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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Schnittlängensteuerung für einen Feldhäcksler, mit einer elektronischen Steuereinrichtung, die mit manuell eingebbaren Daten hinsichtlich einer gewünschten Schnittlänge einer Häckseleinrichtung des Feldhäckslers beaufschlagbar, mit einem Sensor zur Erfassung mindestens einer das Förder- und/oder Schnittverhalten beeinflussenden Eigenschaft des Ernteguts verbunden und zur Bereitstellung eines Ausgangssignals hinsichtlich einer zum Erreichen der gewünschten Schnittlänge einzustellenden Schnittlänge an eine Einstellvorrichtung zum selbsttätigen Einstellen der Schnittlänge des Feldhäckslers eingerichtet ist und ein entsprechendes Verfahren.
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Stand der Technik
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Feldhäcksler werden in der Landwirtschaft verwendet, um Pflanzen von einem Feld aufzunehmen, zu zerkleinern und die Pflanzen auf ein Transportfahrzeug zu überladen. Im Feldhäcksler werden die Pflanzen durch rotierende Vorpresswalzen vorverdichtet und durch um den Umfang einer Häckseltrommel verteilte Messer geschnitten. Nach einer optionalen Nachzerkleinerung mittels eines aus zwei Walzen aufgebauten Körnerprozessors, die insbesondere bei der Maisernte zur Verbesserung der Verdaulichkeit des Ernteguts durchgeführt wird, wird das Erntegut dann nachbeschleunigt und durch einen Auswurfkrümmer auf das Transportfahrzeug verbracht.
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Die theoretische Schnittlänge des Ernteguts wird durch die Umfangsgeschwindigkeit der Vorpresswalzen und durch die Anzahl der Messer der Häckseltrommel und ihre Drehzahl bestimmt. Üblicherweise wird die Häckseltrommel mechanisch (über einen Riemenantrieb und ggf. ein Zahnradgetriebe) direkt von einem Verbrennungsmotor angetrieben, während der Antrieb der Vorpresswalzen durch einen rein mechanischen oder hydrostatischen Antriebsstrang vom Verbrennungsmotor her erfolgt. Durch Schaltgetriebe oder Veränderung der Übersetzung des hydrostatischen Getriebes (vgl.
DE 196 32 977 A1 ) kann die theoretische Schnittlänge an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden.
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Die zerkleinerten Pflanzen dienen in der Regel als Viehfutter oder werden in Biogasanlagen zur Stromerzeugung verwendet. Für manche Anwendungen ist es wichtig, dass die theoretische Schnittlänge möglichst genau eingehalten wird, beispielsweise um eine optimale Verdauung durch das Vieh sicherzustellen oder in Biogasanlagen eine bestmögliche Umwandlung in brennbares Gas zu erzielen. Allerdings stimmt die tatsächliche Schnittlänge nicht in allen Fallen mit der theoretischen Schnittlänge überein, denn Schlupf oder trockenes, hartes Erntegut kann zu höheren Schnittlängen führen als sie sich theoretisch anhand der Umfangsgeschwindigkeit der Vorpresswalzen und der Drehzahl und Messeranzahl der Häckseltrommel ergeben würden.
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Eine mögliche Lösung dieses Problems wird in der als gattungsbildend angesehenen
EP 1 671 530 A1 beschrieben, gemäß der eine gewünschte Schnittlänge durch einen Bediener eingegeben oder anhand der Erntegutfeuchte bestimmt und die tatsächliche Schnittlänge mittels eines granulometrischen Sensors, beispielsweise einer Kamera, erfasst und zur Nachregelung der Geschwindigkeit der Vorpresswalzen verwendet wird. Hier wird somit eine relativ kostenaufwändige Lösung beschrieben.
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Weiterhin sind Anordnungen bekannt, die Eigenschaften des Ernteguts messen, z. B. die Feuchtigkeit oder die Farbe der Pflanzen, und die Schnittlänge abhängig von den erfassten Eigenschaften selbsttätig einstellen (
DE 10 2010 002 343 A1 ,
DE 102 41 788 A1 ,
DE 10 2005 039 596 B4 ), was das erwähnte Problem jedoch nicht lösen kann.
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Aufgabe der Erfindung
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Anordnung zur Schnittlängensteuerung für einen Feldhäcksler vorzuschlagen, die einerseits eine Einhaltung der theoretischen Schnittlänge ermöglicht, aber andererseits wenig aufwändig ist.
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Lösung der Aufgabe
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre der Patentansprüche 1, 6 und 7 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
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Eine Anordnung zur Schnittlängensteuerung für einen Feldhäcksler umfasst eine elektronische Steuereinrichtung, die mit manuell eingegebenen Daten hinsichtlich einer gewünschten Schnittlänge einer Häckseleinrichtung des Feldhäckslers beaufschlagbar ist. Die Steuereinrichtung ist mit einem Sensor zur Erfassung mindestens einer das Förder- und/oder Schnittverhalten beeinflussenden Eigenschaft des Ernteguts verbunden und stellt ein Ausgangssignals hinsichtlich einer zum Erreichen der gewünschten Schnittlänge einzustellenden Schnittlänge bereit, das sie an eine Einstellvorrichtung zum selbsttätigen Einstellen der Schnittlänge des Feldhäckslers übergibt. Die Steuereinrichtung evaluiert das Ausgangssignal anhand der gewünschten Schnittlänge, des Signals des Sensors und eines abgespeicherten Zusammenhangs zwischen der gewünschten Schnittlänge, der tatsächlichen Schnittlänge und des Signals des Sensors derart, dass ein Maximum einer Größenverteilung der beim Häckseln erreichten, tatsächlichen Schnittlänge mit der gewünschten Schnittlänge zumindest näherungsweise übereinstimmt.
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Der Steuereinrichtung liegt somit ein Zusammenhang vor, aus dem hervorgeht, welche Schnittlänge bei einem gegebenen Signal des Sensors einzustellen ist, um eine gewünschte Schnittlänge tatsächlich zu erhalten. Dieser Zusammenhang kann in Form einer Tabelle, Liste, Kurve oder einer mathematischen Gleichung abgespeichert sein und wird vorzugsweise anfangs durch Versuche ermittelt. Der Sensor erfasst eine das Förder- und/oder Schnittverhalten beeinflussende Eigenschaft des Ernteguts, beispielsweise dessen Feuchtigkeit, Trockenmassengehalt, Fasergehalt, Farbe, Pflanzenart, mechanische Abmessungen der Pflanzen (insbesondere Höhe und/oder Dicke der Stängel) und/oder die Verdichtbarkeit. Anhand der gewünschten Schnittlänge, des Signals des Sensors und des abgespeicherten Zusammenhangs ermittelt die Steuereinrichtung die zum Erreichen der gewünschten Schnittlänge einzustellende Schnittlänge. Die Steuereinrichtung berücksichtigt somit die durch den Sensor erfasste, das Förder- und/oder Schnittverhalten beeinflussende Eigenschaft des Ernteguts, um einen einzustellenden Schnittlängenwert zu finden, der schließlich zur gewünschten Schnittlänge führt und kommt ohne granulometrischen Sensor aus. Die zum Erreichen der gewünschten Schnittlänge einzustellende Schnittlänge wird durch eine Einstellvorrichtung selbsttätig eingestellt und kann auf einer Anzeige wiedergegeben werden.
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Auf diese Weise wird mit relativ geringem Aufwand ein Einhalten einer gewünschten Schnittlänge erreicht.
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Insbesondere können in der Speichereinrichtung unterschiedliche Verteilungen zuvor gemessener Schnittlängen repräsentierende Daten (z. B. die Lage des Maximums) jeweils für unterschiedliche theoretische Schnittlängen und unterschiedliche Ausgangswerte des Sensors abgelegt sein. Die Steuereinrichtung wählt die dem jeweiligen Ausgangswert des Sensors zugehörige Verteilung aus, bei welcher das Maximum der Verteilung am Besten oder zumindest näherungsweise mit der gewünschten Schnittlänge übereinstimmt und gibt die theoretische Schnittlänge der ausgewählten Verteilung als Ausgangssignal für die zum Erreichen der gewünschten Schnittlänge einzustellende Schnittlänge aus.
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Ausführungsbeispiel
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Anhand der Abbildungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische seitliche Ansicht eines Feldhäckslers,
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2 eine schematisches Diagramm einer Steuereinrichtung und der damit verbundenen Komponenten,
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3 ein Diagramm, in dem exemplarisch für einen bestimmten Trockenmassengehalt des Ernteguts und eine theoretische Schnittlänge die Verteilung der tatsächlichen Schnittlängen dargestellt sind, und
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4 ein Flussdiagramm, nach dem die Steuereinrichtung arbeitet.
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In der 1 ist ein selbstfahrender Feldhäcksler 10 in schematischer Seitenansicht dargestellt. Der Feldhäcksler 10 baut sich auf einem Rahmen 12 auf, der von vorderen angetriebenen Rädern 14 und lenkbaren rückwärtigen Rädern 16 getragen wird. Die Bedienung des Feldhäckslers 10 erfolgt von einer Fahrerkabine 18 aus, von der aus ein Erntevorsatz 20 in Form eines Mähvorsatzes zur Ernte von Maispflanzen einsehbar ist. Mittels des Erntevorsatzes 20 vom Boden aufgenommenes Erntegut wird über einen Einzugsförderer mit unteren Vorpresswalzen 32 und beweglichen, durch Federkraft nach unten vorgespannten, oberen Vorpresswalzen 30, die innerhalb eines Einzugsgehäuses an der Frontseite des Feldhäckslers 10 angeordnet sind, einer unterhalb der Fahrerkabine 18 angeordneten Häckseltrommel 22 zugeführt, die es in kleine Stücke häckselt. Das gehäckselte Erntegut wird anschließend durch einen Körnerprozessor 28 bearbeitet, um die im Erntegut enthaltenen Körner zwecks besserer Verdaulichkeit anzuschlagen, durch eine Fördervorrichtung 24 beschleunigt und verlässt die Erntemaschine 10 zu einem nebenher fahrenden Transportfahrzeug über einen um eine etwa vertikale Achse drehbaren und in der Neigung verstellbaren Auswurfkrümmer 26. Ein Verbrennungsmotor 40 treibt die Häckseltrommel 22 über einen mechanischen Antriebsstrang an, der in der Regel einen Treibriemen enthält. Die Vorpresswalzen 30, 32 werden vom Verbrennungsmotor 40 über ein hydrostatisches Getriebe 38 (in 1 nicht gezeigt, vgl. aber 2) angetrieben. Im Folgenden beziehen sich Richtungsangaben, wie seitlich, unten und oben, auf die Vorwärtsbewegungsrichtung des Feldhäckslers 10, die in der 1 nach links verläuft.
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An der Oberseite des Auswurfkrümmers 26 ist ein Sensor 36 in Form eines Nahinfrarotspektrometers angebracht, der innerhalb eines Gehäuses 64 eine Lichtquelle 54, die durch ein Fenster (nicht gezeigt) in einer Öffnung 56 im Deckel des Auswurfkrümmers 26 das im Auswurfkrümmer 26 strömende Erntegut mit Licht im nahinfraroten und ggf. sichtbaren Wellenlängenbereich beaufschlagt. Durch das Erntegut reflektiertes Licht gelangt durch das Fenster wieder in das Gehäuse 64 und wird dort durch einen mit einem Gitter versehenen Spiegel 58 in seine Wellenlängen aufgeteilt und auf ein Detektorarray 60 reflektiert, das mit einer Auswertungsschaltung 62 verbunden ist. Die Auswertungsschaltung 62 erhält demnach Reflexionsspektren vom Erntegut, die sie anhand von Kalibrierdaten auswertet, um Bestandteile des Ernteguts zu evaluieren, wie Feuchtigkeit, Trockenmassegehalt und Fasergehalt.
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Die Auswertungsschaltung 62 übersendet Signale hinsichtlich der Feuchtigkeit und/oder des Trockenmassegehalts und/oder des Fasergehalts des Ernteguts an eine Steuerrichtung 48, die mit einer Speichereinrichtung 46 und einer Bedienereingabeeinrichtung 52 verbunden ist (2). Ein Ausgangssignal der Steuereinrichtung 48 geht an eine Einstellvorrichtung 34, die Aktoren umfasst, mit denen die Taumelscheiben von Pumpen und/oder Motoren des hydrostatischen Getriebes 38 zum Antrieb der Vorpresswalzen 30, 32 verstellbar sind, um die Schnittlänge des gehäckselten Ernteguts einstellen zu können.
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Die Aufgabe und Wirkungsweise der Steuereinrichtung 48 ist folgendermaßen. Die theoretische Schnittlänge des Ernteguts, die durch die Umfangsgeschwindigkeit der Vorpresswalzen 30, 32, die Drehzahl der Häckseltrommel 22 und die Anzahl der um ihren Umfang verteilten Messer bestimmt wird, stimmt – abhängig von mechanischen Eigenschaften des Ernteguts – mehr oder weniger gut mit der tatsächlichen Schnittlänge überein. In der Realität erhält man, wie in der 3 gezeigt, relativ breite Schnittlängenverteilungen, u. a. dadurch bedingt, dass die Pflanzen nicht genau tangential, sondern schräg in die Häckseltrommel 22 einlaufen, dass Schlupf zwischen den Vorpresswalzen 30, 32 und den Pflanzen stattfindet, dass reife Pflanzen auch ohne Schnitt in Teile zerbrechen, dass die Pflanzen schon vor dem Häckseln eine begrenzte Länge besitzen, dass die Pflanzen beim Schneiden durch die Messer der Häckseltrommel 22 mitgezogen werden, etc. Das Maximum der Schnittlängenverteilung liegt aus diesen Gründen auch üblicherweise etwas oberhalb der theoretischen Häcksellänge.
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Um nun zu erreichen, dass das Maximum der Schnittlängenverteilung möglichst nahe bei der gewünschten Schnittlänge liegt, sind in der Speichereinrichtung 46 in Tabellenform unterschiedliche Verteilungen (oder daraus abgeleitete Informationen, insbesondere die Lage des Maximums) entsprechend der 3 abgelegt, und zwar jeweils eine Verteilung für eine gewünschte (= theoretische) Schnittlänge und einen Trockenmassengehalt der Pflanzen. Diese abgespeicherten Verteilungen wurden zuvor in Versuchen ermittelt.
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Die Steuereinrichtung 48 arbeitet nach dem Flussdiagramm der 4. Nach dem Start im Schritt 100 kann der Bediener im Schritt 102 über die Bedienereingabeeinrichtung 52 eine gewünschte Schnittlänge eingeben. Die Steuereinrichtung 48 erhält im Schritt 104 vom Sensor 36 Signale hinsichtlich des Trockenmassegehalts des Ernteguts und sucht dann im Schritt 106 in der Speichereinrichtung 46 die Verteilung für den jeweiligen Trockenmassengehalt, bei welcher das Maximum der Schnittlängenverteilung am Besten oder zumindest näherungsweise mit der gewünschten Schnittlänge übereinstimmt. Die dieser Verteilung zu Grunde liegende theoretische Schnittlänge ist dann der Ausgabewert für die einzustellende Schnittlänge, die im Schritt 108 auf der Bedienereingabeeinrichtung 52 zur Anzeige gebracht werden kann, damit der Bediener eine Schnittlänge von Hand einstellen kann.
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Im Schritt 106 könnte alternativ die einzustellende Schnittlänge anhand des Ausgangswerts des Sensors 36 und der gewünschten Schnittlänge aus einer Tabelle ausgelesen werden, die zuvor (herstellerseitig) anhand des Schritts 106 für alle zu erwartenden Werte des Sensors 36 und möglichen, gewünschten Schnittlängen erstellt wurde.
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Es folgt der Schritt 110, in dem die Prozedur beendet wird.
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Wenn im Schritt
108 die einzustellende Schnittlänge zur selbsttätigen Ansteuerung der Einstellvorrichtung
34 dient, folgt auf den Schritt
108 wieder der Schritt
104. Bei einer automatischen Ansteuerung der Einstellvorrichtung
34 wird auch die jeweilige Drehzahl der Häckseltrommel
22 oder des Verbrennungsmotors
40 und die aktuelle Drehzahl der Vorpresswalzen
30,
32 berücksichtigt, um stets das Einhalten der gewünschten Schnittlänge zu gewährleisten. Im Schritt
102 kann die Schnittlänge anstelle durch manuelle Eingabe auch durch Signale des Sensors
36 definiert (vgl.
EP 1 360 891 A1 ).
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Es sei noch angemerkt, dass verschiedene Verfeinerungen und Modifikationen der erfindungsgemäßen Anordnung zur Schnittlängensteuerung möglich wären. So könnte in der 4 nicht nur der Trockenmassengehalt des Ernteguts, sondern auch der Fasergehalt berücksichtigt werden, was die Anzahl der abzuspeichernden Verteilungen zwar vergrößert, aber auch eine Berücksichtigung des Fasergehalts der Pflanzen ermöglicht. Außerdem könnte ein beliebiger anderer Typ eines Sensors 36 zur Ermittlung des Trockenmassengehalts des Ernteguts verwendet werden, beispielsweise ein kapazitiver Feuchtigkeitssensor. Schließlich wäre es auch möglich, mittels einer Kamera oder eines anderen optischen Sensors die Pflanzenart und/oder Farbe des Ernteguts und/oder die Höhe der Pflanzen und/oder deren Stängeldurchmesser zu erfassen und bei der Schnittlängenbestimmung in der anhand der 4 beschriebenen Weise zu berücksichtigen, oder die Verdichtbarkeit der Pflanzen durch einen geeigneten Sensor zu ermitteln und bei der Schnittlängenbestimmung in der anhand der 4 beschriebenen Weise zu berücksichtigen.
