DE102013107788A1

DE102013107788A1 - Verfahren zum Ernten von Holz als Biomasse

Info

Publication number: DE102013107788A1
Application number: DE201310107788
Authority: DE
Inventors: Artur Willibald; Klaus Bauer
Original assignee: SCHWENK ZEMENT KG; AHWI Maschinenbau GmbH
Current assignee: SCHWENK ZEMENT KG; Prinoth GmbH
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2013-07-22
Publication date: 2014-01-30
Also published as: ZA201205551B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein ein Verfahren zum Ernten von Holz (10), insbesondere aber nicht beschränkt auf Buschwerk und/oder Plantagenholz, als Biomasse mit einem Biomasseerntegerät (12). Um die Qualität, insbesondere den Heizwert, von geernteter Biomasse vorteilhaft bereits während der Ernte zu steigern, wird ein Verfahren vorgeschlagen, das zumindest einen Schritt aufweist, der von einem Siebeschritt verschieden ist; wobei eine Verunreinigung von geerntetem und zerkleinertem biologischem Material mit inerten Materialien in dem zumindest einen Schritt zumindest im Wesentlichen reduziert ist.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein ein Verfahren zum Ernten von Holz, insbesondere aber nicht beschränkt auf Buschwerk und/oder Plantagenholz, als Biomasse, mit einem Biomasseerntegerät.
Stand der Technik
Die Nutzung von Biomasse zur Gewinnung von Nutzenergie ist ein wichtiger Gesichtspunkt beim Bereitstellen einer Energieversorgung, die im Wesentlichen frei von Treibhausgasemissionen und umweltverträglich ist, wobei insbesondere der Verbrauch von fossilen Brennstoffen reduziert wird. Insbesondere ist schnell wachsendes Holz, vorzugsweise aus Buschwerk, eine besonders effektive Quelle von Biomasse, vor allem aufgrund seiner hohen Dichte im Vergleich zu anderen pflanzlichen Energielieferanten wie Mais und Raps. Des Weiteren können aus einem Abernten von schnell wachsendem Buschwerk in bestimmten geographischen Regionen zusätzliche ökologische und/oder wirtschaftliche Vorteile erwachsen. In subtropischen Gegenden dient das Ernten von schnell wachsendem Buschwerk beispielsweise dazu, Flächen zu roden und zu düngen, die ihrerseits zur Viehzucht genutzt werden könnten. Insbesondere kann die Biomasse in Zementwerken als Heizmaterial in Brennstadien der Zementherstellung, insbesondere zum Heizen von Brennöfen, genutzt werden.
Die Druckschrift US 2010/0281839 A1 offenbart ein Biomasseerntegerät, das eine Ernteeinheit und eine Transporteinheit zum Transport des geernteten Materials zu einem Sammelbehälter umfasst. Die Ernteeinheit weist einen Zerkleinerungsrotor auf, der organisches Material schneidet, aufnimmt, zerkleinert und dann an die Transporteinheit abgibt. Der Zerkleinerungsrotor umfasst eine Vielzahl von axial und in Umfangsrichtung verteilten ersten Zerkleinerungselementen, die in einem Zerkleinerungsbereich zwischen dem Rotor und einer Rotorabdeckung das organische Material zerkleinern, indem sie in ortsfeste zweite Zerkleinerungselemente eingreifen, die an der Rotorabdeckung angebracht sind. Die Transporteinheit ist siebartig perforiert, um zuvor aufgenommene Feinerde oder Bodenmaterial wieder zu Boden fallen zu lassen. Es ist Ziel der Erfindung, die Qualität, insbesondere den Heizwert, von geernteter Biomasse vorteilhaft bereits während der Ernte zu steigern.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfinderisch gelöst durch ein Verfahren zum Ernten von Holz, insbesondere Buschwerk und/oder Plantagenholz, als Biomasse mit einem Biomasseerntegerät, wobei das Verfahren zumindest einen Schritt aufweist, der von einem Siebeschritt verschieden ist; wobei eine Verunreinigung von geerntetem und zerkleinertem biologischem Material mit inerten Materialien in dem zumindest einen Schritt zumindest im Wesentlichen reduziert ist. Der Begriff „Holz“ soll insbesondere alles verholzte pflanzliche Gewebe einschließen, jedoch vorzugsweise das feste und/oder harte Gewebe, das sich in Pflanzenstängeln und/oder Wurzeln von Bäumen und Sträuchern findet. Unter einem „Biomasseerntegerät“ soll insbesondere ein selbstfahrendes Fahrzeug, insbesondere ein Geländefahrzeug, verstanden werden, das zumindest ein Fahrgestell insbesondere mit Rädern und/oder bevorzugt Gleisketten, zumindest eine Ernteeinheit, vorzugsweise zumindest eine Transporteinheit, die insbesondere Teil der Ernteeinheit sein kann, und vorteilhaft zumindest einen Sammelbehälter umfasst. Die Ernteeinheit ist vorzugsweise an einem vorderen Ende des Fahrgestells angeordnet. Die Ernteeinheit an sich weist insbesondere eine Schneideinheit, eine Aufnahmeeinheit und eine Zerkleinerungseinheit auf, wobei ein paar oder alle dieser Einheiten insbesondere zumindest ein gemeinsames Element haben können, bevorzugt einen Schneidrotor und/oder Aufnahmerotor und/oder Zerkleinerungsrotor. Hierbei soll unter einer „Schneideinheit“ insbesondere eine Einheit verstanden werden, die zumindest ein Schneidelement zum Schneiden von Holz, insbesondere von Buschwerk samt Wurzeln und/oder Plantagenholz, umfasst. Die Schneideinheit weist bevorzugt einen Schneidrotor mit einer Vielzahl von axial und in Umfangsrichtung verteilten Schneidelementen auf. Unter einer „Aufnahmeeinheit“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die zumindest ein Aufnahmeelement aufweist, das zum Aufnehmen von Material, insbesondere von zuvor geschnittenem Material, vom Boden vorgesehen ist. Die Schneideinheit umfasst vorzugsweise einen Aufnahmerotor mit einer Vielzahl von Aufnahmeelementen, die axial und in Umfangsrichtung verteilt sind. In einem Betriebszustand dreht sich der Aufnahmerotor in einer solchen Richtung um seine Längsachse, dass die sich direkt am Boden befindenden Aufnahmeelemente sich relativ zur Ernteeinheit in dieselbe Richtung bewegen, in der sich das Fahrgestell relativ zum Boden bewegt. Unter einer „Zerkleinerungseinheit“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die zumindest ein Zerkleinerungselement aufweist, das zum Zerkleinern von Material, insbesondere von zuvor aufgenommenem Material, vorgesehen ist. Die Zerkleinerungseinheit umfasst bevorzugt einen Aufnahmerotor mit einer Vielzahl von axial und in Umfangsrichtung verteilten ersten Zerkleinerungselementen und insbesondere mit einer Vielzahl von vorzugsweise ortsfesten zweiten Zerkleinerungselementen, die zumindest in einen Teil der ersten Zerkleinerungselemente eingreifen. Vorzugsweise sind die Schneidelemente und/oder die Aufnahmeelemente und/oder die ersten Zerkleinerungselemente zumindest teilweise identisch. Während des Erntens bewegt das Fahrgestell die Ernteeinheit relativ zu holzigen Pflanzen, die geerntet werden sollen. Die Schneideinheit schneidet die holzigen Pflanzen, die Aufnahmeeinheit nimmt sie auf und die Zerkleinerungseinheit zerkleinert das Material. Es sei jedoch klargestellt, dass die Schritte Schneiden, Aufnehmen und Zerkleinern zumindest teilweise auch gleichzeitig erfolgen können. Insbesondere bezieht sich der Begriff „inerte Materialien“ auf Materialien, die nicht zur umweltverträglichen und/oder nicht zur hinreichend effizienten Energiegewinnung geeignet sind, insbesondere nichtbrennbare Materialien wie Erdboden, insbesondere Sand, und/oder Felsgestein. Darunter, dass „eine Verunreinigung von geerntetem und zerkleinertem biologischem Material mit inerten Materialien in dem zumindest einen Schritt zumindest im Wesentlichen reduziert“ ist, soll insbesondere verstanden werden, dass die Verunreinigung eines Endprodukts in dem zumindest einen Schritt um zumindest 10%, insbesondere um zumindest 15%, bevorzugt um zumindest 20% und besonders vorteilhaft um zumindest 25% reduziert ist im Vergleich zu einer Situation, in der der zumindest eine Schritt weggelassen wurde. Mithilfe der Erfindung kann die Qualität, insbesondere der Heizwert des geernteten und zerkleinerten biologischen Materials bereits während der Ernte vorteilhaft gesteigert werden. Ohne dass im Wesentlichen eine weitere Reinigung erforderlich wäre, kann das biologische Material in Zementfabriken, in Kraftwerken, insbesondere in Wirbelschichten, oder zu anderen Zwecken genutzt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Abstand zwischen einer Schneideinheit und zumindest einer Schneidlagereinheit eingestellt, um Verunreinigungen zu reduzieren. Unter einer „Schneidlagereinheit“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zumindest einen Teil eines Gewichts der Ernteeinheit, insbesondere der Schneideinheit, auf den Untergrund zu übertragen, insbesondere unter Umgehung des Fahrgestells. Die Schneidlagereinheit kann zumindest ein Rad und/oder vorzugsweise zumindest eine Kufe aufweisen, besonders vorteilhaft zumindest ein Paar Kufen, womit die Schneidlagereinheit während eines Schneidebetriebs den Boden kontaktiert und insbesondere mittels des Fahrgestells über den Boden bewegt wird. Hierbei soll insbesondere klargestellt sein, dass ein Erntebetrieb derart durchgeführt werden sollte, dass aus dem geernteten biologischen Material mit hoher, vorzugsweise mit maximaler Effizienz Energie gewonnen werden kann. Insbesondere sollte eine Menge von pro Flächeneinheit geernteter Biomasse maximiert werden, was insbesondere dadurch bewirkt würde, dass man den Abstand zwischen der Schneideinheit und der Schneidlagereinheit verringert und gleichzeitig die Verunreinigung mit inerten Materialien minimiert, was insbesondere bedeuten würde, dass man den Abstand vergrößert. Folglich sollte es, insbesondere von physikalischen und chemischen Bodenverhältnissen wie z. B. Härte und/oder Feuchtigkeit und/oder Körnigkeit abhängig, einen optimalen Abstand zwischen der Schneideinheit und der Schneidlagereinheit geben, der vorzugsweise von einem Bediener gewählt wird. Eine allgemeine Faustregel besagt insbesondere, dass der Abstand bei weichem Untergrund vergrößert und bei hartem Untergrund verringert werden sollte. Des Weiteren sollte der Abstand insbesondere im Falle von zumindest teilweise staubartigem oder sandigem Boden vergrößert werden. Eine Einstellung des Abstands wäre erreichbar durch zumindest eine in ihrer Höhe verstellbare Kufe und/oder bevorzugt durch Verwendung verschiedener auswechselbarer Kufen von unterschiedlicher Höhe. Hierdurch kann eine Menge an inerten Materialien, insbesondere an von der Aufnahmeeinheit aufgenommenem Boden, speziell Sand, und/oder Felsgestein, von vorneherein verringert werden, wodurch zusätzlich ein Verschleiß innerhalb der Zerkleinerungseinheit und der Transporteinheit vermindert wird.
Vorzugsweise wird eine Druckbelastung zumindest einer Schneidlagereinheit während des Schneidens an Bodenverhältnisse angepasst. Zumindest ein Teil des Gewichts der Ernteeinheit, insbesondere der Schneideinheit, wird während des Schneidens über die zumindest eine Schneideinheit, unter Umgehung des Fahrgestells, direkt auf den Untergrund übertragen, insbesondere um einen bestimmten Abstand zwischen dem Untergrund und der Schneideinheit einzuhalten. Hohe Druckbelastung auf weichem Untergrund wird insbesondere zumindest teilweises Einsinken der zumindest einen Schneidlagereinheit zur Folge haben, was wiederum insbesondere zu einer erhöhten Verunreinigung des geernteten und zerkleinerten biologischen Materials führt. Folglich sollte, insbesondere in Abhängigkeit von Bodenverhältnissen, eine optimale Druckbelastung der zumindest einen Schneidlagereinheit existieren und vorzugsweise gewählt werden, entweder manuell durch den Bediener oder bevorzugt zumindest teilweise automatisiert. Ganz besonders vorteilhaft weist das Biomasseerntegerät eine Steuereinheit auf, die die Druckbelastung der zumindest einen Schneidlagereinheit misst und automatisch steuert entsprechend einem Sollwert, der vorzugsweise vom Bediener gewählt wird. Hierdurch kann die Menge an inertem, von der Aufnahmeeinheit aufgenommenem Material, insbesondere Boden, speziell Sand, und/oder Felsgestein, vorteilhaft von vorneherein verringert werden. Insbesondere kann ein Abstand zwischen einem Rotor der Schneideinheit und/oder der Aufnahmeeinheit und/oder der Zerkleinerungseinheit einerseits und dem Untergrund andererseits zumindest grundsätzlich konstant gehalten werden, insbesondere auch bei unterschiedlichen Bodenverhältnissen. Des Weiteren kann ein Verschleiß von Bauteilen des Fahrgestells und von Bauteilen, die das Fahrgestell mit der Ernteeinheit verbinden, reduziert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zu zerkleinerndes Material von einer Einspeiseeinheit aktiv in zumindest eine Zerkleinerungseinheit eingespeist und durch die Einspeiseeinheit in zumindest einem Zerkleinerungsbereich der Zerkleinerungseinheit über einen zumindest ausreichend langen Zeitraum festgehalten. In diesem Zusammenhang soll unter einer „Einspeiseeinheit“ insbesondere eine Einheit verstanden werden, die Teil der Ernteeinheit ist und zumindest ein Einspeiseelement umfasst, das zu einem kontrollierten Einspeisen des zu zerkleinernden Materials in die Zerkleinerungseinheit vorgesehen ist. Die Einspeiseeinheit umfasst vorzugsweise einen Einspeiserotor mit einer Vielzahl von axial und in Umfangsrichtung verteilten Einspeisezähnen, die insbesondere dazu vorgesehen sind, das zu zerkleinernde Material festzuhalten und zu bewegen. Die Einspeiseeinheit verhindert, dass das zu zerkleinernde Material zu schnell in den Zerkleinerungsbereich gezogen wird. Vorzugsweise dreht sich der Einspeiserotor in der entgegengesetzten Richtung in Bezug auf zum Aufnahmerotor und/oder zum Zerkleinerungsrotor. Ganz besonders bevorzugt sind die Zähne des Einspeiserotors und die Aufnahmeelemente des Aufnahmerotors und/oder die ersten Zerkleinerungselemente des Zerkleinerungsrotors derart angeordnet dass sie, während die Rotoren sich drehen, zumindest teilweise ineinander eingreifen und hierdurch für gründliche Zerkleinerung sorgen. Insbesondere soll unter einem „Zerkleinerungsbereich“ ein Bereich der Zerkleinerungseinheit verstanden werden, in dem während eines Betriebszustands eine Zerkleinerung des Materials stattfindet. Der Zerkleinerungsbereich befindet sich bevorzugt zwischen dem Zerkleinerungsrotor und einem Rotorabdeckungskörper. Zumindest ein Teil der ersten und alle zweiten Zerkleinerungselemente befinden sich im Zerkleinerungsbereich. Darunter, dass zu zerkleinerndes Material durch die zumindest eine Einspeiseeinheit in dem zumindest einen Zerkleinerungsbereich der zumindest einen Zerkleinerungseinheit „über einen zumindest ausreichend langen Zeitraum“ festgehalten wird, soll insbesondere verstanden werden, dass das Material in dem zumindest einen Zerkleinerungsbereich festgehalten wird und insbesondere Vibrationen und Schlägen ausgesetzt wird, die in diesem Bereich ausgeführt werden, zumindest über einen Zeitraum, der ausreicht zur Entfernung von zumindest 10%, insbesondere zumindest 20%, vorzugsweise zumindest 30% und besonders vorteilhaft zumindest 40% der inerten Materialien, die in dem zerkleinerten Material enthalten sind. Aufgrund einer relativ langen Festhaltezeit während des Zerkleinerungsvorgangs kann effektive Säuberung des biologischen Materials erreicht werden. Außerdem kann eine gründliche Zerkleinerung erreicht werden, die ihrerseits zu geringer durchschnittlicher Teilchengröße führt sowie zu einer großen spezifischen Oberfläche und zu hoher Dichte des organischen Materials.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden während eines Zerkleinerungsvorgangs zusätzliche Vibrationen durch zumindest eine Schlageinheit erzeugt, um die inerten Materialien von zu zerkleinerndem Material zu trennen. Unter einer „Schlageinheit“ soll in diesem Zusammenhang eine Einheit verstanden werden, die zumindest ein Schlagelement aufweist, das zum Erzeugen von Vibrationen durch Schlagen auf zumindest einen Gegenstand, insbesondere auf das zu zerkleinernde Material, vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die Schlageinheit zumindest teilweise identisch mit der Zerkleinerungseinheit, wobei die Schlagelemente besonders bevorzugt mit zumindest einem Teil der ersten Zerkleinerungselemente identisch sind. Dadurch kann der Reinigungseffekt während der Festhaltezeit im Zerkleinerungsbereich weiter verbessert werden. Wenn im Zerkleinerungsrotor unterschiedliche Typen von ersten Zerkleinerungselementen verwendet werden, insbesondere zumindest ein erster Satz von zum Schneiden des Materials vorgesehenen ersten Zerkleinerungselementen und zumindest ein zweiter Satz von zum Schlagen auf das Material vorgesehenen ersten Zerkleinerungselementen, können Größe, spezifische Oberfläche und Größenverteilung des geernteten und zerkleinerten Materials vorteilhaft beeinflusst werden, insbesondere je nach Ausgangssituation. Insbesondere kann der zumindest eine zweite Satz von ersten Zerkleinerungselementen die gesamte Reinigungsleistung entscheidend verbessern.
Wenn zerkleinertes Material in einem Schneckenförderer über einen zumindest teilweise perforierten Förderschacht transportiert wird, kann die Verunreinigung des biologischen Materials vorteilhaft weiter vermindert werden. Diese Maßnahme kann zusätzlich zu dem zumindest einen sich von einem Siebeschritt unterscheidenden Schritt eingesetzt werden, um die Qualität des geernteten Materials weiter zu erhöhen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest ein, von zumindest einem Einspeisebereich zu zumindest einem Entladebereich gerichteter Luftstrom innerhalb des Biomasseerntegeräts zumindest im Wesentlichen minimiert. Unter einem „Einspeisebereich“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Bereich der Ernteeinheit verstanden werden, wo zu erntendes Material in die Schneideinheit eingespeist wird. Unter einem „Entladebereich“ soll insbesondere ein Bereich des Biomasseerntegeräts verstanden werden, wo das geerntete und zerkleinerte biologische Material die Transporteinheit verlässt, insbesondere um in einem Sammelbehälter, vorzugsweise einem Sammelbehälter des Biomasseerntegeräts, gesammelt zu werden. Darunter, dass der zumindest eine, von dem zumindest einen Einspeisebereich zu dem zumindest einen Entladebereich gerichtete Luftstrom innerhalb des Biomasseerntegeräts „zumindest im Wesentlichen minimiert wird“, soll insbesondere verstanden werden, dass bestimmte Maßnahmen ergriffen werden, um eine Strömungsrate des zumindest einen Luftstroms um zumindest 20%, insbesondere um zumindest 40%, vorzugsweise um zumindest 60% und besonders vorteilhaft um zumindest 80% zu reduzieren im Vergleich zu einer Situation, in der diese Maßnahmen weggelassen wurden. Die hier genannten Maßnahmen sind insbesondere Druckeinstellungen, vorzugsweise indem zumindest ein Element des Biomasseerntegeräts für die Einhaltung eines bestimmten erforderlichen Strömungsleitwerts ausgelegt ist und/oder bevorzugt indem zumindest ein Bereich mittels zumindest eines Kompressors mit Druck beaufschlagt wird und/oder besonders bevorzugt, indem in zumindest einem Element des Biomasseerntegeräts zumindest eine Öffnung, insbesondere eine Öffnung nach außen, vorgesehen ist. Indem der von dem zumindest einen Einspeisebereich zu dem zumindest einen Entladebereich gerichtete Luftstrom innerhalb des Biomasseerntegeräts reduziert wird, können Aufnahme und Transport von Materialteilchen, insbesondere Staub und/oder Sand, zu dem zumindest einen Entladebereich vorteilhaft verringert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird während zumindest eines Betriebszustands Luft mittels einer Luftzufuhröffnung, die von einer Materialeinlassöffnung und einer Materialauslassöffnung verschieden ist, in zumindest einen Bereich eines Auswerfers eingespeist. Unter einem „Auswerfer“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, die zumindest eine Materialeinlassöffnung, zumindest eine Materialauslassöffnung sowie zumindest eine Auswurfeinheit umfasst, die dazu vorgesehen ist, in die Materialeinlassöffnung vorzugsweise über den Schneckenförderer eingegebenes Material durch die Materialauslassöffnung auszuwerfen. Vorzugsweise weist die Auswurfeinheit ein Gebläserad, insbesondere ein Schaufelrad, auf, das dazu vorgesehen ist, Material durch Impulsübertragung zu beschleunigen. Die zumindest eine Luftzufuhröffnung könnte insbesondere den zumindest einen Bereich des Auswerfers mit der Außenseite des Biomasseerntegeräts verbinden, wodurch insbesondere ein Umgebungsdruck zumindest grundsätzlich in den Auswerfer gelangen muss. Des Weiteren könnte die zumindest eine Luftzufuhröffnung insbesondere mit einem Lüfterrad und/oder Kompressor, vorzugsweise mit der Hochdruckseite des zumindest einen Kompressors verbunden sein, um jeglichen Lufteintritt durch irgendeine Materialeinlassöffnung des Auswerfers, insbesondere im Falle von feinkörnigem inertem Material, vollständig zu verhindern. Insbesondere könnte es mehrere solcher Luftzufuhröffnungen geben, deren Querschnittsflächen und/oder Positionen vorzugsweise an eine Größenverteilung und/oder ein Gewicht inerter Materialteilchen angepasst sind. Insbesondere könnte eine oder könnten einige dieser Luftzufuhröffnungen mit der Außenseite des Biomasseerntegeräts in Verbindung stehen und die restliche oder restlichen Luftzufuhröffnungen könnten mit zumindest einem Lüfterrad und/oder Kompressor verbunden sein. Vorzugsweise ist die Summe aller Querschnittsflächen aller Luftzufuhröffnungen und/oder aller Materialeinlassöffnungen und/oder aller Materialauslassöffnungen einstellbar, besonders bevorzugt zumindest teilweise automatisch einstellbar. Vorzugsweise liegt das Verhältnis der Summe aller Querschnittsflächen aller Materialeinlassöffnungen zur Summe aller Querschnittsflächen aller Materialauslassöffnungen zwischen 1 und 1,2; insbesondere zwischen 1,05 und 1,15; und es wird insbesondere abhängig von der Größenverteilung und/oder Sinkgeschwindigkeit der inerten Materialteilchen und/oder abhängig von der Einspeisungsrate durch alle Materialeinlassöffnungen gewählt. Vorzugsweise liegt das Verhältnis der Summe aller Querschnittsflächen aller Luftzufuhröffnungen zur Summe aller Querschnittsflächen aller Materialauslassöffnungen zwischen 0 und 3, speziell zwischen 0 und 2,5; und es wird insbesondere abhängig von der Größenverteilung und/oder Sinkgeschwindigkeit der inerten Materialteilchen und/oder von der Einspeisungsrate durch alle Materialeinlassöffnungen gewählt. Dadurch kann die Entstehung eines Unterdrucks innerhalb des Auswerfers, insbesondere in einem Bereich um die zumindest eine Materialeinlassöffnung herum, vorteilhaft zumindest grundsätzlich verhindert werden, wodurch der zumindest eine von dem zumindest einen Einspeisebereich zu dem zumindest einen Entladebereich gerichtete Luftstrom innerhalb des Biomasseerntegeräts reduziert wird.
Vorzugsweise wird eine abzuerntende Fläche nach saisonalen Gesichtspunkten ausgewählt. Besonders in tropischen und/oder subtropischen Gegenden haftet Boden, insbesondere Sand- und oder Staubkörner, in einer feuchten Jahreszeit viel stärker an dem zu erntenden Material und/oder bereits geernteten biologischen Material als in einer Trockenzeit. Ferner ist eine Feuchtigkeit in einer feuchten Jahreszeit bei steinigem Untergrund geringer als bei lehmigem Untergrund. Es wird daher insbesondere empfohlen, in einer feuchten Jahreszeit nur Gebiete mit steinigem Untergrund abzuernten. Insbesondere sollten Gebiete mit lehmigem Untergrund nur während einer Trockenzeit abgeerntet werden. Durch eine solche Auswahl kann die Verunreinigung des geernteten und zerkleinerten biologischen Materials besonders vorteilhaft reduziert werden.
In der vorliegenden Patentanmeldung sollen sämtliche Aspekte, Ausführungsbeispiele, Beispiele, Merkmale und Alternativen, die in den vorhergehenden Abschnitten, in den Patentansprüchen und/oder in den folgenden Beschreibungen und Zeichnungen vorgestellt sind, unabhängig voneinander ebenso wie in jeder beliebigen Kombination als offenbart angesehen werden. Merkmale, die im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben werden, sind in gleicher Weise auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar, ausgenommen im Fall von einander widersprechenden Merkmalen.
Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand eines Beispiels beschrieben, in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen die folgenden Merkmale abgebildet sind:
Es zeigen:
1 eine vereinfachte schematisierte Ansicht eines Biomasseerntegeräts mit einem Fahrgestell und einer Ernteeinheit, in einer ersten Betriebsposition,
2 eine vereinfachte schematisierte Ansicht des Biomasseerntegeräts mit der Ernteeinheit, in einer zweiten Betriebsposition,
3 eine Schnittansicht durch einen Teilbereich der Ernteeinheit mit einer Einspeiseeinheit, einer Schneideinheit, einer Aufnahmeeinheit, einer Zerkleinerungseinheit und einer Transporteinheit,
4 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teilbereichs der Zerkleinerungseinheit,
5 einen Auswerfer der Transporteinheit mit geöffnetem Gehäuse und
6 den Auswerfer mit durch eine Deckplatte geschlossenem Gehäuse.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine vereinfachte schematisierte Ansicht eines Biomasseerntegeräts 12 mit einem Fahrgestell 48 und einer Ernteeinheit 50, in einer ersten Betriebsposition. Das Fahrgestell 48 weist ein Paar Gleisketten 52 für die Fortbewegung des Biomasseerntegeräts 12 auf. Das Biomasseerntegerät 12 weist ferner eine Fahrerkabine 54 auf, die in eine Vorwärtsrichtung 56 des Biomasseerntegeräts 12 orientiert ist. Das Biomasseerntegerät 12 umfasst zusätzlich einen Sammelbehälter 58 um geerntetes Material zu sammeln. Der Sammelbehälter 58 befindet sich in Bezug auf die Vorwärtsrichtung 56 hinter der Fahrerkabine 54. Die Ernteeinheit 50 befindet sich in Bezug auf die Vorwärtsrichtung 56 vor der Fahrerkabine 54. Die Ernteeinheit 50 ist dazu vorgesehen, Holz 10 zu ernten, geerntetes Material zu verarbeiten und in transportierbares Schüttgut umzuwandeln sowie das Schüttgut über einen Entladebereich 38 dem Sammelbehälter 58 zuzuführen. Die Ernteeinheit 50 ist an dem Fahrgestell 48 befestigt. In der ersten Betriebsposition kontaktiert eine Schneidlagereinheit 18 einen Untergrund 70 und zumindest ein Teil eines Gewichts der Ernteeinheit 50 wird über die Schneidlagereinheit 18 direkt auf den Untergrund 70 übertragen. Die Schneidlagereinheit 18 umfasst ein Paar Kufen 72, von denen nur eine in den Abbildungen sichtbar ist.
2 zeigt eine vereinfachte schematisierte Ansicht des Biomasseerntegeräts 12 mit der Ernteeinheit 50 in einer zweiten Betriebsposition. Das Biomasseerntegerät 12 weist eine Schwenkeinheit 60 auf, um einen Aufbau 62 relativ zum Fahrgestell 48 um eine Schwenkachse 64 zu schwenken, die senkrecht zu der Vorwärtsrichtung 56 ist. Hierbei umfasst der Aufbau 62 die Ernteeinheit 50, die Fahrerkabine 54, den Sammelbehälter 58, einen Rahmen 65 und einen Motorraum 66. Der Motorraum 66 weist einen Motor zu einem Vortrieb der Ernteeinheit 50, eine Elektrik und ein hydraulisches System zu einem Vortrieb des Fahrgestells 48 auf. Der Motorraum 66 ist in Bezug auf die Vorwärtsrichtung 56 seitlich neben der Fahrerkabine 54 angeordnet. Ein Schwenken des Aufbaus 62 relativ zum Fahrgestell 48 ermöglicht eine Änderung einer Arbeitshöhe 68 der Ernteeinheit 50. In der zweiten Betriebsposition wird die Schneidlagereinheit 18 angehoben und das ganze Gewicht der Ernteeinheit 50 wird über die Schwenkeinheit 60 und das Fahrgestell 48 zum Untergrund 70 übertragen.
3 zeigt eine Schnittansicht durch einen Teilbereich der Ernteeinheit 50 des Biomasseerntegeräts 12. Die Ernteeinheit 50 umfasst eine Einspeiseeinheit 26, eine Schneideinheit 16, eine Aufnahmeeinheit 74, eine Zerkleinerungseinheit 22 und eine Transporteinheit 76. Die Einspeiseeinheit 26 weist eine erste Einspeisewalze 78 und eine zweite Einspeisewalze 80 auf. Die Schneideinheit 16, die Aufnahmeeinheit 74 und die Zerkleinerungseinheit 22 haben einen gemeinsamen Ernterotor 82. Der Ernterotor 82 ist zumindest grundsätzlich zylindrisch geformt. Der Ernterotor 82 weist eine Vielzahl axial und in Umfangsrichtung verteilter Erntewerkzeuge 84 auf, die in Bezug auf 4 näher beschrieben werden. Der Ernterotor 82 ist dazu vorgesehen, um seine senkrecht zur Vorwärtsrichtung 56 angeordnete Längsachse zu rotieren. Eine Rotationsrichtung 86 des Ernterotors 82 ist so gewählt, dass der unterste Abschnitt des Ernterotors 82 sich in einem Betriebszustand in die Vorwärtsrichtung 56 bewegt. Daher kann der Ernterotor 82 im Betriebszustand Material vom Untergrund 70 aufnehmen. Die erste Einspeisewalze 78 ist zumindest grundsätzlich zylindrisch geformt. Die erste Einspeisewalze 78 weist eine Vielzahl von axial und in Umfangsrichtung verteilten Einspeisezähnen 88 auf. Die erste Einspeisewalze 78 ist dazu vorgesehen, um ihre senkrecht zur Vorwärtsrichtung 56 angeordnete Längsachse zu rotieren. Eine Rotationsrichtung 90 der ersten Einspeisewalze 78 ist der Rotationsrichtung 86 des Ernterotors 82 entgegengesetzt. Die Einspeisezähne 88 der ersten Einspeisewalze 78 und ein Teil der Erntewerkzeuge 84 des Ernterotors 82 sind dazu vorgesehen, während einer Rotation des Ernterotors 82 und der ersten Einspeisewalze 78 ineinander einzugreifen (siehe auch 4). Die zweite Einspeisewalze 80 ist zumindest grundsätzlich identisch zu der ersten Einspeisewalze 78. Die zweite Einspeisewalze 80 ist jedoch zu der ersten Einspeisewalze 78 in Bezug auf die Vorwärtsrichtung 56 um einen bestimmten Abstand versetzt angeordnet. Die Zerkleinerungseinheit 22 umfasst weiter ortsfeste Zerkleinerungselemente 92, 94. Die Zerkleinerungselemente 92, 94 sind an der Unterseite einer Rotorabdeckung 96 befestigt. Die ortsfesten Zerkleinerungselemente 92, 94 und ein Teil der Erntewerkzeuge 84 des Ernterotors 82 sind dazu vorgesehen, in einem Betriebszustand ineinander einzugreifen (siehe auch 4). Die Transporteinheit 76 umfasst einen Schneckenförderer 30, der relativ zu der Vorwärtsrichtung 56 hinter dem Ernterotor 82 angeordnet ist. Der Schneckenförderer 30 umfasst eine Schraube 98, die in einem zumindest teilweise perforierten Förderschacht 32 gelagert ist (siehe auch 5). Der Förderschacht 32 ist offen entlang eines Bereichs 100, der dem Ernterotor 82 gegenüberliegt, und an einem seiner beiden Enden 102 (siehe auch 5).
4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Teilbereichs der Zerkleinerungseinheit 22. Die Erntewerkzeuge 84 sind fest an einem Grundkörper 104 des Ernterotors 82 angebracht. Die Erntewerkzeuge 84 sind auf zwei verschiedene Weisen ausgebildet. Erste Erntewerkzeuge 106 weisen eine scharfe Schneidkante auf zu einem Schneiden von Material. Zweite Erntewerkzeuge 108 weisen eine etwas weniger scharfe Kante auf und sind eher zu einem Schlagen des Materials vorgesehen. Die zweiten Erntewerkzeuge 108 sind Teil einer Schlageinheit 28, die zum Schlagen des Materials vorgesehen ist. Die zweiten Erntewerkzeuge 108 sind derart angeordnet, dass sie in dem Betriebszustand in die ortsfesten Zerkleinerungselemente 92, 94 eingreifen. Die ersten Erntewerkzeuge 106 sind hingegen so angeordnet, dass sie sich in dem Betriebszustand entlang und nahe an einer Fläche der ortsfesten Zerkleinerungselemente 92, 94 bewegen, und sind also dazu vorgesehen, das Material in diesem Zerkleinerungsbereich 24 zu zerkleinern. Die zweiten Erntewerkzeuge 108 sind ferner so angeordnet, dass sie in dem Betriebszustand in die Einspeisezähne 88 der ersten Einspeisewalze 78 eingreifen. Die ersten Erntewerkzeuge 106 sind jedoch so angeordnet, dass sie sich entlang und nahe an einer Fläche der Einspeisezähne 88 der ersten Einspeisewalze 78 bewegen.
Im Betriebszustand dreht sich der Ernterotor 82 1.000- bis 2.000-mal pro Minute. Die erste Einspeisewalze 78 und die zweite Einspeisewalze 80 der Einspeiseeinheit 26 drehen sich mit einer viel geringeren Rotationsgeschwindigkeit. Während das Fahrgestell 48 die Ernteeinheit 50 vorwärts bewegt, wird alles Holz 10 samt Wurzeln, das mit der ersten Einspeisewalze 78 in Kontakt kommt, nach unten gedrückt und dem Ernterotor 82 zugeführt (siehe auch 3). Jegliches Holz 10 samt Wurzeln, das mit den Erntewerkzeugen 84 des Ernterotors 82 in Berührung kommt, wird von den Erntewerkzeugen 84, insbesondere den zweiten Erntewerkzeugen 108, geschnitten und aufgrund der Rotationsrichtung 86 des Ernterotors 82 in den Zerkleinerungsbereich 24 transportiert. In dem Zerkleinerungsbereich 24 wird das Material zwischen den ortsfesten Zerkleinerungselementen 92, 94 und den Erntewerkzeugen 84, insbesondere den ersten Erntewerkzeugen 106, zerkleinert. Zerkleinertes Material wird in den Bereich 100 transportiert und fällt in den Förderschacht 32 des Schneckenförderers 30 zum Weitertransport zu dem Sammelbehälter 58 wie in 5 näher beschrieben.
5 zeigt einen Auswerfer 41 der Transporteinheit 76 mit geöffnetem Gehäuse 110. Der Auswerfer 41 weist eine Materialeinlassöffnung 44, eine Materialauslassöffnung 46 und ein Schaufelrad 112 auf. Das zerkleinerte Material wird im Betriebszustand durch den Schneckenförderer 30 in die Materialeinlassöffnung 44 eingegeben. Das Material wird dann durch das Schaufelrad 112 beschleunigt, durch die Materialauslassöffnung 46 in ein Auswurfrohr 114 ausgeworfen (siehe auch 1 und 2) und durch das Auswurfrohr 114 über den Entladebereich 38 zu dem Sammelbehälter 58 gefördert.
6 zeigt den Auswerfer 41 mit dem durch eine Abdeckung 116 geschlossenen Gehäuse 110. Die Abdeckung 116 weist Luftzufuhröffnungen 42 auf, durch die Luft in einen Bereich 40 des Auswerfers 41 gelangen kann. Alternativ oder zusätzlich kann ein Auswerfer zumindest eine Luftzufuhröffnung in einem von einer Abdeckung verschiedenen Element des Auswerfers aufweisen, insbesondere in einer Rückwand gegenüber der Abdeckung.
Um die Qualität des geernteten Materials zu erhöhen, wird ein erfinderisches Verfahren zum Ernten von Holz 10, insbesondere Buschwerk und/oder Plantagenholz, als Biomasse ausgeführt, wobei das Verfahren mehrere von einem Siebeschritt verschiedene Schritte umfasst und wobei eine Verunreinigung des geernteten Materials mit inerten Materialien in jedem Schritt zumindest im Wesentlichen reduziert ist.
Als erstes wird eine abzuerntende Fläche nach saisonalen Gesichtspunkten ausgewählt. In einer feuchten Jahreszeit werden nur Gebiete mit steinigem Untergrund abgeerntet. Gebiete mit lehmigem Untergrund werden nur in einer Trockenzeit abgeerntet.
Zweitens wird ein Abstand 14 zwischen der Schneideinheit 16 und der Schneidlagereinheit 18 eingestellt, um die Verunreinigung während der Ernte zu reduzieren. Genauer gesagt, wird der Abstand 14 zwischen der Längsachse des Ernterotors 82 und einer Unterseite der Kufen 72 der Schneidlagereinheit eingestellt. Dies wird erreicht, indem ein Satz von Paaren von Kufen 72 unterschiedlicher Höhe bereitgestellt ist und indem die Kufen 72 je nach Bedarf ausgewechselt werden. Angesichts einer Menge an geerntetem Material sollte der Abstand 14 möglichst kurz sein. Allerdings sollte der Abstand 14 vergrößert werden bei weichem Boden 20 und/oder bei zumindest teilweise staubartigem und/oder sandigem Boden 20.
Drittens wird eine Druckbelastung der Schneidlagereinheit 18 während des Schneidens an Bodenverhältnisse des Bodens 20 angepasst. Genauer gesagt, wird die Druckbelastung der Kufen 72 der Schneidlagereinheit 18 auf dem Untergrund 70 an die Bodenverhältnisse des Bodens 20 angepasst. Bei weichem Untergrund 70 könnte eine höhere Druckbelastung zu einem zumindest teilweisen Einsinken der Kufen 72 führen, wodurch wiederum der Abstand zwischen der Längsachse des Ernterotors 82 und dem Untergrund 70 verringert würde. Das Biomasseerntegerät 12 weist daher eine Steuereinheit auf, die die Druckbelastung der Kufen 72 misst und automatisch derart steuert, dass sie einem Sollwert entspricht, der vom Bediener entsprechend den Bodenverhältnissen des Bodens 20 gewählt wird.
Viertens wird zu zerkleinerndes Material von der Einspeiseeinheit 26 aktiv in die Zerkleinerungseinheit 22 eingespeist und es wird über einen zumindest ausreichend langen Zeitraum durch die Einspeiseeinheit 26 in dem Zerkleinerungsbereich 24 der Zerkleinerungseinheit 22 festgehalten. Das zu zerkleinernde Material wird nicht nur von der ersten Einspeisewalze 78 in den Zerkleinerungsbereich 24 zwischen dem Ernterotor 82 und der Rotorabdeckung 96 eingespeist, sondern die Einspeisezähne 88 der ersten Einspeisewalze 78 verhindern, dass das Material zu schnell in den Zerkleinerungsbereich 24 gezogen wird. So wird das zu zerkleinernde Material über einen ausreichend langen Zeitraum in dem Zerkleinerungsbereich 24 festgehalten, Vibrationen und Schlägen durch die zweiten Erntewerkzeuge 108 ausgesetzt und dadurch weitgehend von inerten Materialien befreit.
Fünftens wird zumindest ein von einem Einspeisebereich 36 zum Entladebereich 38 gerichteter Luftstrom 34 innerhalb des Biomasseerntegeräts 12 (siehe auch 3 und 5) zumindest im Wesentlichen minimiert. Dies wird erreicht, indem während zumindest eines Betriebszustands durch die Luftzufuhröffnungen 42, die von der Materialeinlassöffnung 44 und der Materialauslassöffnung 46 verschieden sind, Luft in den Bereich 40 des Auswerfers 41 eingespeist wird. Dadurch, dass der Luftstrom 34 zumindest im Wesentlichen minimiert wird, können Aufnahme und Transport von Sand und/oder Staub zum Sammelbehälter 58 beträchtlich reduziert werden. Insbesondere kann ein Unterdruck an der Materialeinlassöffnung 44 des Auswerfers 41 zumindest grundsätzlich verhindert werden, da eine Anordnung und/oder Form und/oder Größen der Luftzufuhröffnungen 42 den Druck an der Materialeinlassöffnung 44 unmittelbar beeinflusst.
Des Weiteren wird das zerkleinerte Material in dem Schneckenförderer 30 über den zumindest teilweise perforierten Förderschacht 32 gefördert, wodurch das zerkleinerte Material zusätzlich gesiebt wird.
Bezugszeichenliste

10: Holz
12: Biomasseerntegerät
14: Abstand
16: Schneideinheit
18: Schneidlagereinheit
20: Boden
22: Zerkleinerungseinheit
24: Zerkleinerungsbereich
26: Einspeiseeinheit
28: Schlageinheit
30: Schneckenförderer
32: Förderschacht
34: Luftstrom
36: Einspeisebereich
38: Entladebereich
40: Bereich
41: Auswerfer
42: Luftzufuhröffnung
44: Materialeinlassöffnung
46: Materialauslassöffnung
48: Fahrgestell
50: Ernteeinheit
52: Gleiskette
54: Fahrerkabine
56: Vorwärtsrichtung
58: Sammelbehälter
60: Schwenkeinheit
62: Aufbau
64: Schwenkachse
65: Rahmen
68: Arbeitshöhe
70: Untergrund
72: Kufe
74: Aufnahmeeinheit
76: Transporteinheit
78: Erste Einspeisewalze
80: Zweite Einspeisewalze
82: Ernterotor
84: Erntewerkzeug
86: Rotationsrichtung
88: Einspeisezahn
90: Rotationsrichtung
92: Zerkleinerungselement
94: Zerkleinerungselement
96: Rotorabdeckung
98: Schraube
100: Bereich
102: Ende
104: Grundkörper
106: Erstes Erntewerkzeug
108: Zweites Erntewerkzeug
110: Gehäuse
112: Schaufelrad
114: Auswurfrohr
116: Abdeckung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0281839 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Ernten von Holz (10), insbesondere Buschwerk und/oder Plantagenholz, als Biomasse mit einem Biomasseerntegerät (12), wobei das Verfahren zumindest einen Schritt aufweist, der von einem Siebeschritt verschieden ist, wobei eine Verunreinigung des geernteten und zerkleinerten biologischen Materials mit inerten Materialien in dem zumindest einen Schritt zumindest im Wesentlichen reduziert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (14) zwischen einer Schneideinheit (16) und zumindest einer Schneidlagereinheit (18) eingestellt wird, um Verunreinigungen zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckbelastung zumindest einer Schneidlagereinheit (18) während des Schneidens an Bodenverhältnisse eines Bodens (20) angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu zerkleinerndes Material von einer Einspeiseeinheit (26) aktiv in zumindest eine Zerkleinerungseinheit (22) eingespeist und durch die Einspeiseeinheit (26) in zumindest einem Zerkleinerungsbereich (24) der Zerkleinerungseinheit (22) über einen zumindest ausreichend langen Zeitraum festgehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Zerkleinerungsvorgangs zusätzliche Vibrationen durch zumindest eine Schlageinheit (28) erzeugt werden, um die inerten Materialien von zu zerkleinerndem Material zu trennen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zerkleinertes Material in einem Schneckenförderer (30) über einen zumindest teilweise perforierten Förderschacht (32) transportiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein, von zumindest einem Einspeisebereich (36) zu zumindest einem Entladebereich (38) gerichteter Luftstrom (34) innerhalb des Biomasseerntegeräts (12) zumindest im Wesentlichen minimiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während zumindest eines Betriebszustands Luft mittels einer Luftzufuhröffnung (42), die von einer Materialeinlassöffnung (44) und einer Materialauslassöffnung (46) verschieden ist, in zumindest einen Bereich (40) eines Auswerfers (41) eingespeist wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine abzuerntende Fläche nach saisonalen Gesichtspunkten ausgewählt wird.
Biomasseerntegerät (12), insbesondere zum Ernten von Holz (10), das dazu vorgesehen ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Biomasseerntegerät (12) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Biomasseerntegerät (12) zumindest einen Auswerfer (41) mit zumindest einer Materialeinlassöffnung (44), zumindest einer Materialauslassöffnung (46) und zumindest einer von der zumindest einen Materialeinlassöffnung (44) und der zumindest einen Materialauslassöffnung (46) verschiedenen Luftzufuhröffnung (42) umfasst.
Biomasseerntegerät (12) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Luftzufuhröffnung (42) als eine Öffnung in einem Gehäuse (110) des Auswerfers (41) ausgebildet ist, die zumindest einen inneren Bereich (40) innerhalb des Gehäuses (110) mit der Umgebung verbindet.