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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung der Schärfe einer Schneidkante von Schneidwerkzeugen, die an Landmaschinen, insbesondere an Erntemaschinen vorhanden sein können.
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Die Schärfe von Schneidkanten an Schneidwerkzeugen bestimmt wesentlich die zum Schneiden erforderlichen Kräfte, die an Schneidwerkzeugen aufgebracht werden müssen. Bei Erntemaschinen und insbesondere bei Feldhäckslern ist der Leistungsbedarf für die Schneidwerkzeuge erheblich. So erhöhen stumpfe Schneidkanten den Kraftstoffbedarf entsprechend. Er kann dabei doppelt so hoch, als bei scharfen Schneidkanten sein. Ein Nachschleifen zum Schärfen ist daher nach entsprechender Betriebszeit erforderlich.
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Sehr häufiges Schleifen führt aber dazu, dass die Standzeiten der Schneidwerkzeuge ebenso verkürzt werden, wie die nutzbare Einsatzzeit einer Erntemaschine.
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Es ist daher gewünscht, eine Optimierung hierfür zu erreichen, mit der ein Nachschärfen immer nur dann erfolgt, wenn es tatsächlich erforderlich ist.
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So sind Ansätze zur Lösung dieses Problems in
DD 286 735 A5 ,
DD 286 736 A5 und
DD 286 737 B5 enthalten. Dabei soll einmal bei rotierender Häckseleinrichtung der Anteil der in der Schneidebene liegenden Häckselmesserflächen über die gesamte in der Schneidebene liegende Rotationsfläche berührungslos ermittelt und als Messgröße für die Schärfe dienen.
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Des Weiteren soll der Abstand der Schneidkante von einem Bezugspunkt berührungsfrei ermittelt und für die Schärfebestimmung genutzt werden.
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In
DD 286 737 B5 wird vorgeschlagen, mit einem Geber bei der Bewegung durch elektrische Induktion auftretende positive und negative elektrische Spannungsimpulse zu ermitteln.
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Die darin vorgeschlagenen technischen Lösungen sind jedoch in der erreichbaren Messgenauigkeit und der Empfindlichkeit der eingesetzten Sensoren oder Geber nicht geeignet, um der gewünschten Optimierung ausreichend nahe zu kommen.
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In
US 5,196,800 B1 wird vorgeschlagen, die Schärfe einer Schneidkante mit einem kapazitiven Sensor zu bestimmen, der mit einer Vorrichtung sehr genau positioniert auf eine Schneidkante aufgesetzt werden soll. Der Abstand der jeweiligen Schneidkante zu dem sensitiven Teil des Sensors hat einen erheblichen Einfluss auf das Messergebnis. Die daraus bekannte Vorrichtung ist entsprechend großvolumig ausgebildet, benötigt daher einen großen Raum, so dass ein mobiler Einsatz, wie er an Erntemaschinen erforderlich ist, zumindest erschwert ist. Es werden auch hohe Anforderungen an den Aufbau eines hierfür eingesetzten kapazitiven Sensors bzgl. seiner Messempfindlichkeit gestellt.
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Aus der
WO 91/16180 A1 ist ein Verfahren zur Schnittqualitätserfassung einer Schneidmaschine für Papier, Pappe oder dergleichen sowie ein Schneidmaschine dafür bekannt. Bei der Schneidmaschine ist ein in einem Messerhalter befindliches keilförmiges Schneidmesser, mit dem ein Schneitgutstapel durchtrennt werden kann, vorhanden. Dabei wird nach dem Aufsetzen der Messerschneide auf den Schneidgutstapel und beim Durchtrennen des Schneidgutstapels, die aufzubringende Betätigungskraft und/oder eine auf das Schneidmesser oder den Messerbehälter einwirkende Durchbiegung erfasst und ausgewertet.
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Die
DE 102 35 919 B4 betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der Schärfe von Häckselmessern. Dabei soll zwischen mindestens zwei Zeitpunkten wenigstens eine charakteristische Kenngröße der beim Betrieb verursachten Betriebsschwingung eines Bauelements des Häckselaggregates gemessen werden.
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Ein Verfahren zur Bestimmung der Schärfe von Häckselmessern ist aus
DE 199 03 153 C1 bekannt. Dabei soll bei scharfem Häckselmesser und bei Vorliegen des empfohlenen Schneidspaltes die Belastung auf die Gegenschneide in x- und y-Richtung gemessen und der aus beiden Messwerten gebildete Quotient gespeichert werden. Der sich während des Einsatzes verändernde Quotient wird mit gespeicherten Werten verglichen und das Erreichen eines Schwellwertes wird signalisiert.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten anzugeben, mit denen die Schärfebestimmung an Schneidkanten mit hoher Genauigkeit, Flexibilität im mobilen Einsatz möglich ist und Fehlmessungen vermieden werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Dabei kann die Schärfebestimmung mit einem Verfahren nach Anspruch 10 durchgeführt werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisierbar.
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An einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Schärfe von Schneidkanten an Schneidwerkzeugen von Erntemaschinen kann ein Detektionselement mit einer Druckkraft auf die Schneidkante eines Schneidwerkzeugs mit Hilfe einer Anpresseinrichtung gegen die Schneidkante bewegt werden. Das Detektionselement ist mit einem elektrischen Leiter, der an eine elektrische Spannungsversorgung angeschlossen ist und einem Verformungselement, das aus einem plastisch oder elastisch verformbaren und elektrisch nicht leitenden Werkstoff gebildet ist, gebildet. Dabei ist das Verformungselement zumindest zwischen der Schneidkante und dem elektrischen Leiter angeordnet oder der elektrische Leiter damit beschichtet oder vom Verformungselement umschlossen sein. Außerdem ist ein Sensor zur Bestimmung der zwischen Detektionselement und Schneidkante wirkenden Druckkraft und/oder ein Wegsensor zur Bestimmung des vom Detektionselement zurück gelegten Weges vorhanden. Der elektrische Leiter, der eine oder beide Sensor(en) und die Anpresseinrichtung sind an eine elektronische Auswerte- und Steuereinheit angeschlossen.
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Bei einer Messung können die Druckkräfte vom Moment der Berührung des Verformungselements mit der Schneidkante gemessen und die Messwerte dann mit in einem Speicherelement hinterlegten Kalibrierdaten verglichen und dabei die Schärfe der Schneidkante bestimmt werden. Dabei sollte möglichst auch die maximale Druckkraft bei einem Messvorgang berücksichtigt sein, da sie eine sehr große Aussagefähigkeit hat.
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Ein an einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einsetzbares Detektionselement kann ein von einem Isolator umschlossener Metalldraht sein. Alternativ dazu können aber auch ein Band, als Verformungselement, das mit einer elektrisch leitenden Folie, als elektrischer Leiter, an der der Schneidkante abgewandten Seite versehen ist, ein Detektionselement bilden.
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In beiden Fällen besteht die Möglichkeit ein solches Detektionselement auf einer Rolle aufgewickelt einzusetzen, das bei der Bestimmung der Schärfe an unterschiedlichen Positionen sukzessive oder kontinuierlich abgewickelt werden kann, um eine Schärfebestimmung über die gesamte Länge, oder zumindest großen Bereichen einer Schneidkante vornehmen zu können. Bereits genutzte Bereiche eines Detektionselements können dann auf eine zweite Rolle aufgewickelt werden.
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Es besteht auch die Möglichkeit ein auf einer Rolle aufgewickeltes Detektionselement gemeinsam mit einer Rolle an die Schneidkante für die Schärfebestimmung anzupressen. Durch eine dabei durchgeführte Rotation der Rolle berühren dann unterschiedliche Bereiche des Detektionselements die Schneidkante und bei einer gleichzeitig dazu ausgeführten translatorischen Bewegung von Rolle und Detektionselement kann die gesamte Länge der Schneidkante geprüft werden.
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Als elektrisch nicht leitender plastisch oder elastisch verformbarer Werkstoff für ein Verformungselement kann ein Polymer oder Gummi eingesetzt werden.
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Wegen der Eigenschaften dieser Werkstoffe ist es vorteilhaft mit einem Temperatursensor die Temperatur zu messen. Dadurch kann die temperaturabhängig beeinflussbare Änderung des elektrisch nicht leitenden, plastisch oder elastisch verformbaren Werkstoffs des Verformungselements bei der Bestimmung der Schärfe der Schneidkante durch eine Kompensationsrechnung berücksichtigt werden.
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Bei der Erfindung können das jeweilige Schneidwerkzeug und der elektrische Leiter elektrisch leitend miteinander verbunden sein oder vor Beginn einer Messung miteinander elektrisch verbunden werden. Bei vollständiger Durchtrennung des Verformungselements berühren sich der elektrische Leiter und die Schneidkante des Schneidwerkzeugs, so dass ein elektrischer Stromfluss zu einem Kurzschluss führt. Dies kann dann einen Messvorgang beenden. Dadurch besteht auch die Möglichkeit ein entsprechendes Signal akustisch und/oder optisch zu generieren, das dem Bediener anzeigt, dass die Messung abgeschlossen ist. Der Vorgang kann an einer anderen Position der Schneidkante und mit einem unbeschädigten Bereich eines Detektionselements wiederholt und die Schärfe an der neuen Position der Schneidkante bestimmt werden.
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Die ermittelten einzelnen Schärfemesswerte können abgespeichert und an einem Display angezeigt werden. Mit ihnen kann eine Verrechnung, z. B. Mittelwertbildung oder auch die Standardabweichung berechnet werden. Dadurch kann der Messfehler soweit verringert werden, bis der Schärfewert innerhalb einer zulässigen Fehlertoleranz angegeben werden kann. Dann kann eine dementsprechend genaue Aussage erhalten werden, ob ein Nachschärfen erforderlich ist oder ob dies noch nicht erforderlich ist.
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Es besteht die Möglichkeit, die Messungen auch beim Nachschleifen durchzuführen, so dass lediglich so lange geschliffen wird, bis ein ausreichender Schärfegrad erreicht worden ist. Dadurch kann der erforderliche Zeitverlust, der durch das Schleifen bedingt ist, reduziert werden. Es wird auch ein höherer Verschleiß des Schneidwerkzeugs vermieden.
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Da üblicherweise auch die Menge an geerntetem Erntegut, dessen Feuchtigkeitsgehalt, enthaltene Verunreinigungen (z. B. Sand, Steine), die jeweilige Schnitthöhe, Häckselgutlänge u. a. m. bestimmt werden kann, können diese Werte auch zusätzlich genutzt werden, um erforderliche Zeitabstände für die Durchführung einer Schärfebestimmung und ggf. ein erforderliches Nachschleifen zu bestimmen. Es kann dadurch auch ein selbst lernendes System bilden, das die ermittelten Informationen und Messwerte nutzt, um die Prognosegenauigkeit zu verbessern.
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Es besteht aber auch mit einem geeigneten Messinstrument die Möglichkeit, die elektrische Kapazität zwischen elektrischem Leiter und der Schneidkante bei unzertrenntem Verformungselement zu bestimmen. Beim Anpressen ändert sich der Abstand zwischen Schneidkante und elektrischem Leiter, wodurch auch die elektrische Kapazität verändert wird. Bei gleichzeitiger Bestimmung des vom Detektionselement beim Anpressen zurück gelegten Weges, können beide Messwerte für die Schärfebestimmung zumindest mit genutzt werden. Für eine solche Ausbildung ist ein als Band ausgebildetes Detektionselement mit einer Folie, als elektrischer Leiter, günstiger. Prinzipiell ist aber auch ein Draht mit Isolator dabei einsetzbar.
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Eine Anpresseinrichtung kann manuell betätigt bzw. ausgelöst werden. Es ist aber auch ein nichtmanueller Betrieb möglich, bei dem mittels der elektronischen Auswerte- und Steuereinheit ein beispielsweise hydraulischer, pneumatischer oder mechanischer Antrieb die Anpresseinrichtung bewegt.
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Für die Bestimmung der Druckkraft können geeignete Sensoren, wie z. B. Dehnungsmessstreifen, Piezosensoren oder Drucksensoren, die ggf. auch in Druckleitungen für einen Anpressseinrichtungsantrieb angeordnet sein können, eingesetzt werden.
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Vorteilhaft kann ein Sensor zur Bestimmung der Geschwindigkeit vorhanden sein, mit dem die Geschwindigkeit mit der Schneidkante und Detektionselement beim Anpressen aufeinander zu bewegt werden. Die gemessene Geschwindigkeit kann dann gemeinsam mit den Messwerten für die Druckkraft oder der Kapazität bei der Schärfebestimmung berücksichtigt werden, da sie deren jeweilige Höhe des erfassten Messwertes mit bestimmen kann. In einer alternativen Ausführung kann ein Wegsensor mit gleichzeitiger Zeiterfassung einen solchen Geschwindigkeitssensor darstellen.
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Die gesamte Vorrichtung kann als externes mobil einsetzbares Handgerät ausgebildet sein. Sie kann aber auch an einer Erntemaschine installiert sein. Dabei kann sie an einer Führung, beispielsweise der Führung einer Schleifeinrichtung für die Schneidwerkzeuge installiert werden.
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Die ermittelten Messwerte können mit hierfür geeigneten Mitteln, auch drahtlos an eine Bordelektronik einer Erntemaschine übertragen werden.
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Zur Vermeidung von Positionierfehlern und insbesondere einem nicht richtigen Winkel, mit dem eine Schneidkante zum Detektionselement während der Messung ausgerichtet ist, können auf das Schneidwerkzeug Adapterelemente aufgesetzt oder diese in diese die Vorrichtung eingesetzt werden Es ist auch eine optische Justierhilfe einsetzbar, bei der ein Lichtstrahl für die Korrektur und richtige Ausrichtung zueinander genutzt werden kann.
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Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
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1 in schematischer Form ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
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2 ein Beispiel bei dem ein Detektionselement auf Rollen aufgewickelt sein kann.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Detektionselement 3 als von einem Isolator umschlossener Kupferdraht genutzt. Der Isolator aus einem Polymer bildet dabei das Verformungselement 3.2 und der Draht den elektrischen Leiter 3.1. Das Detektionselement 3 wird mit einer Anpresseinrichtung 2, die hier stark vereinfacht dargestellt ist, gegen die Schneidkante eines Schneidwerkzeuges 1 gedrückt. In der Darstellung ist dies durch eine Bewegung der Anpresseinrichtung 2 mit dem Detektionselement 3 vertikal nach oben und/oder eine vertikal nach unten gerichtete Bewegung des Schneidwerkzeugs 1 möglich.
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Das Detektionselement 3 liegt hier auf einer Druckplatte 2.1 auf. Die wirkenden Druckkräfte können bei der Messung mit dem Sensor 4 bestimmt werden. Der Draht als elektrischer Leiter 3.1 ist an eine elektrische Spannungsversorgung angeschlossen, was hier nicht dargestellt ist.
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Bei dem in 2 gezeigten Beispiel ist ein bandförmiges Detektionselement 3 genutzt. Das Verformungselement 3.2 ist aus einem Polymer mit einer Dicke von 0,1 mm bis zu einigen wenigen Millimetern gebildet. Die Dicke der Isolation, die ein Verformungselement 3.1 beim Beispiel nach 1 bildet, kann im gleichen Bereich gewählt werden. Auf der der Schneidkante des Schneidwerkzeugs 1 abgewandten Seite, ist auf das Verformungselement 3.2 eine Metallfolie geklebt, die den elektrischen Leiter 3.1 bildet.
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Der elektrische Leiter 3.1 und das Schneidwerkzeug 1 sind mit einer elektrischen Spannungsquelle 7 verbunden. So dass bei einem Durchtrennen des Verformungselements 3.2 mit der Schneidkante ein elektrischer Strom fließen kann, der zur Erkennung der Beendigung des Messvorgangs ausgenutzt werden kann.
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Das Detektionselement 3 ist bei diesem Beispiel auf zwei Rollen 5 und 6 aufgewickelt. Es kann von der Rolle 5 ab- und dann auf die Rolle 6 wieder aufgewickelt werden. Dadurch kann für weitere Messungen an unterschiedlichen Positionen einer Schneidkante ein neuer unverbrauchter und nicht bereits beschädigter Bereich eines Detektionselements 3 genutzt werden. Bereits benutzte Bereiche werden dann auf die Rolle 6 aufgewickelt. Die Vorrichtung kann in einem Gehäuse 8 mit einer Öffnung zum Einführen eines Schneidwerkzeuges 1 aufgenommen sein.
