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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Trennen und Aufnehmen von Schüttgütern von einem Untergrund.
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Stand der Technik:
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Insbesondere in der Landwirtschaft werden die geernteten Früchte, wie beispielsweise Rüben, nach der Entnahme und gegebenenfalls nach einer groben Reinigung vom Erdreich in Mieten am Feld zwischengelagert. In einem weiteren Arbeitsgang werden diese Mieten aus Früchten mit besonderen Vorrichtungen wie z. B. von Rübenverladegeräten aufgenommen und nach weiteren Reinigungsvorgängen auf Transportfahrzeuge und Anhänger verladen.
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Die
DE-10 2006 056 436 A1 zeigt eine derartige Vorrichtung. Die Besonderheit dieses Verladegerätes ist es, dass es eine Trennvorrichtung besitzt, welche sie vor sich herschiebt und die sich zwischen die Erdoberfläche und die darauf liegenden Früchte, insbesondere Rüben, drängt. Die Trennvorrichtung ist im wesentlichen eine in Fahrrichtung leicht nach unten geneigte Fläche, die sich unter die Früchte schiebt und diese über eine schiefe Ebene den Walzen und schneckenartigen Fördermitteln zuführt, die die Früchte schließlich über Förderbänder in Anhänger oder Transportfahrzeuge befördern.
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Beim Aufnehmen der Früchte von der Miete hängt es vom Geschick des Fahrers ab, dass die Trennvorrichtung so knapp wie möglich über die Erdoberfläche geschoben wird. Ist der Abstand zur Erdoberfläche zu groß, wird ein Teil der Früchte zerstört, halbiert oder verletzt und so die Qualität und die Ausbeute verschlechtert. Ist der Abstand der Trennvorrichtung zur Erdoberfläche zu gering, dringt die Trennvorrichtung ins Erdreich ein und fördert mit den Früchten nicht unerhebliche Mengen an Erde, die zu erhöhtem Verschleiß an den nachgeschalteten Förderwalzen oder Förderschnecken sowie an den Lagerelementen führt. Weiterhin werden die Früchte stärker verschmutzt, und es wird mehr Reinigungsaufwand nötig. Zudem steigt der Energieverbrauch, da beim Eindringen der Schneiden der Trennvorrichtung in das Erdreich der Vorschubwiderstand steigt.
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Erschwerend kommt hinzu, dass der Fahrer die genaue Stellung der Trennvorrichtung nicht sieht, da diese sich unter einem Schnittkegel von Früchten befindet.
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Mit einer einmaligen Einstellung der Höhe der Trennvorrichtung über dem Erdreich vor dem Einfahren in die Miete ist es ebenfalls nicht getan, da die Erd- oder Geländeoberfläche infolge des Erntevorgangs der vorangegangenen Fahrzeuge mit quer zur Mietlänge verlaufenden Fahrspuren und Furchen stark wellig und unregelmäßig ist. Zudem ist eine hohe Fahrgeschwindigkeit des Verladegerätes erwünscht, und der Fahrer muss schnelle Niveauwechsel der Trennvorrichtung durchführen.
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Da vom Führerstand aus die Aufnahme der Trennvorrichtung nicht eingesehen werden kann, ist nach dem Stand der Technik eine Videokamera unter der Trennvorrichtung oder in deren Nähe angebracht. Das Bild soll dem Fahrer in der Kabine Informationen geben, die er schnell in unterschiedliche Höhenverstellungen der Trennvorrichtung umsetzten muss. Nachteilig erweist sich die geringe Entfernung der Kameralinse zum Erdreich sowie die Anbringung hinter der Aufnahmevorrichtung, was zu schnellen Verschmutzungen der Linse führt. Außerdem lässt sich mit der Kamera nicht unter die Früchte bis zu der Spitze der Trennvorrichtung sehen, an der zwischen Erde und Früchten getrennt wird, sondern der Fahrer kann höchstens mit einiger Verzögerung erkennen, wenn er die Höhe falsch eingestellt hat.
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Als weiterer Nachteil ist zu sehen, dass bei manchen Erntevorgängen auch währen der Nacht durchgearbeitet wird und daher eine zusätzliche, mit Kosten verbundene Beleuchtung für die Kamera benötigt wird.
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Die im Weiteren beschriebene Erfindung hat die Aufgabe, dem Fahrer für eine manuelle Regelung die optimale Höhe der Trennvorrichtung anzugeben oder diese Höhe mit Hilfe einer Steuerung selbständig und automatisch zu regulieren.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff und den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und entsprechend dem Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. Dabei wird die Vorrichtung zur Höhenregulierung einer Trennvorrichtung für die Aufnahme von Schüttgutern mit mindestens einem Sensor unterhalb und/oder oberhalb der Trennvorrichtung ausgestattet.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren wird entsprechend den Messwerten der Sensoren der vertikale Abstand der Trennvorrichtung von der Erdoberfläche direkt oder indirekt von Hand oder automatisch verändert, um eine optimale Wirkung zu erhalten.
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Die Erfindung wird anhand der 1 bis 5 erläutert.
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1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel mit einer Trennvorrichtung 3, die an einem Verladegerät angeordnet ist und die gerade in der Stellung ist, bei der sie mit dem Abstand 7 zur Erdoberfläche unter den Früchten 5 eingeschoben wird, die auf der Erdoberfläche 10 liegen.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsvariante, bei der an der Ober- und Unterseite der Trennvorrichtung 3 jeweils ein Sensor 1 und ein Sensor 2 angeordnet ist.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der mehrere Sensoren 1, 1a sowie 2, 2a übereinander, sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite der Trennvorrichtung 3 angebracht sind und die Trennvorrichtung 3 im optimalen Abstand über dem Erdreich geführt wird und gerade in eine Anschüttung von Früchten eingedrungen ist.
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4 zeigt die Draufsicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels in Form eines Rübenernters. Hier werden die Rüben von den Seitenflanken der Miete zunächst über Förderwalzen 15 und Schneckenförderer 11 über die Trennvorrichtung 3 zur Gerätemitte bewegt und von dort mit Schnecken 12 weiter befördert. Auf der Oberseite der Trennvorrichtung 3 ist ein Sensor 1 in einem Gehäuse 8 angeordnet.
Die Vorrichtung wird in Fahrtrichtung 14 bewegt.
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5 zeigt die Draufsicht auf eine Trennvorrichtung 3 mit einem Sensor 1 im Gehäuse 8. Die Abstrahlrichtungen 17 des Sensors 1 können in einem Winkelbereich α von 0° bis 180° zur Fahrtrichtung 14 angeordnet sein.
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In einer bevorzugten Vorrichtung zur Aufnahme von Früchten, wie Kartoffeln oder Rüben, besteht die Trennvorrichtung 3 zumindest teilweise aus einem oder mehreren Blechen, die flächenhaft angeordnet sind. Aus Stabilitätsgründen bilden die Bleche ein keilförmiges Gebilde, das eine gewisse Festigkeit aufweisen muss, damit es nicht verbogen wird, wenn es zwischen der Geländeoberfläche und dem darauf geschütteten Schüttgut, wie z. B. Rüben, bewegt wird.
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Die Trennvorrichtung 3 kann durch bekannte Verstelltechniken nach dem Stand der Technik auf und ab bewegt werden, und auch der Anstellwinkel zur Geländeoberfläche ist einstellbar. Hinter der Trennvorrichtung 3 (nicht dargestellt) werden die Schüttgüter einer Weiterfördervorrichtung zugeführt, die aus mehreren Schneckenförderern 11 oder Förderwalzen 15 oder Förderbändern besteht, die die aufgenommenen Schüttgüter oder Früchte weiter kanalisieren und auf Anhänger zum Abtransport befördern. Weiterfördereinrichtungen können sich auch noch zusätzlich seitlich von der Trennvorrichtung 3 befinden (4).
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An der Trennvorrichtung 3 befindet sich mindestens ein Sensor 1, der oberhalb oder unterhalb der von der Trennvorrichtung 3 gebildeten Fläche angeordnet ist.
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Bevorzugterweise befindet sich jedoch mindestens ein Sensor 1 oberhalb und ein Sensor 2 unterhalb der Trennvorrichtung 3, um eindeutigere Messergebnisse zu erhalten.
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Die Sensoren 1 und 2 sind dabei Sensoren nach dem Stand der Technik, die entweder direkt oder indirekt die Dichte des Stoffes messen, an dem sie vorbeigeführt werden. Dabei sind Sensoren, die die Dichte direkt messen, sehr aufwendig, da die Materialien, durch die sie bewegt werden, in der Dichte variieren können und trocken oder nass sein können.
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Direkt messende Sensoren sind deshalb besonders empfindlich gegen die verhältnismäßig hohen auftretenden Kräfte beim Erntevorgang und gegen Feuchtigkeit, Verschmutzung sowie Verschleiß.
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Es bietet sich daher eine indirekte Messung an, bei der die Tatsache ausgenützt wird, dass zwischen den Früchten immer Hohlräume sind und sich die Früchte außerdem zueinander bewegen, wenn sie von der Trennvorrichtung 3 aufgenommen werden.
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Eine einfach aufzubauende Lösung, die zudem hervorragend mit den widrigen Umständen von Druck und Verschmutzung zurechtkommt, besteht in dem Einsatz von Radarsensoren zur Bestimmung der Dichte oder einem vergleichbaren Zustand des zu erntenden Schüttgutes. Dabei werden Radarstrahlen ausgesendet und deren reflektierte Signale ausgewertet.
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Die Sensoren selbst sind dabei durch eine Trennwand, Fenster oder ein Gehäuse von der Umwelt abgeschottet, die zwar die Radarstrahlen, nicht jedoch den Schmutz durchlässt. Auf diese Weise können die Sensoren nicht beschädigt werden.
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Bei einer Relativbewegung der Früchte zu dem Sensor, sei es durch eine Bewegung des Fahrzeugs, der Früchte auf der Trennvorrichtung 3 oder auch des Sensors 1 selbst, wechselt die Intensität der Reflexionen bei den Früchten mit den eingeschlossenen Luftbereichen sehr stark, bei der Erde jedoch nur unwesentlich. Dieser Effekt ist besonders stark, wenn die Fenster und somit die Richtung 17 für die Radarstrahlen zwar seitlich zur Fahrtrichtung 14 ausgerichtet sind, damit die Früchte oder die Erde möglichst wenig Druck auf die Messvorrichtung auszuüben vermögen, die Ausstrahlungsrichtung α der Radarstrahlen selbst jedoch leicht nach vorne oder hinten zu der Fahrtrichtung 14 geneigt ist.
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Die Sensoren 1, 2 bestehen im wesentlichen aus einem Sender und einem Empfänger. Diese könnten prinzipiell auch in einem gewissen Abstand zueinander auf der Trennvorrichtung 3 angeordnet sein. Die räumliche Trennung bedeutet jedoch einen höheren technischen Aufwand, insbesondere bei der Verlegung der Kabel sowohl für die Stromversorgung als auch zur Übertragung der Signale zur Auswertung.
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Zudem können sich im Zwischenraum die geernteten Früchte oder Schüttgüter verklemmen und die Funktionsweise beeinträchtigen.
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Bevorzugte Ausführungsvarianten für die Sensoren 1, 2 ... sind deshalb Sensoren, bei denen Sender und Empfänger in einem Gehäuse 8, 9 ... untergebracht sind und mit denen reflektierte Signale empfangen und ausgewertet werden.
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Dringt nun die Trennvorrichtung 3 mit den darauf befestigten Sensoren in die angehäuften Schüttgüter ein, so treten unterschiedliche Zustände auf.
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Im ersten Fall wird die Trennvorrichtung 3 so hoch über der Geländeoberfläche geführt, dass sich die Schüttgutelemente oder insbesondere die Früchte, z. B. Rüben, sowohl am oberen Sensor 1 als auch am unteren Sensor 2 vorbeibewegen können. Dabei wird von beiden Sensoren ein ähnliches, reflektiertes Signal empfangen, weil jeweils oberhalb und unterhalb der Trennvorrichtung 3 ein Material mit ähnlicher Dichte und ähnlichem Luftporengehalt vorbei bewegt wird. Das Radarsignal der Sensoren wird insbesondere bei größeren Früchten dadurch geprägt, dass dazwischen immer wieder Höhlräume, insbesondere luftgefüllte Zwickel, auftreten.
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Das empfangene Radarsignal weist daher ein charakteristisches Rauschen auf, welches deutlich größer ist als das von Erdmaterial aus dem Unterboden, das weniger oder keine Lufteinschlüsse aufweist.
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Im zweiten Fall steht die Trennvorrichtung 3 zu tief, d. h. die Spitze der Trennvorrichtung 3 dringt in den Boden der Geländeoberfläche 10 ein. Dies führt dazu, dass mit dem Schüttgut oder den Früchten, insbesondere Rüben, auch eine größere Menge Erdreich in den Bereich gelangt, in dem sich die Weiterfördervorrichtungen und Sammelvorrichtungen aus Schnecken und Walzen befinden. Dieses Erdreich füllt die Hohlräume zwischen den Früchten aus und das Rauschen des empfangenen Radarsignals ist damit deutlich geringer.
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Weist daher das Signal des Sensors 1 ein ähnliches oder sogar identisches Signal auf wie der Sensor 2, so bedeutet dies, dass die Aufnahme des Schüttgutes nicht optimal ist. Die Stellung der Trennvorrichtung 3 ist entweder zu hoch oder zu niedrig.
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Im ersten Fall bleiben die Früchte unterhalb der Trennvorrichtung 3 liegen oder sie werden zerquetscht und beschädigt und müssen in einem zweiten Arbeitsgang aufgelesen werden. Zudem sinkt die Qualität des Ernteguts und die Förderleistung und die Kosten steigen.
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Der zweite Fall führt insbesondere bei hoher Luftfeuchtigkeit und Regen zu erhöhter Verschmutzung der Vorrichtung und auch zur Steigerung des Verschleißes an den Vorrichtungen und in den Lagern. Zudem wirken deutlich höhere Kräfte auf das Fahrzeug, wenn die Trennvorrichtung 3 und folglich auch die seitlichen Förderwalzen 15 in den Boden eingedrückt werden. Im schlimmsten Fall kommt die Vorwärtsbewegung oder der Vortrieb des Fahrzeugs völlig zum Erliegen, der Fahrer muss zurücksetzen und neu anfahren. Die Folgen sind Leistungsminderung, erhöhter Zeitaufwand für die Ernte, Spritkostenerhöhung und eine schlechtere Qualität der Ernte.
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Die optimale Höhenstellung 7 der gesamten Aufnahmevorrichtung und insbesondere der Trennvorrichtung 3 ist gegeben, wenn der untere Sensor 2 voll im Erdreich ist und der obere Sensor 1 voll im Schüttgut. In diesem Fall misst der untere Sensor 2 die Dichte des Bodens, auf dem das Schüttgut liegt und der obere Sensor 1 die Dichte des Schüttgutes, das z. B. aus Rüben besteht – kombiniert mit den Luftporen dazwischen.
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Das Signal der oberen Sensoren 1 bzw. 1a, 1b usw. weist dann ein deutlich stärkeres Rauschsignal auf als das Signal der unteren Sensoren 2 bzw. 2a, 2b usw.
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Werden nun dem Fahrer die getrennten Signale der Sensoren 1 oberhalb und der Sensoren 2 unterhalb der Trennvorrichtung 3 angezeigt, so erkennt er sofort, ob er die gesamte Vorrichtung absenken oder anheben muss.
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Da die gesamte beschriebene Vorrichtung sich im Bereich der vordersten Kante der Trennvorrichtung 3 befindet, kann damit durch die erfindungsgemäße Vorrichtung unmittelbar eingegriffen werden und nicht erst dann, wenn die Auswirkungen der falschen Höheneinstellung hinter der Trennvorrichtung 3 sichtbar werden, sofern bei schlechter Witterung und einer verschmutzten Kamera überhaupt etwas gesehen werden kann.
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Die Sensoren 1 und 2, sowie gegebenenfalls 1a und 2a und weitere Sensoren zur Dichtemessung befinden sich bevorzugterweise in Gehäusen 8 und 9. Diese Gehäuse können in Schneidrichtung abgerundet oder konisch 16 ausgebildet werden, damit sie gut in den Boden oder das Erdreich eindringen können und zum anderen das Schüttgut oder die Früchte möglichst nicht beschädigen. Auch können die Gehäuse sehr stabil ausgeführt werden, um die auftretenden Kräfte gut auszuhalten. Lediglich die seitlich angebrachten Fenster für die Radarstrahlen sind etwas empfindlicher. Hier wird aber sowohl von den Früchten als auch von der Erde kein direkter Druck ausgeübt, da diese nur daran vorbeischaben.
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Die Richtung 17 der Radarstrahlen ist in 5 dargestellt. Der Winkel α zur Fahrtrichtung 14 kann zwischen 0° und 180° variieren. Bevorzugterweise liegt er in einem Bereich von etwa 45° bis 135°.
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Die Sensoren 1, 2, 1a, 2a und weitere können in den Gehäusen 8, 9 starr oder beweglich angeordnet sein.
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Dabei ist eine Möglichkeit gegeben, die Sensoren in der Höhe zu verstellen. Damit kann der Messbereich zum Beispiel an die Größe der aufzunehmenden Früchte angepasst werden.
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Eine weitere Möglichkeit ist eine Eigenbewegung der Sensoren in Fahrt- beziehungsweise Aufnahmerichtung. Dadurch wird insbesondere bei der Verwendung von Radarsensoren das Messsignal deutlich verstärkt oder verbessert.
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Dabei müssen nicht zwingenderweise die Sensoren selbst bewegt werden. So kann es z. B. bei Radarsensoren unter Umständen einfacher sein, lediglich den Strahlenverlauf mit einem beweglichen Spiegel zu beeinflussen.
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Diese Eigenbewegung der Sensoren kann insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Geräts zu gering ist oder eine Verstellung der Höhe der Trennvorrichtung 3 im stehenden Zustand erfolgen soll.
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Die Relativbewegung zum Gehäuse vom Sensorsender oder Sensorempfänger oder Sensorreflektor kann über Bewegungselemente oder Motoren nach dem Stand der Technik erfolgen. Weiter kann sie über gefederte Lagerung, Pulsatoren oder Schwinger hervorgerufen werden.
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Als Energieversorgung können Akkus, Batterien oder vorzugsweise die Stromversorgung des Fahrzeugs verwendet werden.
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Um dem Fahrer einen Hinweis über den Gebrauchszustand oder Verschleißzustand der Abdeckungen für die Sensoren 1, 1a, 2, 2a usw. zu geben, kann es zweckmäßig sein, diese mit einem Verschleißanzeiger gemäß dem Stand der Technik auszurüsten.
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Es kann sich dabei um Leitungen oder Drähte handeln, die in die Gehäuse 8, 9 eingelassen sind und durch welche ein Messstrom fließt. Wird die Leitung durch mechanische Abnutzung unterbrochen, erhält der Fahrer ein Hinweissignal.
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Den Sensoren sind bevorzugterweise elektronische Schaltungen nachgeschaltet, die den Einsatz von Computern, Prozessoren oder entsprechenden Schaltungen zur Auswertung und Steuerung ermöglichen.
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Um eine möglichst genaue Bestimmung der optimalen Höhenstellung der Trennvorrichtung 3 zu bewirken, kann alternativ oder zusätzlich zur oben beschriebenen Verstellung auch die Anordnung mehrerer Sensoren, 1, 1a, und 2, 2a übereinander oder versetzt zueinander vorgenommen werden. Damit lässt sich auch eine bessere Auflösung und größere Genauigkeit bei der Höhenverstellung erreichen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, dass die höhenmäßige Verstellung der Trennvorrichtung 3 aufgrund der Messwerte oder Messsignale erfolgt, die von den Sensoren 1, 1a, 2, 2a ermittelt werden.
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Zum einen können dazu die Messwerte der Sensoren oberhalb oder unterhalb der Trennvorrichtung 3 auf einen Bildschirm oder anderen Anzeigemöglichkeiten nach dem Stand der Technik dem Fahrer angezeigt und/oder akustisch mitgeteilt werden. Darauf kann der Fahrer die Verstelleinrichtungen für die Trennvorrichtung 3 und die damit verbundenen Weiterfördereinrichtungen, wie Förderwalzen und Förderschnecken, von Hand betätigen.
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Ein weiteres Verfahren besteht darin, dass die Signale oder Messergebnisse der Sensoren 1, 2 mit vorgegebenen Signalen oder Grenzwerten verglichen werden und in Folge die Höhensteuerung aufgrund einer Steuerung oder eines Computerprogramms automatisch erfolgt.
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Für eine optimale Anpassung an die Gegebenheiten können auch das Geschwindigkeitssignal des Förderfahrzeuges sowie andere Informationen aus dem Umfeld in die Steuerung oder in das Computerprogramm eingebunden werden. Damit ist die Steuerung in der Lage, auf verschiedene Veränderungen selbsttätig und richtig zu reagieren. Zum Beispiel kann bei einem stillstehenden Fahrzeug automatisch eine Eigenbewegung der Sensoren veranlasst werden oder eine automatische Verstellung der Höhe der Aufnahmevorrichtung verhindert werden. Eine andere sinnvolle Möglichkeit ist zum Beispiel die Ausregelung von Eigenbewegungen des Förderfahrzeuges aufgrund von Bodenunebenheiten.
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Bevorzugt bleibt jedoch, dass dem Fahrer trotz automatischer Steuerung der Trennvorrichtung 3 eine Eingriffsmöglichkeit von Hand möglich bleibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006056436 A1 [0003]
