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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung
der Schärfe von gegenüber einer Gegenschneide
bewegbaren Häckselmessern, mit einem Sensor zur Erfassung
einer schneidkraftabhängigen Größe und
einer mit dem Sensor verbundenen Auswertungseinrichtung.
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Stand der Technik
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Bei
Feldhäckslern ist neben dem Abstand zwischen den Häckselmessern
und der Gegenschneide die Schärfe der Häckselmesser
eine entscheidende Größe für die Schnittqualität
und die zum Schneiden aufzubringende Leistung, da die Schnittkräfte
bei stumpfen Häckselmessern signifikant ansteigen. Üblicherweise
erkennt der Bediener des Feldhäckslers anhand der Schnittgeräusche,
der Drehzahl des Antriebsmotors oder der Häckselqualität
den Zeitpunkt, an dem ein Schleifvorgang erforderlich ist, um die
Häckselmesser wieder zu schärfen. Hierbei ist
als nachteilig anzusehen, dass die Erkennung der Schärfe
der Häckselmesser durch den Bediener subjektiven Einflüssen
und Beurteilungen unterliegt und demnach nicht sehr genau ist. Da
der Schärfezustand der Häckselmesser am Anfang
des Schleifzyklus nicht genau bekannt ist, ist auch die Bestimmung
der Schleifdauer problematisch, so dass in vielen Fällen
zu viel oder zu wenig Material von den Häckselmessern abgeschliffen
wird, was im ersten Fall zu unnötig hohem Verschleiß und
im zweiten Fall zu unzureichender Schärfe der Häckselmesser
führt.
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Um
die Genauigkeit der Schärfeerkennung zu verbessern und
den Schleifvorgang selbsttätig veranlassen zu können,
wurden verschiedene Vorgehensweisen beschrieben:
In der
DE 199 03 153 C1 wird
vorgeschlagen, die durch die Häckselmesser auf die Gegenschneide ausgeübten
Kräfte in radialer und in tangentialer Richtung zu messen
und daraus einen Quotienten zu bilden, der ein Maß für
die Schärfe der Häckselmesser darstellt.
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Gemäß der
DE 102 35 919 A1 wird
die Beschleunigung der Gegenschneide erfasst und einer Frequenzanalyse
zugeführt. Anhand des Oberwellenspektrums ist feststellbar,
ob die Häckselmesser noch hinreichend scharf sind oder
nicht.
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Weiterhin
wird in der
DE 41 33
043 A1 vorgeschlagen, bei einer Schneidemaschine die Anzahl der
Schnittvorgänge zu erfassen und nach Erreichen einer bestimmten
Anzahl an Schnittvorgängen einen Schleifvorgang zu veranlassen.
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Schließlich
beschreibt die
US
2007/0209344 A1 einen Rasenmäher, bei dem die
Antriebsleistung der Schneidspindel erfasst wird. Überschreitet
sie einen bestimmten Schwellenwert, wird der Bediener angewiesen,
einen Schleifvorgang durchzuführen.
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Als
nachteilig wird beim Stand der Technik angesehen, dass die auf einer
Erfassung des Schnittwinkels beruhenden Vorgehensweisen gemäß
DE 199 03 153 C1 und
DE 102 35 919 A1 nicht
immer hinreichend genau arbeiten, da die Schnittkräfte
nicht nur von der Schärfe der Häckselmesser und
ihrem Abstand von der Gegenschneide, sondern auch von mechanischen
Eigenschaften des gehäckselten Ernteguts und dessen Durchsatzmenge
abhängen. Eine direkte Erfassung der Anzahl der Schneidvorgänge gemäß
DE 41 33 043 A1 ist
bei einem Feldhäcksler nicht möglich, während
eine Erfassung der Antriebsleistung analog der
US 2007/0209344 A1 aufgrund der
Einflüsse der Materialeigenschaften des Häckselguts
und des Abstands zwischen Gegenschneide und Häckselmessern
ebenfalls nicht zu hinreichend genauen Messwerten führen
würde.
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Aufgabe
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Das
der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird darin gesehen, eine
gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik verbesserte
Einrichtung zur Bestimmung der Schärfe von Häckselmessern
bereitzustellen.
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Lösung
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch die Lehre der
Patentansprüche 1 und 16 gelöst, wobei in den
weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt
sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
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Bei
jedem Schnittvorgang eines Häckselmessers werden Kräfte
auf die Gegenschneide ausgeübt, die zum Zerkleinern des
Ernteguts, aber auch zum Verschleiß bzw. Stumpfwerden des
Häckselmessers führen. Maßgeblich für
den Verschleiß der Häckselmesser sind die Größe
der Schnittkräfte bzw. die Schnittenergie, sowie die Anzahl
der mit dem Häckselmesser durchgeführten Schnittvorgänge. Der
Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass der Messerverschleiß mit
dem zeitlichen Integral der Schnittkräfte bzw. der Schnittenergie
korreliert. Deshalb wird eine von den beim Zerhacken des Ernteguts
wirkenden Schnittkräften abhängige Größe
durch einen Sensor gemessen und ein von der erfassten Größe
abhängiges Signal durch eine Auswertungseinrichtung zeitlich
integriert, um eine Information hinsichtlich der Schärfe
der Häckselmesser zu erzeugen.
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Die
erzeugte Information kann bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dazu dienen, eine Schleifdauer und/oder Anzahl an
Schleifvorgängen zu bestimmen, mit der die Häckselmesser wieder
in einen geschärften Zustand verbracht werden können.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Schleifvorgang
zu beliebigen, geeigneten Zeiten erfolgen kann, beispielsweise bei
einer Straßenfahrt, und selbsttätig an den aktuellen
Schärfezustand der Häckselmesser angepasst wird.
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Die
Auswertungseinrichtung berechnet die Schleifdauer und/oder Anzahl
an Schleifvorgängen vorzugsweise derart, dass nach dem
Schleifvorgang ein geschärfter Zustand der Häckselmesser
erreicht wird, der dem Zustand der Häckselmesser nach dem letzten,
vorhergehenden Schleifvorgang oder einem Referenz-Schärfezustand
entspricht.
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Um
Ernteguteigenschaften oder andere Einflüsse berücksichtigen
zu können, kann die von der Auswertungseinrichtung empfohlene
Schleifdauer oder Anzahl der Schleifzyklen über einen in
die Auswertungseinrichtung eingebbaren Korrekturfaktor nach oben
oder unten beeinflusst werden.
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Bei
einer anderen Ausführungsform kann die Auswertungseinrichtung
die gewonnene Information hinsichtlich der Schärfe der
Häckselmesser mit einem Schwellenwert vergleichen, so dass
sie bei Unterschreitung einer vorgegebenen Schärfe der
Häckselmesser selbsttätig einen Schleifvorgang
veranlassen kann, indem sie den Bediener entsprechend informiert
und/oder die Schleifeinrichtung selbsttätig aktiviert,
nachdem der Erntegutfluss durch den Bediener oder zwangsweise unterbrochen
wurde.
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Vorzugsweise
werden die wirkenden Schnittkräfte durch eine Vibrationsmessung
ermittelt. Es kann ein einziger Vibrationssensor verwendet werden,
der in der Richtung der wirkenden Schnittkräfte sensitiv
ist, oder es wird mindestens ein in zwei zueinander unterschiedlichen,
beispielsweise orthogonalen Richtungen sensitiver Vibrationssensor
verwendet. Im zweiten Fall werden die resultierenden Schnittkräfte
bestimmt, indem die den unterschiedlichen Richtungen zuzuordnenden
Signale vektoriell derart überlagert werden, dass das resultierende
Signal ein Maß für die sich in der Schnittrichtung
erstreckenden Vibrationen ist. Dazu können die den unterschiedlichen
Richtungen zugehörigen Signale des Vibrationssensors vektoriell
addiert werden, indem sie quadriert, die Quadrate addiert und schließlich
daraus die Quadratwurzel gezogen werden. Anstelle einer Vibrationsmessung
können die wirkenden Schnittkräfte aber auch durch
Kraftsensoren erfasst werden, die beispielsweise zwischen der Gegenschneide
und dem sie am Rahmen des Feldhäckslers abstützenden
Gegenschneidenbett angeordnet sind.
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Der
Vibrationssensor oder die Vibrationssensoren können direkt
an der Gegenschneide oder am Gegenschneidenbett oder an einer beliebigen
anderen Stelle des Feldhäckslers angebracht werden, an der
beim Schneidvorgang entstehende Vibrationen erfasst werden können,
beispielsweise an der Lagerung der Häckseltrommel.
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Die
Signale des Sensors werden vor der Integration vorzugsweise gefiltert,
um Störeinflüsse möglichst weitgehend
auszuschließen. Die Grenzfrequenzen der Filterung können
fest vorgegeben oder veränderbar sein. Es kann beim Entwurf
der Auswertungseinrichtung oder selbsttätig durch diese
während des Betriebs eine spektrale Analyse der von den Häckselmessern
hervorgerufenen Vibrationen durchgeführt werden, um die
Grenzfrequenzen möglichst eng setzen zu können,
so dass die Filter in einem möglichst hohen Maße
nur die von den Häckselmessern hervorgerufenen Vibrationssignale
passieren lassen.
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Weiterhin
kann die Form der Hüllkurve des Signals bei der Auswertung
berücksichtigt werden, um die Stoßhaltigkeit des
Schnittvorgangs zu ermitteln. Dazu kann insbesondere der Scheitelfaktor
der Hüllkurve ermittelt werden. Diese wird dann durch die Auswertungseinrichtung
integriert, um eine Information über von den Häckselmessern
erfahrene, besonders harte Stöße zu erhalten,
die einen besonderen Verschleiß der Häckselmesser
bedingen und somit die Schärfe der Häckselmesser
beeinflussen. Alternativ oder zusätzlich wird die Schnittenergie
bestimmt, indem die Dicke der geschnittenen Gutmatte mit der Schnittkraft
multipliziert und das Produkt dann über die Zeit integriert
wird. Bei diesen beiden Auswertungsverfahren kann eine ordnungsbezogene Analyse
erfolgen, d. h. eine Berücksichtigung der Drehzahl der
Häckseltrommel, um die erfassten Signale einzelnen Schnittvorgängen
zuordnen zu können.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein
Kennwert über die Zeit aufsummiert oder integriert, der
proportional zur jeweiligen Messerverschleißrate ist und
anhand einer spektralen Zerlegung der erfassten, beim Schnittvorgang entstehenden
Vibrationen gebildet wird. Hierzu werden die Amplituden der durch
den Vibrationssensor erfassten Schwingungen in einem schmalen Band um
die Schnittfrequenz jedes Messers (d. h. die Anzahl der durch das
Messer in einer Zeiteinheit durchgeführten Schnittvorgänge)
sowie die Amplituden bei den ganzzahligen Vielfachen (Harmonischen)
der Schnittfrequenz erfasst. Dazu kann (im Zeitbereich) eine Filterung
der Signale des Vibrationssensors durchgeführt werden,
oder es wird eine Fouriertransformation durchgeführt, um
die Signale in den Frequenzbereich zu transformieren und zu analysieren. Die
erwähnten Amplituden können gewichtet aufsummiert
werden, um den Kennwert zu berechnen, d. h. der Grundfrequenz und
jeder Harmonischen wird ein Wichtungsfaktor zugeordnet, mit dem
die jeweilige Amplitude multipliziert wird, und dann werden die
einzelnen Produkte aufsummiert, um den Kennwert zu bestimmen. Neben
dem reinen Amplitudenspektrum kommen auch davon abgeleitete Spektren in
Frage, wie die spektrale Leistungsdichte (PSD, power spectrum density,
die die Energieverteilung des Signals auf die enthaltenen Frequenzen
angibt), logarithmische Amplituden oder eine logarithmische spektrale
Leistungsdichte.
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Schließlich
kann in der Auswertungseinrichtung eine Kennlinie hinterlegt sein,
mit der diese einen nichtlinearen Verlauf zwischen dem Zeitintegral des
erfassten Signals des Sensors und der Schärfe der Häckselmesser
kompensiert.
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Ausführungsbeispiele
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In
den Zeichnungen sind mehrere nachfolgend näher beschriebene
Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
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1 eine
Erntemaschine, an der die erfindungsgemäße Einrichtung
verwendbar ist, in Seitenansicht und in schematischer Darstellung,
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2 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Einrichtung,
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3 eine
schematische Darstellung der Häckseltrommel mit anderen
möglichen Anbringungspunkten für Vibrationssensoren,
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4 eine
erste Ausführungsform einer Integrationseinrichtung zur
Bestimmung des Schnittkräfteintegrals,
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5 eine
zweite Ausführungsform einer Integrationseinrichtung zur
Bestimmung des Schnittkräfteintegrals,
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6 eine
dritte Ausführungsform einer Integrationseinrichtung zur
Bestimmung des Schnittkräfteintegrals,
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7 eine
vierte Ausführungsform einer Integrationseinrichtung zur
Bestimmung des Schnittkräfteintegrals,
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8 eine
fünfte Ausführungsform einer Integrationseinrichtung
zur Bestimmung des Schnittkräfteintegrals,
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9 eine
sechste Ausführungsform einer Integrationseinrichtung zur
Bestimmung des Schnittkräfteintegrals,
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10 eine
siebte Ausführungsform einer Integrationseinrichtung zur
Bestimmung des Schnittkräfteintegrals, und
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11 ein
Flussdiagramm, nach dem die Auswertungseinrichtung der Einrichtung
arbeitet.
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Eine
in 1 gezeigte Erntemaschine 10 in der Art
eines selbstfahrenden Feldhäckslers baut sich auf einem
Rahmen 12 auf, der von vorderen und rückwärtigen
Rädern 14 und 16 getragen wird. Die Bedienung
der Erntemaschine 10 erfolgt von einer Fahrerkabine 18 aus,
von der aus eine Erntegutaufnahmevorrichtung 20 in Form
einer Pickup einsehbar ist. Mittels der Erntegutaufnahmevorrichtung 20 vom Boden
aufgenommenes Gut, z. B. Gras oder dergleichen, wird einer mit Häckselmessern 48 besetzten Häckseltrommel 22 zugeführt,
die es in kleine Stücke häckselt und es einer
Fördervorrichtung 24 aufgibt. Das Gut verlässt
die Erntemaschine 10 zu einem nebenher fahrenden Anhänger über
einen drehbaren Austragsschacht 26. Zwischen der Häckseltrommel 22 und
der Fördervorrichtung 24 befindet sich eine Nachzerkleinerungsvorrichtung 28,
durch die das zu fördernde Gut der Fördervorrichtung 24 tangential zugeführt
wird. Zwischen der Erntegutaufnahmevorrichtung 20 und der
Häckseltrommel 22 wird das Gut durch untere Vorpresswalzen 30, 32 und
obere Vorpresswalzen 34, 36 transportiert.
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Es
wird nun auf die 2 Bezug genommen, anhand der
erkennbar ist, dass die um den Umfang der Häckseltrommel 22 verteilten
Häckselmesser 48 wirken mit einer Gegenschneide 38 zusammen,
um das Gut zu häckseln. Die Gegenschneide 38 ist
mit einer Verstelleinrichtung 40 (vgl. 2)
versehen, die zum Verfahren der Gegenschneide 38 in horizontaler
Richtung auf die Häckseltrommel 22 zu und von ihr
fort eingerichtet ist. Sie dient zum Einstellen der Größe
des Schneidspalts. An beiden seitlichen Enden eines die Gegenschneide 38 am
Rahmen 12 abstützenden Gegenschneidenbetts 58 ist
jeweils ein Vibrationssensor 42 angeordnet.
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Der
am Gegenschneidenbett 38 befestigte Vibrationssensor 42 ist
Bestandteil einer Einrichtung zur Bestimmung der Schärfe
der Häckselmesser 48, die in der 2 insgesamt
dargestellt ist. Der Vibrationssensor 42 umfasst eine an
Federn 50 aufgehängte Masse 52, deren
Position durch einen Positionssensor 54 erfassbar ist,
der beispielsweise kapazitiv oder induktiv arbeitet. Wird die Gegenschneide 38 beschleunigt,
wird auch das daran vorzugsweise abnehmbar befestigte Gehäuse 56 des
Vibrationssensors 42 beschleunigt, während die
Masse 52 aufgrund ihrer Massenträgheit zunächst
stationär bleibt und sich aufgrund der Aufhängung
an den Federn 50 erst verzögert in Bewegung setzt.
Die Relativbewegung zwischen Gehäuse 56 und Masse 52 wird
durch den Positionssensor 54 nachgewiesen. In der 2 erfasst
der Vibrationssensor 42 in einer sich von der der Häckseltrommel 22 benachbarten
Fläche des Gegenschneidenbetts 58 schräg
nach unten und vorn erstreckenden Richtung verlaufende Schwingungen,
da die Federn 50 sich schräg nach unten und vorn
erstrecken. Die sensitive Richtung des Vibrationssensors 42 erstreckt
sich demnach etwa parallel zur Diagonalen der Gegenschneide 38.
Es ist beabsichtigt, dass die sensitive Richtung des Vibrationssensors 42 sich
parallel zu der Richtung erstreckt, in welcher die beim Häckseln
des Ernteguts wirkenden Schnittkräfte auf die Gegenschneide 38 einwirken,
damit der Vibrationssensor 42 eine Information über
diese Schnittkräfte bereitstellt. Die Position des Vibrationssensors 42 oder
zumindest der Federn 50 und der Masse 52 kann
verstellbar, insbesondere um die Längsachse des Gegenschneidenbetts 58 oder
eine dazu parallel verlaufende Achse drehbar sein, um die sensitive
Richtung des Vibrationssensors 42 möglichst genau
auf die Richtung der Schnittkräfte auszurichten.
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Wie
in der Zeichnung angedeutet, können Vibrationssensoren 42, 42' an
beiden Enden des Gegenschneidenbetts 58 (oder an beliebigen
Positionen dazwischen) angeordnet sein. Die Ausgangssignale der
Positionssensoren 54 der Vibrationssensoren 42, 42' werden
einer Auswertungseinrichtung 46 zugeführt, die
beispielsweise in der Fahrerkabine 18 angeordnet sein könnte.
Die Auswertungseinrichtung 46 umfasst einen Verstärker 44,
einen Analog/Digitalwandler 62, eine Integrationseinrichtung 64 und
eine Auswertungsschaltung 66. Der Verstärker 44 verstärkt
die einlaufenden Signale der Vibrationssensoren 42 und
ggf. 42', während der Analog/Digitalwandler 62 die
verstärkten Ausgangssignale des Verstärkers in
digitale Werte umwandelt. Der Integrierer 64 und die Auswertungsschaltung 66 sind
demnach als digitale Schaltungen in Form eines Mikroprozessors 68 realisiert,
obwohl sie in einer anderen Ausführungsform auch als Analogschaltung
oder diskrete Digitalschaltung realisierbar wären.
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Die 3 zeigt
alternative Anbringungsmöglichkeiten und Ausführungsformen
für die Vibrationssensoren 42'' und 42'''.
Eine Anbringungsmöglichkeit ist an der der Häckseltrommel 22 abgewandten
Fläche der Gegenschneide 38, an deren Mitte der
Vibrationssensor 42'' an einer Halterung 60 befestigt
ist. Eine weitere Anbringungsmöglichkeit für den
Vibrationssensor 42''' befindet sich an einer Lagerung 74, mit
der die Häckseltrommel 22 drehbar am Rahmen 12 abgestützt
ist. Wie in der 3 dargestellt, umfassen die
Vibrationssensoren 42'' und 42''' jeweils zwei Massen 52 und
Positionssensoren 54, deren sensitive Richtungen jeweils
orthogonal zueinander verlaufen, obwohl sie auch einen anderen,
von 0° und 180° unterschiedlichen Winkel einschließen
könnten. Derartige Vibrationssensoren mit jeweils zwei
Massen 52 und Positionssensoren 54 mit orthogonaler
(oder einen beliebigen anderen Winkel einschließenden) sensitiven
Richtungen können auch am Gegenschneidenbett 58 befestigt
werden, wie in der 2 dargestellt. In der Regel
umfasst die Einrichtung zur Bestimmung der Schärfe der
Häckselmesser 48 nur einen einzigen Vibrationssensor 42, 42', 42'' oder 42''',
obwohl auch zwei oder mehr der Vibrationssensoren 42, 42', 42'' oder 42''' vorhanden
sein können, um die Genauigkeit zu verbessern und bei Ausfall
eines der Vibrationssensoren 42, 42', 42'' oder 42''' hinreichend
Redundanz bereitzustellen. Bei der Auswertung können die
Signale der beiden Positionssensoren 54 eines Vibrationssensors 42'' oder 42''' vektoriell überlagert
werden, indem die Signale x, y der Vibrationssensoren mit quadriert
und addiert werden und schließlich die Quadratwurzel gezogen
wird: (x2 + y2)1/2
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Die 4 zeigt
eine erste Ausführungsform einer Integrationseinrichtung 64 zur
Bestimmung des Schnittkräfteintegrals, bei der die Signale
der Vibrationssensoren 42, 42', 42'' oder 42''' zunächst
optional durch ein Bandpassfilter 76 geschickt werden. Dann
werden durch einen Mittelwertbildner 78 die Signale gemittelt,
was in an sich bekannter Weise durch einen Gleichrichter und eine
Kondensator erfolgen kann. Schließlich werden die Mittelwerte
der Signale in einem Integrierer 80 zeitlich aufintegriert.
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Die 5 zeigt
eine zweite Ausführungsform einer Integrationseinrichtung 64 zur
Bestimmung des Schnittkräfteintegrals, bei der die Signale
der Vibrationssensoren 42, 42', 42'' oder 42''' zunächst
einer Fouriertransformationseinrichtung 82 zugeführt
werden. Dann werden die fouriertransformierten Signale optional
durch ein Bandpassfilter 84 geschickt. Schließlich
werden die Mittelwerte der fouriertransformierten Signale in einem
Integrierer 86 zeitlich und über die Frequenz
aufintegriert.
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Die 6 zeigt
eine dritte Ausführungsform einer Integrationseinrichtung 64 zur
Bestimmung des Schnittkräfteintegrals, bei der die Signale
der Vibrationssensoren 42, 42', 42'' oder 42''' zunächst
optional durch ein Bandpassfilter 76 geschickt werden.
Sie werden dann einem Wandler 88 zugeführt, der
ihre zeitliche Zuordnung in eine Winkelzuordnung umwandelt, basierend
auf einer Drehzahlinformation hinsichtlich der Drehzahl der Häckseltrommel 22,
die ihm über einen CAN-Bus zugeführt wird. Diese
Signale werden dann einer Fouriertransformationseinrichtung 90 zugeführt.
Dann werden die fouriertransformierten Signale optional durch ein
weiteres Bandpassfilter 92 geschickt. Schließlich
werden die Mittelwerte der fouriertransformierten Signale in einem
Integrierer 86 zeitlich und über die Frequenz
aufintegriert.
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Die 7 zeigt
eine vierte Ausführungsform einer Integrationseinrichtung 64 zur
Bestimmung des Schnittkräfteintegrals, bei der die Signale
der Vibrationssensoren 42, 42', 42'' oder 42''' zunächst
optional durch ein Bandpassfilter 76 geschickt werden.
Sie werden dann einem Wandler 88 zugeführt, der
ihre zeitliche Zuordnung in eine Winkelzuordnung umwandelt, basierend
auf einer Drehzahlinformation hinsichtlich der Drehzahl der Häckseltrommel 22,
die ihm über einen CAN-Bus zugeführt wird. Diese
Signale werden dann einer Hilberttransformationseinrichtung, um
die Hüllkurve zu extrahieren, und anschließend
einer Fouriertransformationseinrichtung 90 zugeführt.
Dann werden die fouriertransformierten Signale optional durch ein
weiteres Bandpassfilter 92 geschickt. Schließlich
werden die Mittelwerte der fouriertransformierten Signale in einem
Integrierer 86 zeitlich und über die Frequenz
aufintegriert. Das Integral ist ein Maß für die
Stöße, denen die Häckselmesser 48 ausgesetzt
wurden.
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Die 8 zeigt
eine fünfte Ausführungsform einer Integrationseinrichtung 64 zur
Bestimmung des Schnittkräfteintegrals, bei der die Signale
der Vibrationssensoren 42, 42', 42'' oder 42''' zunächst
optional durch ein Bandpassfilter 76 geschickt werden.
Sie werden dann einem ersten Integrierer 94 zugeführt. Die
Integration der Signale der Vibrationssensoren 42, 42', 42'' oder 42''' ergibt
eine Geschwindigkeit, da die Vibrationssensoren 42, 42', 42'' oder 42''' ihrerseits
die Beschleunigungen erfassen. Diese Geschwindigkeit wird dann in
einem Quadrierer 96 quadriert, um die kinetische Energie
zu ermitteln, die schließlich in einem weiteren Integrierer 98 über
die Zeit integriert wird.
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Die 9 zeigt
eine sechste Ausführungsform einer Integrationseinrichtung 64 zur
Bestimmung des Schnittkräfteintegrals, bei der die Signale der
Vibrationssensoren 42, 42', 42'' oder 42''' mit
einer Größe h multipliziert und dann in einem
Integrierer 114 über die Zeit integriert werden.
Die Größe h entspricht der Schichtdicke der gehäckselten
Erntegutmatte und wird beispielsweise mittels eines Sensors erfasst,
der den Abstand zwischen den oberen Vorpresswalzen 34, 36 und
den unteren Vorpresswalzen 30, 32 erfasst. Hierbei
wird die Schnittenergie bestimmt, die sich durch Multiplikation
des Wegs h (Schichtdicke) mit der Schnittkraft ergibt. Letztere wird
anhand der zu ihr proportionalen Beschleunigung gemessen, die mittels
der Vibrationssensoren 42, 42', 42'' oder 42''' erfasst
wird.
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In
der 10 wird eine siebte Ausführungsform einer
Integrationseinrichtung 64 zur Bestimmung des Schnittkräfteintegrals
dargestellt. Analog zur Ausführungsform nach 6 werden
die Signale der Vibrationssensoren 42, 42', 42'' oder 42''' zunächst
optional durch ein Bandpassfilter 76 geschickt. Sie werden
dann einem Wandler 88 zugeführt, der ihre zeitliche
Zuordnung in eine Winkelzuordnung umwandelt, basierend auf einer
Drehzahlinformation hinsichtlich der Drehzahl der Häckseltrommel 22,
die ihm über einen CAN-Bus zugeführt wird. Diese
Signale werden dann einer Fouriertransformationseinrichtung 90 zugeführt.
Einer Recheneinrichtung 116 steht dann ein Signal x(f)
zur Verfügung, das die jeweilige Amplitude x der erfassten
Vibrationen bei den Frequenzen f wiedergibt. Die Schnitt- oder Messereingriffsfrequenz,
d. h. die Anzahl der Schnittvorgänge, die jedes der Häckselmesser 48 pro
Zeiteinheit durchführt, wird als f1 bezeichnet,
während die 2, 3 oder n-fachen der Schnittfrequenz (d.
h. die höheren Harmonischen) mit f2,
f3 und fn bezeichnet
werden. In der Recheneinrichtung 116 wird die Amplitude x1 bei der Schnittfrequenz f1 mit
einem Wichtungsfaktor a1 multipliziert.
Außerdem wird die Amplitude x2 bei
der 2. Harmonischen f2 der Schnittfrequenz
mit einem Wichtungsfaktor a2 multipliziert
und hinzuaddiert, wie auch die Amplitude x3 bei
der 3. Harmonischen f3 der Schnittfrequenz
mit einem Wichtungsfaktor a3 multipliziert
und hinzuaddiert wird. Diese Summierung erfolgt bis zu einer oberen
Harmonischen n, die beispielsweise 5 oder 12 betragen kann. Auf
diese Weise wird in der Recheneinrichtung 116 ein Kennwert
K bestimmt, der dann in einem Integrierer 118 über
die Zeit hochintegriert wird, um das Schnittkraftintegral zu bestimmen.
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Im
Folgenden wird anhand des in der 11 wiedergegebenen
Flussdiagramms die Funktionsweise der Auswertungseinrichtung 46 erläutert.
Nach dem Start im Schritt 100 wird im folgenden Schritt 102 der
Integrierer 64 auf Null gesetzt, so dass das dort abgespeicherte
Schnittkraftintegral zunächst zurückgesetzt wird.
Im folgenden Schritt 104 werden die einlaufenden Schwingungssignale
von den Vibrationssensoren 42, 42' in der Integrationseinrichtung 64 aufintegriert,
beispielsweise wie vorhergehend anhand einer oder mehrerer oder
aller der 4 bis 9 dargestellt
und beschrieben wurde.
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Es
folgt der Schritt 106, in dem der Mikroprozessor 68 abfragt,
ob über eine Bedienereingabevorrichtung 70, die
sich vorzugsweise in der Fahrerkabine 18 befindet, eine
Eingabe erfolgt ist, gemäß der eine Berechnung
der Schleifdauer durchzuführen ist. Falls das nicht zutrifft,
folgt wieder der Schritt 104, während anderenfalls
der Schritt 108 durchgeführt wird, in dem die
von der Integrationseinrichtung 64 integrierten Signale
durch die Auswertungsschaltung 66 verwendet werden, um
eine angemessene Schleifdauer zu berechnen, die es ermöglicht,
mittels einer Schleifeinrichtung 72 wieder eine angemessene
Schärfe der Häckselmesser 48 herzustellen.
Es wird demnach die Möglichkeit geboten, den Schleifvorgang
zu einem geeigneten Zeitpunkt durchzuführen, z. B. bei
der Fahrt auf einer Straße oder bei einer Erntepause, und
selbsttätig die angemessene Schleifdauer zu berechnen.
Hierbei können die Ergebnisse der Integrationseinrichtungen 64 gemäß einer
oder mehrerer oder aller der 4 bis 10 einzeln
oder in beliebiger Kombination verwendet werden, wobei im Schritt 108 beispielsweise
jeweils das integrierte Signal aus den 4 bis 10 zur Berechnung
der Schleifdauer verwendet werden kann, das zur längsten
Schleifdauer führt, oder es wird ein Mittel aus den Ergebnissen
der Integrationseinrichtungen 64 aus den 4 bis 10 verwendet.
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Im
Einzelnen kann berechnet werden, wie lange ein Schleifstein der
Schleifeinrichtung
72 über die Breite der Häckseltrommel
22 hin-
und herbewegt wird, oder es wird die Anzahl der Bewegungen über die
Breite der Häckseltrommel
22 bestimmt, wobei von
einer festen, vorgegebenen Bewegungsgeschwindigkeit ausgegangen
wird. Auch kann die Schleifzeit über die Breite der Häckseltrommel
22 unterschiedlich
gewählt werden, um der im Bereich der Mitte der Häckseltrommel
22 gegenüber
den Außenseiten größeren oder kleineren
Abnutzung Rechnung zu tragen. Hierzu sei auf die
DE 100 35 742 A1 verwiesen,
deren Offenbarung durch Verweis mit in die vorliegenden Unterlagen
aufgenommen wird. Weiterhin kann durch die Bedienereingabeeinrichtung
70 ein
Korrekturfaktor eingegeben werden, um die empfohlene Anzahl der
Schleifvorgänge bzw. die Schleifdauer nach oben oder unten
zu beeinflussen und beispielsweise Materialeigenschaften wie der
Härte des Ernteguts oder der Qualität der Häckselmesser
48 Rechnung
zu tragen. Außerdem kann durch eine in der Auswertungsschaltung
66 abgelegte
Kalibrierkennlinie eine nichtlineare Abhängigkeit zwischen dem
erfassten Signal des Vibrationssensors
42 und der Schärfe
der Häckselmessers
48 kompensiert werden. Schließlich
wird im Schritt
108 berücksichtigt, welche Schärfe
die Häckselmesser
48 nach dem Schleifvorgang erreichen
sollen. Diese Information wird aus einem Speicher entnommen, der
bei einem vorhergehenden Durchlauf des Flussdiagramms der
3 mit
einem Wert für die Signale des Vibrationssensors
42 unmittelbar
nach einem Schleifvorgang beaufschlagt wurde (vgl. Schritt
112).
Alternativ kann eine Information über die zu erreichende
Schärfe fest vorgegeben und abgespeichert sein.
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Falls
der Mikroprozessor 68 während des Schritts 108 nicht
in der Lage sein sollte, gleichzeitig weitere Schnittkraftsignale
zu integrieren (Schritt 104), können die in der
für den Schritt 108 benötigten Zeit angefallenen
Signale statistisch interpoliert werden. Im Schritt 110 erfolgt
dann ein Schleifvorgang mittels der Schleifeinrichtung 72,
die selbsttätig durch die Auswertungseinrichtung 46 angesteuert
werden kann. Außerdem wird die Anzahl und/oder Dauer der insgesamt
durchzuführenden und der durchgeführten oder noch
fehlenden Schleifvorgänge auf der Bedienereingabeeinrichtung 70 angezeigt.
Dem Schritt 110 folgt der Schritt 112, in dem
bei einem nachfolgenden Erntevorgang ein Schnittkraftsignal über
eine hinreichend lange Zeit erfasst und abgespeichert wird. Dieser
abgespeicherte Wert wird im nachfolgenden Schritt 108 benötigt.
Es folgt dann wieder der Schritt 102.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19903153
C1 [0003, 0007]
- - DE 10235919 A1 [0004, 0007]
- - DE 4133043 A1 [0005, 0007]
- - US 2007/0209344 A1 [0006, 0007]
- - DE 10035742 A1 [0047]