DE102013019036B3

DE102013019036B3 - Vorrichtung zum automatischen selektiven Stechen von Spargel

Info

Publication number: DE102013019036B3
Application number: DE201310019036
Authority: DE
Inventors: Stefan Nold; Dmitrij Buchholz
Original assignee: Soft Control Automatisierungstechnik GmbH
Current assignee: Soft Control Automatisierungstechnik GmbH
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2033-11-16

Abstract

Auf einem Wagen (12) ist an einer Drehachse (1) ein schwenkbarer Messerhalter (2) angebracht. Daran ist ein Messer (3) montiert. Der Messerhalter (2) ist über ein Gelenk (4) mit dem beweglichen Teil (6) eines Linearmotors verbunden. In der Ruhelage (14) befindet sich das Messer (3) außerhalb des Spargeldamms (7). Bekommt der Linearmotor einen Positionierbefehl von einer Steuerung (16), kann er den Messerhalter (2) mit sehr hoher Geschwindigkeit nach innen zu der Position (15) ziehen, bei der der Spargel (8) gerade durchtrennt wird und danach wieder in die Ausgangslage (14) bringen. Auf diese Weise kann erntereifer Spargel (8) während der Fahrt sehr schonend gestochen werden, ohne andere Spargel innerhalb des Dammes (7) zu beschädigen. Besitzt die Drehachse (1) eine Höhenverstellung (9), ist es möglich, mit dieser Vorrichtung Spargelstangen (8) gleicher Länge zu schneiden.

Description

Stand der Technik
Spargel wird heute immer noch mit der Hand gestochen, denn die bisherigen Verfahren zur mechanisierten Ernte haben zu große Nachteile: Trägt man den Damm komplett ab wie in DE20308242 U1 , DE 20 2008 012 429 U1 vorgeschlagen und schneidet alle Spargel ab, ergeben sich unterschiedliche Spargellängen, die nur mit großen Preisabschlägen zu vermarkten sind. Auch die maschinelle selektive Ernte konnte sich nicht durchsetzen, da die Positionierbewegungen zum Stechen und Entnehmen der Spargelstangen zu aufwändig sind. In DE 10 2007 008 330 A1 bzw. EP1958494 A1 wird ein Gelenkroboter vorgeschlagen, so dass das Erntefahrzeug während des Stechens und Entnehmens nicht anhalten muss. Auch diese Vorrichtung hat bislang keine Verbreitung gefunden. DE 4319085 C2 beschreibt eine Spargelstechmaschine, bei der zwei Stechmesser im Ruhezustand in den Furchen links und rechts neben dem Spargeldamm angeordnet sind und beim Stechen mittels eines Schwenkhebelmechanismus von hydraulischen oder pneumatische Zylindern nach innen bewegt werden. Hierzu muss die Furche relativ breit sein und die Betätigung ist energieintensiv. Deshalb findet man diese Vorrichtung am Markt nicht.
Beschreibung der Aufgabe
Aufgabe ist es, eine möglichst leichte, schnelle und energiesparende Vorrichtung zum automatischen und selektiven Stechen von Spargel mit manueller Entnahme zu schaffen. Die Vorrichtung soll schonendes Stechen ermöglichen; die Gefahr, andere Spargelstangen zu verletzen ist zu minimieren. Dies soll durch eine hohe Stechgeschwindigkeit und durch eine exakte Positionierung erreicht werden. Die Vorrichtung soll leicht sein, damit sie in der Höhe schnell und einfach verstellt werden kann. Dadurch soll es möglich sein, Spargel so abzustechen, dass alle gestochenen Stangen in etwa die gleiche Länge haben. Die Vorrichtung soll an einem batteriebetriebenen kompakten und leicht transportierbarem Wagen montiert sein und energiesparend arbeiten, damit die Reichweite möglichst groß ist. Die Vorrichtung ist so auszugestalten, dass sie dem Erntehelfer, der die gestochenen Spargel dem Damm entnimmt, optimale und sichere Arbeitsbedingungen bietet.
Beschreibung der Erfindung
1 zeigt beispielhaft die erfindungsgemäße Vorrichtung. Ein bogenförmig ausgebildetes Messer (3) ist an einem Messerhalter (2) angebracht, der um eine Drehachse (1) geschwenkt werden kann. Die Drehachse (1) befindet sich in Längsrichtung oberhalb eines Spargeldamms (7) und ist an einem Wagen (12) montiert. Erfindungsgemäß ist an dem Messerhalter (2) ein Gelenk (4) angebracht, das mit dem bewegten Teil (6) eines Linearmotors verbunden ist. Linearmotoren benötigen keine Druckluft sondern können über einen Satz von mehreren Batterien (13) gespeist werden. Ihr Aufbau ist robust und sie arbeiten energiesparend, so dass sie sich gut für eine batteriebetriebene Erntehilfe eignen. Sie können sehr schnell und präzise auf jede beliebige Position ihres Verfahrbereichs positioniert werden. Den innenliegenden langen Teil des Linearmotors nennt man Läufer (5). Aus Platzgründen ist es jedoch zweckmäßig, den Läufer (5) an den Enden am Wagen (12) fest zu montieren und den Stator (6), also den bestromten Teil des Linearmotors, in horizontaler Richtung zu bewegen (”moving stator”) und ihn dabei zusätzlich über eine Führung (20) zu führen. Die Bewegung ist so schnell, dass im Fahren gestochen werden kann: Wird von einer Steuerung (16) ein Stechimpuls ausgelöst, fährt der Stator (6) blitzartig nach innen. Dabei schwenkt auch der Messerhalter (2) zusammen mit dem Messer (3) nach innen und kann einen im Damm (7) befindlichen Spargel (8) abstechen. Hierzu berechnet die Steuerung (16) mittels eines geeigneten Verfahrens aus den von einer Erfassungseinheit (17) ermittelten Koordinaten des Spargels (8) und den Geschwindigkeiten des Wagens (12) und des Läufers (5) den Auslösezeitpunkt, zu dem die Bewegung des Messers (3) zu einem Durchtrennen des Spargels (8) führt. Die Kraft, die der ausgelenkte Messerhalter (2) auf den Läufer (5) des Linearmotors (6) ausübt, wird über eine magnetische oder mechanische Feder (18) kompensiert. Der Stator (6) wird nur während des Stechens bestromt, was eine energiesparende Arbeitsweise ermöglicht. Um die Bewegung in vertikaler Richtung, die beim Schwenken auftritt, auszugleichen, besteht die Möglichkeit den Messerhalter (2) über eine Führung (11) mit dem Gelenk (4) zu verbinden. Vorteilhafter ist es, am Stator (6) ein zweites Gelenk (10) anzubringen und dieses über einen Arm (21) mit dem Gelenk (4) zu verbinden. In diesem Fall gibt es keine Reibkräfte durch die Führung (11). Die Bewegung ist geschmeidiger.
Wenn die Erfassungseinheit (17) die Spargelposition quer zum Damm ermittelt, gibt die Steuerung (16) Zielpositionen für den Stator (6) vor, in der Weise, dass der Messerhalter (2) samt Messer (3) vom Stator (6) des Linearmotors an einer Position (15) kurz nach dem Durchtrennen des Spargels (8) gestoppt und wieder zurückgezogen wird. In diesem Fall berücksichtigt die Steuerung (16) außerdem die Wegstrecke des Messers (3) quer zum Damm bei der Berechnung des Auslösezeitpunkts.
Noch vorteilhafter ist es, die Querbewegung des Stators (6) des Linearmotors mit der Vorwärtsbewegung des Wagens (12) nach dem Prinzip der ”Fliegenden Säge” zu synchronisieren. Die Vorwärtsbewegung des Wagens (12) wird dabei über einen Pulsgeber (19) erfasst, der als Königswelle arbeitet und die Bewegung des Stators (6) so steuert, dass dieser unabhängig von der Geschwindigkeit des Wagens (12) eine genau vordefinierte Bahn abfährt, so dass das Messer (3) den Spargel (8) exakt durchtrennt.
Kann die Motorkraft gemessen werden, entweder direkt oder über den Strom des Stators (6) des Linaermotors, wird aus einer Charakteristik des Kraft- oder Stromsignalverlaufs der exakte Moment des Durchtrennens des Spargels (8) ermittelt und die Bewegung nach dem Durchtrennen des Spargels (8) sofort gestoppt.
Kann die Steuerung (16) keine Positionen vorgeben, wird das Messer (3) bis zur Mitte des Dammes (7) oder vollständig bis zur gegenüberliegenden Seite des Dammes (7) durchgezogen. Werden zwei Messer (3) verwendet, von denen eines auf der linken und eines auf der rechten Seite des Spargeldammes (7) eintaucht, werden die zugehörigen Messerhalter (2) so angeordnet, dass beide um eine gemeinsame Drehachse (1) schwenken. Bei Positionsvorgabe ergibt sich so eine sehr schonende Art des Spargelstechens: Bei Spargelstangen (8), die am Rand stehen, ist die Eindringtiefe des Messers (3) in den Damm (7) minimal. Auf diese Weise sinkt das Risiko, dass das Messer (3) beim Abstechen eines Spargels im Randbereich zusätzlich einen noch nicht sichtbaren Spargel in der Mitte des Dammes (7) trifft.
Der Abstand der Drehachse (1) zum Spargeldamm (7) ist mit einer einfachen Höhenverstellung (9) in der Höhe variierbar. Ermittelt die Erfassungseinheit (17) mittels eines geeigneten Verfahrens oder Sensors ihren Abstand zum Spargeldamm (7) kann die Steuerung (16) die Drehachse (1) auf einer konstanten Höhe über dem Damm (7) halten. Ermittelt die Erfassungseinheit (17) außerdem die Höhen der Spargelspitzen über dem Damm (7), kann die Steuerung (16) die Höhenverstellung (9) so ansteuern, dass alle gestochenen Spargelstangen (8) in etwa die gleiche Länge haben. Bei einer Erfassung der Position der Spargel (8) quer zum Damm kann die Steuerung (16) auch die Unterschiede in der Schnitthöhe, die durch die Schwenkbewegung des Messers (3) bedingt sind, durch eine entsprechende Ansteuerung der Höhenverstellung (9) kompensieren, so dass die Genauigkeit in Bezug auf die Länge der geschnittenen Spargelstangen erhöht wird. Soll die Drehachse (1) auf einer konstante Höhe über dem Spargeldamm (7) gehalten werden, sind langsame, kostengünstige elektrische Zahnstangenantriebe für die Höhenverstellung (9) ausreichend, beim Stechen der Spargel auf Länge ist ein weiterer Linearmotor erforderlich.
2 zeigt beispielhaft eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Sie besteht aus dem Wagen (12), der in Richtung (31) über den Spargeldamm (7) fährt. Vorne an dem Wagen (12) befindet sich die Erfassungseinheit (17), die erntereife Spargelstangen (8) detektiert und ihre Positionen an die Steuerung (16) meldet. Eine auf dem Damm (7) liegende Folie (30) wird über zwei Rollen (32) gezogen, von denen die vordere vorzugsweise etwas tiefer angeordnet ist als die hintere. Über eine Folienführung (23) wird die Folie (20) oberhalb des Wagens (12) geführt. Auf der linken und rechten Seite des Dammes befindet sich je ein Messerhalter (2) samt Messer (3). Am hinteren Ende ist ein Sitzplatz (26) für den Erntehelfer (27) angebracht. Dieser sitzt rittlings über dem Spargeldamm (7) und kann so sehr bequem und schnell die gestochenen Spargel (8) entnehmen und sie in Behälter (22) zu seiner rechten und zu seiner linken ablegen. Bei Dunkelheit muss nur eine relativ kleine Fläche mittels einer Lampe (33) ausgeleuchtet werden, so dass eine Ernte bei Nacht ohne großen Energieverbrauch möglich ist. Während der Ernte benötigt der Erntehelfer (27) keinen Zugang zu der Gefahrenzone (28), in dem sich die Messer (3) befinden. Dieser Bereich kann während der Ernte durch Flügelbleche (29) abgesperrt werden. Der Wagen (12) ist sehr kompakt, so dass er auf einem handelsüblichen PKW Anhänger für Kleinfahrzeuge transportiert werden kann. Oberhalb der Folienführung (23) sind Solarpanels (24) angebracht, die den Batteriesatz (13) speisen und die Reichweite vergrößern. Zweckmäßigerweise kann der Erntehelfer (27) von seinem Sitzplatz (26) über Fußtaster oder Handtaster den Wagen (12) starten, stoppen, beschleunigen oder verlangsamen. Wenn ein Spargel (8) gestochen wurde, wird ein optisches oder akustisches Signal ausgelöst, wenn durch die Fahrt des Wagens (12) der Spargel (8) in den Entnahmebereich (25) kommt.

Claims

Vorrichtung zum automatischen selektiven Stechen von Spargel, dadurch gekennzeichnet, dass – an einem über einen Spargeldamm (7) fahrenden Wagen (12) oberhalb des Damms (7) in Dammrichtung eine Drehachse (1) angeordnet ist, an der ein schwenkbarer Messerhalter (2) mit einem Messer (3) montiert ist und – der Messerhalter (2) über ein Gelenk (4) mit dem beweglichen Teil (6) eines Linearmotors verbunden ist, so dass – der bewegliche Teil (6) des Linearmotors das Messer (3) von einer Ruhelage (14) außerhalb des Dammes (7) über das Gelenk (4) und den Messerhalter (2) nach innen zur Mitte des Spargeldamms (7) zieht und so einen im Damm (7) befindlichen erntereifen Spargel (8) durchtrennt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am beweglichen Teil (6) des Linearmotors ein Gelenk (10) angebracht ist, das über einen Arm (21) mit dem Gelenk (4) an dem Messerhalter (2) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messerhalter (2) über eine Führung (11) mit dem Gelenk (4) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil (6) des Linearmotors dessen Stator ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Fahren gestochen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen von erntereifem Spargel (8) über eine vorne am Wagen (12) angebrachte Erfassungseinheit (17) erkannt und an eine Steuerung (16) übertragen werden und der Stechvorgang anhand dieser Positionen von einer Steuerung (16) genau dann gestartet wird, dass das Messer (3) unter Berücksichtigung der Bewegungen des Wagens (12) und des Läufers (5) den Spargel (8) durchtrennen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Teil (6) des Linearmotors beim Stechen so positioniert wird, dass das Messer (3) in einer Position (15) kurz hinter dem zu stechenden Spargel (8) zum Stehen kommt, so dass der Spargel (8) gerade noch durchtrennt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich links und rechts des Dammes (7) je ein Messerhalter (2) mit einem Messer (3) befinden, die über eine gemeinsame Drehachse (1) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (1) über eine Höhenverstellung (9) in der Höhe veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich am hinteren Ende des Wagens (12) ein Entnahmebereich (25) mit einem Sitzplatz (26) für einen Erntehelfer (27) oberhalb des Spargeldammes (7) befindet, damit dieser die gestochenen Spargelstangen (8) schnell entnehmen und in seitlich angeordnete Behälter (22) ablegen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine seitlich durch den Nachbardamm begrenzte Gefahrenzone (28), in dem die Messer (3) arbeiten, in Dammrichtung über schwenkbare Flügelbleche (29) abgesichert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wagen (12) mit zwei Rollen (32) und einer Folienführung (23) und ausgestattet ist, über der mehrere Solarpanels (24) angeordnet sind, die einen Satz Batterien (13) speisen, mit denen elektrische Verbraucher versorgt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (16) ein optisches oder akustisches Signal auslöst, wenn durch die Fahrt des Wagens (12) ein gestochener Spargel (8) in den Entnahmebereich (25) kommt.