnehmer erzeugtes Schwingungssignal S_E (mit Nachschwingungen) als Spannungswert V über der Zeit t. Aufintegriert werden alle oberhalb der Schwelle S liegenden Signalanteile innerhalb des Zeitraums t₁ bis t₃, wobei hier nur innerhalb des Zeitraums t₁ bis t₂ das Signal groß genug ist, damit die Spannungsamplitude V oberhalb des eingestellten Schwellenwerts S₁ liegt. Das heißt, es werden nur die schraffierten Signalanteile aufintegriert und zur weiteren Verarbeitung herangezogen. Der Schwellenwert S₁ kann dabei auf die geerntete Fruchtart eingestellt werden. Zurzeit gibt es drei Schwellen, eine für Mais (große Körner), eine für Getreide (mittelgroße Körner) und eine für Raps kleine Körner). Diese Einstellung kann ebenfalls von der Steuereinrichtung 20 aus durch Übersendung geeigneter Konfigurationsdaten K an die Programmierschnittstelle 9 der Vorverarbeitungselektronik 4 der Körperschallsensoreinheiten 1, 1' erfolgen. Das Ergebnis, d. h. das von der Körperschallsensoreinheit 1, 1' ausgesendete vorverarbeitete Sensorsignal S'_E, kann dann über die Steuereinrichtung 20 an die Anzeigeeinheit in der Fahrerkabine übermittelt werden. Hierzu kann beispielsweise der dargestellte Datenbus 31 genutzt werden. Alternativ kann auch eine analoge Spannungspegelauswertung durchgeführt werden. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die Steuereinrichtung 20 im Rahmen ihrer Auswertung der von den Körperschallsensoreinheiten 1, 1' übermittelten Sensorsignale S'_E diese Sensorsignale S'_E grundsätzlich auch unverändert an andere Einheiten weiterleiten kann, wenn dies gewünscht ist. In dem vorbeschriebenen Beispiel wird folglich die in der Körperschallsensoreinheit 1, 1' befindliche Vorverarbeitungselektronik 4 in der Signalverstärkung, im Passverhalten des Filters, in der Schwelle und in der Integrationszeit des Integrators zur Signalgewinnung programmiert.
2. Einsatz einer Körperschallsensoreinheit als Klopfsensor an der Gegenschneide eines Feldhäckslers: Hierzu wird auf 5 verwiesen, welche ein typisches Spannungssignal V über der Zeit t zeigt, wenn ein Häckselmesser der Häckseltrommel an der Gegenschneide des ortsfesten Messers anschlägt. Um solche Signale zu erkennen, wird das ursprüngliche Signal des Signalwandlers 2 durch einen Bandpass gefiltert, wobei Frequenzen zwischen 4 und 11 kHz durchgelassen werden. Das Klopfen wird dann durch ein Signal hinter dem Filter 6 oberhalb eines Schwellwerts S₂ erkannt. Wird ein solches Klopfen registriert, wird der Sensor für eine bestimmte Zeit (t₁ bis t₂) nicht weiter ausgewertet, d. h. es wird für diesen Zeitraum die Verstärkung auf 0 eingestellt. Diese Zeitdauer kann beispielsweise 9 ms. betragen, Dies ist der Zeitraum, in der üblicherweise die Verstellung des Schneidenspalts a im Häcksler erfolgen sollte. Auf diese Weise wird eine möglichst kurze Reaktionszeit erreicht. Bei einem derartigen Einsatz der Körperschallsensoreinheit genügt es nämlich, auf das erste Klopfsignal zu reagieren, da dieses Klopfsignal durch das am weitesten herausstehenden Messer an der Häckseltrommel erzeugt wird. Es ist dann völlig klar, dass anschließend der Spalt a vergrößert werden muss. Würden in dieser Zeit (da ja regelmäßig das am weitesten herausstehende Messer die Gegenschneide berührt) periodisch weitere Klopfsignale erzeugt, müssten diese zwangsläufig innerhalb der Vorverarbeitungselektronik verarbeitet werden, was zu einer höheren Arbeitsbelastung der Elektronik führt. Durch das Ausblenden der dem ersten Klopfsignal nachfolgenden Signale kann somit die Reaktionszeit beschleunigt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird folglich die Vorverarbeitungselektronik der Körperschallsensoreinheiten im Passverhalten des Filters 6 und in der Schwelle (festgelegt durch den Integrator 7, der hier nur als Schwellenwert wirkt) zur Signalgewinnung programmiert. Der Signalverstärker 5 wird lediglich zwischen zwei Werten 0 oder 1 hin- und hergeschaltet. Die gleiche Auswertung mit veränderten Schwellenwerten und Verstärkungen kann beispielsweise auch für die Erkennung von Steinen in Erntemaschinen verwendet werden.
3. Einsatz einer Körperschallsensoreinheit zur Lagerüberwachung bzw. Wellenüberwachung: Hierbei wird das Signal des Sensors auf eine bestimmte Frequenz überwacht. Dazu wird der programmierbare Digitalfilter 6 so eingestellt, dass er als Bandpassfilter wirkt, der genau eine Frequenz bzw. Frequenzen aus einem sehr schmalen Fenster ausfiltert. Liegt ein Signal mit dieser Frequenz vor und übersteigt dieses eine Schwelle S₃, wird ein Signal S'_E an die Auswerteeinrichtung 20 gesendet. Die Schwelle S₃ kann wieder in der Integratoreinrichtung eingestellt werden. Diese Einstellung ist in 6 dargestellt, wobei hier ein gleichmäßig auftretendes Spannungssignal V einer genau definierten Frequenz über der Zeit t und der eingestellte Schwellwert S₃ gezeigt werden. Für diesen Einsatzzweck wird folglich die Vorverarbeitungselektronik 4 in der Körperschallsensoreinheit 1, 1' hinsichtlich des Passverhaltens des digitalen Filters und evtl. in einer Schwelle S₃ zur Signalgewinnung programmiert. Der Signalverstärker 5 kann dabei auf einen festen Verstärkungswert programmiert sein. Diese Sensoreinstellung lässt sich auch für verschiedene andere Zwecke verwenden. Fehlt beispielsweise ein Messer an der Häckseltrommel eines Mähdreschers, taucht im Frequenzband bei bekannter Drehzahl eine bekannte Schwingung mit bekannter Frequenz der Häckseltrommel auf. Es kann folglich ein entsprechender Sensor an geeigneter Stelle angebracht und so programmiert werden, dass er genau diese Frequenz detektiert. Tritt ein Signal mit dieser Frequenz auf, wird ein entsprechendes Warnsignal an den Bediener des Mähdreschers ausgegeben. Ein weiteres Beispiel ist die Beschädigung eines Kugellagers bzw. eine fehlende oder beschädigte Kugel in einem Kugellager. Auch hier lassen sich die Geräusche mittels eines entsprechend programmierten Sensors anhand einer bestimmten Frequenz bei bekannter Drehzahl der Welle erkennen. Die digital programmierbare Auswertung, d. h. insbesondere der digitale Filter 6 der Sensoreinheit 1, 1', wird dabei auf eine bestimmte Frequenz programmiert, wobei jederzeit eine Umprogrammierung erfolgen kann, wenn sich beispielsweise die Drehzahl des zu überwachenden Geräts ändert. Weiterhin können die Sensorsignale auf eine bestimmte Signalflanke bzw. eine bestimmte Signalform oder eine andere Signalgröße hin ausgewertet werden. Stimmt eine ermittelte Signalform bzw. Signalflanke mit einer bestimmten vorprogrammierten Signalflanke, Signalform bzw. weiteren Signalgröße überein, wird ein Signal für die nachfolgende Auswerte einrichtung 20, d. h. die Steuereinrichtung 20, generiert, welches dann dieses Signal weiterverarbeiten kann und/oder direkt an die zuständigen Module bzw. eine Anzeigeeinrichtung weiterleitet. Wie bereits oben erwähnt, weist die Vorverarbeitungselektronik 4 auch einen Signalgeber 8 auf. Dieser ist mittels von der Steuereinrichtung 20 ausgegebener Testsignale T aktivierbar. Auf diese Weise kann von der Steuereinrichtung 20 eine Körperschallsensoreinheit 1, 1' kalibriert werden. Hierzu weist die Steuereinrichtung 20 eine Kalibriereinheit 27 auf, welche eine Testsignalgenerierungseinheit 28 zur Erzeugung des Testsignals T und eine Testsignalauswerteeinheit 29 zur Auswertung eines in Reaktion auf das Testsignal T ermittelten Sensorsignals S_E ^T umfasst.

Das Kalibrierungsverfahren läuft so ab, dass zunächst das Testsignal T an eine erste Körperschallsensoreinheit 1 ausgesendet wird. Der dortige Sig nalgeber 8 erzeugt ein mechanisches Testsignal innerhalb eines Impulsaufnehmers 13, welches von einer weiteren Körperschallsensoreinheit 1', die am gleichen Impulsaufnehmer 13 angekoppelt ist, wieder erfasst und in ein entsprechendes elektrisches Sensorsignal umgewandelt wird. Dieses Sensorsignal wird dann entsprechend der Einstellung der Vorverarbeitungselektronik 4 vorverarbeitet und als vorverarbeitetes Sensorsignal S_E ^T an die Steuereinheit 20 zurückübermittelt. Innerhalb der Testsignalauswerteeinheit 29 wird das empfangene Signal S_E ^T geprüft und es werden dann ggf. geänderte Konfigurationsdaten K an die betreffende Körperschallsensoreinheit 1' gesendet, um diese passend zu kalibrieren. Auf diese Weise kann ohne Einsatz zusätzlicher Bauelemente eine gegenseitige Kalibrierung aller Körperschallsensoreinheiten 1, 1' erfolgen, wobei vollständige Funktionstests und sogar Frequenzgangsermittlungen durchgeführt werden können.
Mit Hilfe der Erfindung kann also dieselbe Sensorhardware zur Sensierung verschiedenster Parameter eingesetzt werden. Dies führt zu einer drastischen Reduzierung der Entwicklungs- und Lagerhaltungskosten und zu einer erheblichen Reduzierung von Reparaturzeiten.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den in den Figuren dargestellten Maschinen, Sensorsystemen und den beschriebenen Einstellungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in vielfacher Hinsicht variiert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So muss die Steuereinrichtung nicht zwangsläufig komplett in einem einzelnen Gehäuse untergebracht sein, sondern die Komponenten der Steuereinrichtung können auch innerhalb einer Maschine verteilt angeordnet sein. Insbesondere können auch Komponenten von anderen Steuereinrichtungen mitbenutzt werden oder die Steuereinrichtung ist selbst Bestandteil einer übergeordneten zentralen Steuerung, welche gleichzeitig auch dazu dient, andere Komponenten der Maschine, beispielsweise verschiedenste Arbeitsaggregate, zu steuern. Die Steuereinrichtung kann dabei auch aus einem Prozessor bzw. einem Kleincomputer bestehen, wobei die einzelnen Bestandteile wie die Auswer teeinrichtung, die Konfigurationseinrichtung oder die Kalibriereinheit in Form von Softwarekomponenten auf dem Prozessor bzw. in der Rechnereinrichtung realisiert sind.
Es wird außerdem der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können.

1: Körperschallsensoreinheit
1': Körperschallsensoreinheit
2: Signalwandler
3: Gehäuse
4: Vorverarbeitungselektronik
5: Verstärker
6: Digitalfilter
7: Integrator
8: Signalgeber
9: Programmierschnittstelle
10: Signalausgang
11: Dateneingang
12: Signalkabel
13: Impulsaufnehmer
14: Schraube
20: Steuereinrichtung
21: Ein-/Ausgang
22: Ein-/Ausgang
23: Signalausgang
24: Auswerteeinrichtung
25: Konfigurationseinrichtung
26: Speicher
27: Kalibrierungseinrichtung
28: Testsignal-Generierungseinheit
29: Testsignal-Auswerteeinheit
30: Sensorsystem
31: Datenbus
100: Mähdrescher
101: Mäheinrichtung
102: Einzugskanal
103: Querflussdreschwerk
104: Vorbeschleunigertrommel
105: Dreschtrommel
106: Wendetrommel
107: Dreschkorb
108: Hordenschüttler
109: Zuführboden
110: Zuführboden
111: Sieb
112: Sieb
113: Gebläse
114: Auffang- und Führungsboden
115: Auffang- und Führungsboden
116: Elevator
117: Überkehrelevator
118: Korntank
119: Tankentleerförderer
120: Maschinenende
121: Impulsaufnehmer
122: Impulsaufnehmer
200: Feldhäcksler
201: Pick-Up-Vorsatzgerät
202: ortsfestes Einzugwalzen
203: Presswalzen
204: Auswurfschacht
205: Nachbeschleunigertrommel
206: Häckseltrommel
207: Auswurfkrümmer
208: Messer
209: Messer
210: Verstellmechanismus
211: Messerhalterung
212: Fahrerkabine
213: Bedienerterminal
a: Schneidenspalt
K: Konfigurationsdaten
KDS: Konfigurationsdatensatz
S_M: mechanisches Sensorsignal
S_E: elektrisches Sensorsignal
S'_E: vorverarbeitetes Sensorsignal
S_E ^T: Sensorsignal
S₁: Schwellwert
S₂: Schwellwert
S₃: Schwellwert
T: Testsignal
t: Zeit
t₁: Zeitpunkt
t₂: Zeitpunkt
t₃: Zeitpunkt
V: Spannung

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

- EP 0883983 B1 [0003, 0004, 0049]
- DE 3010416 A1 [0003]

Claims

Körperschallsensoreinheit (1, 1'), insbesondere für eine Landmaschine (100, 200), mit einem Signalwandler (2), welcher ein mechanisches Sensorsignal (S_M) in ein elektrisches Sensorsignal (S_E) umwandelt, und mit einer mit dem Signalwandler (2) verbundenen Vorverarbeitungselektronik (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorverarbeitungselektronik (4) eine programmierbare Funktionskomponente (5, 6, 7, 8) umfasst, und dass die Vorverarbeitungselektronik einen Dateneingang (11) zum Empfang von Konfigurationsdaten (K) und eine Programmierschnittstelle (9) umfasst, um die Funktionskomponente (5, 6, 7, 8) der Vorverarbeitungselektronik (4) auf Basis der empfangenen Konfigurationsdaten (K) zu konfigurieren.
Körperschallsensoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionskomponente (6) der Vorverarbeitungselektronik (4) einen programmierbaren Digitalfilter (6) umfasst.
Körperschallsensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionskomponente (5) der Vorverarbeitungselektronik (4) einen programmierbaren Verstärker (5) umfasst.
Körperschallsensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionskomponente (7) der Vorverarbeitungselektronik (4) eine programmierbare Integratoreinrichtung (7) umfasst.
Körperschallsensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalwandler (2) mechanisch an einen Impulsaufnehmer (14) so gekoppelt ist, dass bei einem Auftreffen von Teil chen in dem Impulsaufnehmer (14) erzeugte Schwingungen vom Signalwandler (2) in elektrische Sensorsignale (S_E) umgewandelt werden.
Körperschallsensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dateneingang (11) so ausgebildet ist, dass er die Konfigurationsdaten (K) über eine Signalleitung (12) zum Aussenden der vorverarbeiteten elektrischen Sensorsignale (S'_E) empfängt.
Steuereinrichtung (20) für eine Körperschallsensoreinheit (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit – einer Konfigurationseinrichtung (25) zur Ermittlung von Konfigurationsdaten (K) zur Konfiguration einer programmierbaren Funktionskomponente (5, 6, 7) einer Vorverarbeitungselektronik (4) der Körperschallsensoreinheit (1, 1') und – einem Datenausgang (22), um die Konfigurationsdaten (K) an die Körperschallsensoreinheit (1, 1') zu senden.
Steuereinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch – einen Signaleingang (21) zum Empfang von Sensorsignalen (S'_E), – eine Auswerteeinrichtung (24) zur Auswertung von empfangenen Sensorsignalen (S'_E) und – einen Signalausgang (23) zur Aussendung eines Steuer- und/oder Informationssignals in Abhängigkeit von einem ausgewerteten Sensorsignal (S'_E).
Steuereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Steuerung mehrerer Körperschallsensoreinheiten (1, 1') ausgebildet ist.
Sensor-System (30) mit einer Körperschallsensoreinheit (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und einer Steuereinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 7 bis 9.
Sensor-System (30) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) und/oder die Vorverarbeitungselektronik (4) der Körperschallsensoreinheit (1, 1') eine Speichereinrichtung (26) umfassen, in der eine Anzahl von Konfigurationsdatensätzen (KDS) für eine Konfiguration der Funktionskomponente (5, 6, 7) der Vorauswerteelektronik (4) hinterlegt ist.
Sensor-System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Konfigurationsdatensätze (KDS) verschiedenen sensorischen Einsätzen der Körperschallsensoreinheit(en) (1, 1') zugeordnet sind.
Sensor-System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Körperschallsensoreinheiten (1, 1') an eine Steuereinrichtung (20) angeschlossen sind.
Verfahren zur Steuerung einer Körperschallsensoreinheit (1, 1'), insbesondere für eine Landmaschine (100, 200), welches einen Signalwandler (2), der ein mechanisches Sensorsignal (S_M) in ein elektrisches Sensorsignal (S_E) umwandelt, und eine mit dem Signalwandler (2) verbundene Vorverarbeitungselektronik (4) umfasst, wobei ein vom Signalwandler (2) kommendes Sensorsignal (S_E) in der Vorverarbeitungselektronik (4) vorverarbeitet, an eine Steuereinrichtung (20) übermittelt und dort ausgewertet wird dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensiercharakteristik der Körperschallsensoreinheit (1, 1') mittels einer Softwareansteuerung für verschiedene sensorische Einsätze änderbar ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen sensorische Einsätze einen Einsatz als – Kornverlustsensor oder – als Vibrationssensor zur Überwachung eines Lagerspiels und/oder eines Abstands zwischen relativ zueinander beweglichen Bauteilen oder – als Unwuchtmelder oder – als Fremdkörperdetektor umfassen.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensiercharakteristik hinsichtlich einer Signalfrequenz und/oder eines charakteristischen Frequenzverlaufs und/oder einer Signalamplitude veränderbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Änderung der Sensiercharakteristik ein Digitalfilter (6) und/oder eine Verstärkereinrichtung (5) und/oder eine Integratoreinrichtung (7) der Vorverarbeitungselektronik (4) konfiguriert werden.