DE102014104384A1

DE102014104384A1 - Streuvorrichtung zum Ausbringen von Streugut mit einer Streuscheibe und Verfahren zum Bestimmen eines von der Streuscheibe abgeschleuderten Massenstroms

Info

Publication number: DE102014104384A1
Application number: DE102014104384.7A
Authority: DE
Inventors: Justus Dreyer
Original assignee: Amazonen Werke H Dreyer SE and Co KG
Current assignee: Amazonen Werke H Dreyer SE and Co KG
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2015-10-01

Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Bestimmen eines von einer Streuscheibe in einer Streuvorrichtung abgeschleuderten Massenstroms an Streugut, insbesondere Dünger, bereit, wobei Peaks in einem der Streuscheibe zugeführten Drehmoment und/oder Schwankungen in der Drehzahl der Streuscheibe erfasst werden. Weiterhin stellt die Erfindung eine Streuvorrichtung zum Ausbringen von Streugut mit einer Streuscheibe, einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen von einem der Streuscheibe zugeführten Drehmoment und/oder einer Drehzahl der Streuscheibe und einer Auswertungseinrichtung zum Bestimmen eines Massenstroms auf Grundlage des erfassten Drehmoments und/oder der erfassten Drehzahl bereit. Dabei wird der Massenstrom auf Grundlage der erfassten Peaks und/oder Schwankungen bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft insbesondere die Bestimmung eines Massenstroms in Streuvorrichtungen mit einer Streuscheibe, einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen von einem der Streuscheibe zugeführten Drehmoment und/oder einer Drehzahl der Streuscheibe und einer Auswertungseinrichtung zum Bestimmen eines Massenstroms auf Grundlage des erfassten Drehmoments und/oder der erfassten Drehzahl.
In der Landwirtschaft werden sehr große Mengen Mineraldünger ausgebracht, um das Nährstoffangebot für Kulturpflanzen zu ergänzen. Im kultivierten Boden stehen die von Kulturpflanzen benötigten Grundnährstoffe und Spurennährstoffe oftmals nicht in gewünschter Form und Menge bereit, so dass durch gezielte Düngergaben Defizite ausgeglichen und folglich für Kulturpflanzen ein schnelleres Wachstum, höhere Erträge und eine bessere Qualität erreicht werden. Gerade um einem zunehmenden Bedarf von Nahrungsmitteln zu begegnen sind Düngemittel im Agrarbereich für die erforderlichen Steigerungen von Erntemengen unerlässlich. Hinsichtlich der mit Düngemitteln verbundenen Kosten und angesichts der möglichen Gefahren von Belastungen für die Bodenfauna und das Grundwasser bei falscher Düngung ist ein optimaler Einsatz der Düngemittel gefordert. Zur wirksamen Ertragssteigerung ist es daher unumgänglich, die meist kostenintensiven Düngemittel so zu verteilen, dass sie von den Pflanzen optimal genutzt und Gefahren für die Umwelt so gering wie möglich gehalten werden.
Für die Ausbringung der Düngemittel sind im Laufe der Zeit verschiedenste Verteiltechniken entwickelt worden. Hierbei haben sich insbesondere die Zentrifugaldüngerstreuer durchgesetzt. Dabei wird ein dossierter Massenstrom einer rotierenden Streuscheibe zugeführt, die den dosierten Massenstrom durch Wurfschaufeln verteilt ausbringt, die an der Streuscheibe angebracht sind.
Aus der Druckschrift EP 0 963 690 B1 ist ein Schleuderstreuer für Düngemittel bekannt, in dem ein der Streuscheibe zugeführtes Drehmoment gemessen und der durch den Schleuderstreuer ausgebrachte Massenstrom aus dem gemessenen Drehmoment anhand von vorab gemessenen Drehmoment-Massenstrom-Kurven bestimmt wird.
Die Bestimmung des ausgebrachten Massenstroms ist in bekannten Schleuderstreuern sehr träge, da die Mess- und Auswertungszeiten mit 50 Sekunden sehr groß sind. Dies hat zur Folge, dass die abgeschleuderte Menge an Düngemittel nicht in Echtzeit überwacht wird und insbesondere eine Überdüngung zu spät erkannt wird.
Jedoch ist für die genaue Dosierung des Düngemittels eine Bestimmung des ausgebrachten Massenstroms während der Ausbringung jeder einzelnen Düngemittelportion wünschenswert. Daher besteht ausgehend von den bekannten Schleuderstreuern ein Bedarf an Streuvorrichtungen, in denen der ausgebrachte Massenstrom in Echtzeit bestimmt wird. Ferner besteht ein Bedarf an Verfahren zum Bestimmen des abgeschleuderten Massenstroms in Echtzeit und insbesondere während des Ausbringens einzelner Düngemittelportionen.
Die vorangehenden Probleme und Aufgaben werden im Allgemeinen gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen eines von einer Streuscheibe in einer Streuvorrichtung abgeschleuderten Massenstroms an Streugut, insbesondere Dünger, und eine Streuvorrichtung zum Ausbringen von Streugut mit einer Streuscheibe, wobei der Massenstrom in sehr kurzen Zeitintervallen, möglichst während einer Umdrehung der Streuscheibe, bestimmt wird.
In einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen eines von einer Streuscheibe in einer Streuvorrichtung abgeschleuderten Massenstroms an Streugut, insbesondere Dünger, bereitgestellt. Hierbei werden Peaks in einem der Streuscheibe zugeführten Drehmoment und/oder es werden Schwankungen in der Drehzahl der Streuscheibe erfasst. Der Massenstrom wird auf Grundlage der erfassten Peaks und/oder Schwankungen bestimmt. Die Erfinder haben erkannt, dass die Trägheit in der Bestimmung des Massenstroms im Stand der Technik darauf beruht, dass der Massenstrom aus Mittelwerten des Drehmoments bestimmt wird, um Schwankungen im Drehmoment zu verringern. Demgegenüber beruht die erfindungsgemäße Massenstrombestimmung direkt auf einzelnen Messwerten und/oder Schwankungen anstelle der Mittelwerte, wodurch sich sehr kurze Mess- und Auswertungszeiten realisieren lassen.
In einer vorteilhafteren Ausführungsform des ersten Aspekts wird ein Verlauf der Drehzahl und/oder des Drehmoments über wenigstens eine Umdrehung der Streuscheibe erfasst. In dem erfassten Verlauf werden die Peaks und/oder Schwankungen ermittelt. Durch die Ermittlung von Peaks und/oder Schwankungen während einer Umdrehung der Streuscheibe wird die während der Umdrehung abgeschleuderte Menge bzw. der während der Umdrehung abgeschleuderte Massenstrom erfasst und es werden Mess- und Auswertungszeiten in der Größenordnung von einer Umdrehung erreicht. Anhand des Verlaufs werden Peaks und/oder Schwankungen sehr genau ermittelt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung hierin wird ein Abwurfwinkelbereich aus einer Peakbreite im Drehmomentverlauf bestimmt. Dadurch wird gleichzeitig bei der Erfassung des Massenstroms auch der zugehörige Abwurfwinkelbereich des abgeschleuderten Streuguts ermittelt, der eine wichtige Größe zur Charakterisierung des Streubilds darstellt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ferner eine Menge des abgeschleuderten Streuguts aus einem Verhältnis von einem maximalen Drehmoment zu einem minimalen Drehmoment im Drehmomentverlauf bestimmt. Dies stellt eine einfache und schnelle Bestimmung der abgeschleuderten Menge bereit.
In einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform des ersten Aspekts wird ferner eine Menge des abgeschleuderten Streuguts aus einer maximalen Drehmomentänderung bestimmt. Dies stellt eine einfache und schnelle Möglichkeit zur direkten Mengenbestimmung dar.
In einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform des ersten Aspekts werden die Schwankungen relativ zu einer Leerlaufdrehzahl der Streuscheibe bestimmt. Die Leerlaufdrehzahl stellt eine einfach zu bestimmende Bezugsgröße dar, zu der die Schwankungen ohne großen Aufwand bestimmt werden können.
In einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform des ersten Aspekts wird der Massenstrom weiterhin unter Berücksichtigung von Korrekturfaktoren bestimmt, die mechanische und/oder geometrische Eigenschaften des Streuguts und/oder der Streuscheibe parametrisieren. Insbesondere können aufgrund von vorab bestimmten, gemessenen und/oder empirisch ermittelten Daten des Streuguts (bspw. Reibkoeffizient, Dichte, Korngröße etc.) und/oder der Streuscheibe (Radius, Trägheitsmoment, Dichte, Volumen, Größe, Anordnung, Anzahl von Wurfschaufeln etc.) schnell und einfach Korrekturen im Massenstrom berücksichtigt werden.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Streuvorrichtung zum Ausbringen von Streugut mit einer Streuscheibe, einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen von einem der Streuscheibe zugeführten Drehmoment und/oder einer Drehzahl der Streuscheibe und einer Auswertungseinrichtung zum Bestimmen eines Massenstroms auf Grundlage des erfassten Drehmoments und/oder der erfassten Drehzahl bereitgestellt. Die Erfassungseinrichtung und die Auswertungseinrichtung sind hierbei zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet. Die erfindungsgemäße Streuvorrichtung erlaubt eine sehr schnelle Ermittlung des von der Streuscheibe abgeschleuderten Massenstroms.
In einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform des zweiten Aspekts umfasst die Streuvorrichtung einen Hydromotor zum Antrieb der Streuscheibe und die Auswertungseinrichtung ist zur Bestimmung des Massenstroms auf Grundlage der Schwankungen ausgebildet. Die erfindungsgemäße Bestimmung des Massenstroms ist in gegenwärtigen Streuvorrichtungen auf einfache Weise einsetzbar, wobei der Massenstrom vorteilhaft auf Grundlage von Drehzahlschwankungen bestimmt wird.
In einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform des zweiten Aspekts weist die Streuvorrichtung eine in einem Antriebsstrang der Streuscheibe angeordnete Klauenkupplung mit einem Elastomerübertragungselement auf und die Auswertungseinrichtung ist zur Bestimmung des Massenstroms auf Grundlage der Schwankungen ausgebildet. Durch die Klauenkupplung mit Elastomerübertragungselement werden Schwankungen im der Streuscheibe zugeführten Drehmoment gedämpft, wobei der abgeschleuderte Massenstrom vorteilhaft auf Grundlage der Drehzahlschwankungen bestimmt wird.
In einer weiteren vorteilhafteren Ausführungsform des zweiten Aspekts weist die Streuvorrichtung ein in einem Antriebsstrang der Streuscheibe angeordnetes Übertragungselement mit einem geringen polaren Widerstandsmoment auf und die Auswertungseinrichtung ist zur Bestimmung des Massenstroms auf Grundlage der Schwankungen ausgebildet. Es wird ein weiterer torsionsweicher Antrieb der Streuscheibe bereitgestellt, wobei der abgeschleuderte Massenstrom vorteilhaft durch Drehzahlschwankungen bestimmt wird.
In einer weiteren vorteilhafteren Ausgestaltung hierin ist das Übertragungselement eine Torsionsfeder oder eine Drehstabfeder. Dies stellen einfache Ausgestaltungen für Übertragungselemente in einem torsionsweichen Antrieb der Streuscheibe dar.
Weitere Merkmale, vorteilhafter Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus dem beigefügten Patentansprüchen unter folgender detaillierter Beschreibung anschaulicher Ausführungsformen hervor, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird, in denen:
1 eine Schleudervorrichtung gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen in einer schematischen Prinzipdarstellung zeigt;
2 eine Streuvorrichtung gemäß einiger anderer anschaulicher Ausführungsform in einer Prinzipdarstellung zeigt;
3 schematisch in perspektivischer Ansicht eine Streuscheibe gemäß einiger Ausführungsformen der Erfindung darstellt;
4 einen durch die Erfinder erfassten Drehmomentverlauf über einen Winkelbereich bei drehender Streuscheibe zeigt;
5 einen durch die Erfinder erfassten Drehmomentverlauf und Drehzahlverlauf in einem Diagramm aufgetragen gegen den Drehwinkel der Streuscheibe zeigt;
6a einen Antriebsstrang für zwei Streuscheiben gemäß einiger anschaulicher Ausführungsformen der Erfindung darstellt;
6b eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts im Antriebsstrang aus 6a darstellt; und
7 eine perspektivische Ansicht eines Antriebsstrangs für eine Streuscheibe gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen der Erfindung darstellt.
1 stellt schematisch eine Streuvorrichtung mit einem Vorratsbehälter 1 und einer Dosiervorrichtung 2 dar, über die ein Streugut, insbesondere Dünger, in einstellbaren Mengen einer oder mehrerer rotierend angetriebener Streuscheiben 3 zugeführt wird. Die Streuscheibe 3 wird hierbei durch einen Hydraulikmotor 5 angetrieben. Die Schleuderscheibe 3 und die Dosiervorrichtung 2 sind zueinander verstellbar, so dass die Lage eines Aufgabepunktes des Streuguts auf die Streuscheibe 3 veränderbar ist. Dazu sind motorische Einstellmittel 6 zur Einstellung der Dosiervorrichtung 2 und motorische Einstellelemente 7 zur Einstellung des Aufgabepunktes vorgesehen.
Der Hydraulikmotor 5 wird über geeignete Einrichtungen, beispielsweise von der Hydraulikanlage eines Schleppers oder einer Hydraulikpumpe angetrieben, die von dem Schlepper oder mit anderen Mitteln motorisch angetrieben wird. Weiterhin ist dem Hydraulikmotor 5 eine Regeleinrichtung 8 zugeordnet, mittels der die Drehzahl der Streuscheibe 3 eingestellt wird. Von der Regeleinrichtung 8 führt eine Drucklaufleitung zum Hydraulikmotor 5, von dem eine Rücklaufleitung zu einem Reservoir führt. In der Drucklaufleitung und in der Rücklaufleitung sind jeweils Druckmessgeräte 11 angeordnet, über deren Werte sich in Verbindung mit dem Messwert eines Durchflussmessgeräts 12 das während eines Betriebs der Streuscheibe 3 zugeführte Drehmoment ermitteln lässt. Die Druckmessgeräte 11 bilden also in Verbindung mit dem Durchflussmessgerät 12 eine Drehmomenterfassungseinrichtung bzw. einen Drehmomentsensor. Im Antrieb der Streuscheibe 3 ist folglich ein Drehmomentsensor in Form der Geräte 11 und 12 angeordnet. Der Streuscheibe 3 ist weiterhin ein Drehzahlsensor 13 zugeordnet, durch den die Drehzahl der Streuscheibe 3 erfasst wird. Beispielsweise ist der Drehzahlsensor 13 an einer Antriebswelle der Streuscheibe angeordnet. Außerdem ist ein Drehwinkelsensor 14 vorgesehen, durch den ein Drehwinkel der Streuscheibe 3 erfasst wird.
Eine elektronische Regel- und Auswertungseinheit 15 ist über Leitungen und andere Übertragungsmittel mit den einzelnen Erfassungseinrichtungen bzw. Sensoren 11, 12, 13, 14 verbunden. Die von den Sensoren 11, 12, 13, 14 erfassten Werte werden der elektronischen Regel- und Auswertungseinrichtung 15 zur weiteren Auswertung und Steuerung der Streuvorrichtung übertragen. Dabei werden insbesondere die erfassten Drehmomentwerte und/oder Drehzahlwerte zu dem momentanen Drehwinkel aufgezeichnet bzw. dem momentanen Drehwinkel zugeordnet. In der elektronischen Regel- und Auswertungseinrichtung 15 ist beispielsweise ein geeignetes Auswertungsprogramm zur Auswertung und Abspeicherung von Daten vorgesehen. In einem anschaulichen Beispiel werden die Winkelstellung der Streuscheibe 3 zusammen mit dem Drehmoment des Antriebs und/oder der Drehzahl der Streuscheibe 3 von den Sensoren 11, 12, 13, 14 erfasst und an die Regel- und Auswertungseinrichtung 15 übertragen, die die übertragenen Daten auswertet und abspeichert. Die erfassten und daraus ferner ermittelten Daten werden einem Bediener der Streuvorrichtung auf einem Monitor angezeigt, so dass der Bediener der Streuvorrichtung feststellen kann, ob das Streugut in gleichmäßiger und gewünschter Weise ausgebracht wird. Ferner wird über die elektronische Regel- und Auswertungseinrichtung 15 aufgrund der erfassten und ermittelten Daten eine gewünschte bzw. optimale Einstellung ermittelt, die mit entsprechenden Einstell- bzw. Stellimpulsen an die Einstellmittel 6, 7 übertragen werden, so dass beispielsweise der Aufgabepunkt und/oder die Drehzahl der Streuscheibe 3 entsprechend eingestellt werden.
2 stellt schematisch eine gegenüber der in 1 dargestellten Ausführungsform alternative Ausgestaltung einer Streuvorrichtung dar. Die in 2 dargestellte Streuvorrichtung weist ebenfalls einen Vorratsbehälter 1 mit zwei Dosiervorrichtungen 2 auf, über die ein Streugut in einstellbaren Mengen der rotierend angetriebenen Streuscheibe 3 zugeführt wird.
Der Unterschied zwischen den Streuvorrichtungen aus den 1 und 2 besteht hauptsächlich darin, dass anstelle des in 1 dargestellten hydraulischen Antriebs der Streuscheibe 3 in 2 ein mechanischer Antrieb vorgesehen ist. Die Streuscheibe 3 wird gemäß der Darstellung in 2 von einem Antriebsstrang 24 mechanisch angetrieben. Dazu sind im Antriebsstrang 24 darstellungsgemäß ein Mittelgetriebe 25 und ein Winkelgetriebe 26 vorgesehen. Das Mittelgetriebe 25 ist z.B. mit dem Winkelgetriebe 26 über eine Antriebswelle verbunden. Das Mittelgetriebe 25 wiederum wird von einer Kraftquelle über eine Eingangswelle und eine Zapfwelle z.B. von einem die Streuvorrichtung tragenden Schlepper angetrieben. Für eine Beschreibung der Elemente 1, 2, 6, 7, 3, 13, 14, 15, 20 und 21 wird auf die entsprechende Beschreibung hinsichtlich der in 1 dargestellten Ausführungsform verwiesen.
Wie aus 2 dargestellt wird ein der Streuscheibe 3 zugeführtes Drehmoment durch eine Drehmomenterfassungseinrichtung bzw. einen Drehmomentsensor 28 erfasst. Der Drehmomentsensor ist in einem anschaulichen Beispiel an einer mit der Streuscheibe 3 verbundenen Welle angeordnet.
Die während eines Betriebs der Streuvorrichtung von den einzelnen Sensoren 28, 13, 14 ermittelten Werte und Daten werden der elektronischen Regel- und Auswertungseinrichtung 15 übermittelt. Eine Auswertung der übermittelten Werte und Daten erfolgt entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 1 und es wird auf die entsprechende Beschreibung durch Bezugnahme verwiesen.
3 stellt in einer perspektivischen Ansicht eine anschauliche Ausführungsform einer Streuscheibe 3 dar. Die Streuscheibe 3 weist zwei unterschiedlich lange Streuschaufeln 20, 21 auf, insbesondere ist eine Wurfschaufel 20 darstellungsgemäß länger als eine Wurfschaufel 21. Die Wurfschaufeln 20 und 21 sind nicht parallel zueinander ausgerichtet, sondern weisen zueinander einen Versatzwinkel ß auf, wie in 3 dargestellt ist. Eine Drehrichtung der Streuschaufel 3 ist in 3 mittels eines Pfeils n angedeutet. Der Winkel ß bewirkt, dass die Wurfschaufel 20 (lange Wurfschaufel) eine größere Portion an Streugut aufnimmt als die Wurfschaufel 21 (kurze Wurfschaufel).
4 stellt einen über zwei Umdrehungen der Streuscheibe (vgl. Streuscheibe 3 in 3) aufgenommenen Verlauf des zugeführten Drehmoments M gegen den Drehwinkel φ dar. Gestrichelte Vertikallinien zeigen jeweils eine Drehung um 2π (entspricht 360° in Winkelgrad oder einer Umdrehung der Streuschaufel 3) bzw. 4π (entspricht 720° in Winkelgrad oder zwei Umdrehungen der Streuschaufel 3) an. Gestrichelte Horizontallinien stellen maximale Drehmomentwerte dar, die einer Abschleuderung von Streugut durch die lange Wurfschaufel (vgl. Mmax, lang) und durch die kurze Wurfschaufel (vgl. Mmax, kurz) entsprechen. Die Werte Mmax, lang und Mmax, kurz stellen im Drehmomentverlauf die Maximalwerte des Drehmoments am jeweiligen entsprechenden Peak P2 und P1 während einer Umdrehung dar. Die Maximalwerte bzw. Peaks sind in dem Sinne als „maximal“ zu betrachten, dass zwischen zwei Peaks (P1, P2) jeweils entsprechende Täler oder lokale Minima (vgl. M1, M2) im Drehmomentverlauf vorhanden sind.
Wie aus 4 ersichtlich wiederholt sich der Drehmomentverlauf bei jeder Umdrehung, so dass der Drehmomentverlauf zwischen 2π und 4π im Wesentlichen dem Drehmomentverlauf zwischen 0 und 2π entspricht, sofern keine Einstellungsänderungen dazwischen vorgenommen werden.
Anhand von 4 ist ersichtlich, dass Drehmomentmessungen an der Streuscheibe (vgl. 3 in 3) einer mechanisch angetriebenen Streuvorrichtung gemäß 2 kein konstantes Antriebsmoment zeigen, sondern dieses periodisch schwankt. Die Drehmomentmaxima oder Peaks P1, P2 treten insbesondere dann auf, wenn sich die von jeder Wurfschaufel aufgenommenen Portionen von Streugut, insbesondere Düngerportionen am Ende der jeweiligen Schaufel befinden, an der die Corioliskraft und der Hebelarm am größten sind. Die Unterschiede in den Peaks P1 und P2 resultieren daher, dass eine lange Streuschaufel (vgl. 20 in 3) eine gegenüber der kurzen Wurfschaufel (vgl. 21 in 3) größere Portion an Streugut, insbesondere eine größere Düngerportion, aufnimmt. Durch die unterschiedlichen Wirklängen der Wurfschaufeln und Düngerportionen ist M_max,lang größer als M_max,kurz. Die gemessenen Werte für M_max,lang und M_max,kurz stellen demzufolge ein Maß für die abgeschleuderte Menge und für den abgeschleuderten Massenstrom pro Umdrehung dar. Folglich ist der von jeder Wurfschaufel abgeschleuderte Massenstrom aus dem jeweiligen Peak P1, P2 ermittelbar. Es lässt sich ferner erkennen, dass das an den Peak P2 anschließende Minimum M2 aufgrund des größeren Hebelarms der längeren Wurfschaufel kleiner ist als das sich an den Peak P1 anschließende Minimum M1. Anhand der Peaks lässt sich somit während einer Umdrehung durch Erfassen des Peaks der abgeschleuderte Massenstrom ermitteln, insbesondere ohne dass eine Mittelung und damit verbundene längere Mess- und Auswertungszeiten erforderlich sind.
Die Erfinder führten als nächstes eine entsprechende Messung an einer hydraulisch angetriebenen Streuscheibe (vgl. Streuvorrichtung aus 1) durch. Entgegen der Erwartung zeigten sich keine entsprechenden Schwankungen im Drehmoment und insbesondere keine Peaks. Der von den Erfindern erkannte Grund ist, dass der Druck im hydraulischen Antrieb aufgrund von Dämpfungswirkungen im hydraulischen Antrieb, beispielsweise durch die geringe Kompressibilität des Hydrauliköls und elastischer Schlauchverbindungen, konstant ist. Die Erfinder haben weiterhin erkannt, dass sich die schwellende Belastung durch die zu beschleunigenden Portionen von Streugut, insbesondere Düngerportionen, in einer anderen Größe widerspiegelt. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass die zur Beschleunigung der Düngerportionen erforderliche kinetische Energie aus der Rotationsenergie der Streuscheibe entnommen wird, insbesondere wird die Beschleunigung der Düngerportionen in einer Streuvorrichtung mit Hydraulikmotor wird nicht aus dem durch den Hydraulikmotor der Streuscheibe zugeführten Drehmoment gewonnen. Dies führte die Erfinder dazu, Schwankungen in der Drehzahl der Streuscheibe zu untersuchen.
5 zeigt einen Drehzahlverlauf der Streuscheibe in einer Streuvorrichtung gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform. Es ist zu erkennen, dass die tatsächliche Drehzahl über eine Umdrehung um eine Solldrehzahl n_soll schwankt. Die Solldrehzahl stellt eine Bezugsgröße dar, die sich im vorliegenden Fall als Leerlaufdrehzahl der rotierenden Streuscheibe verstehen lässt. Die Leerlaufdrehzahl ist insbesondere die Drehzahl der Streuscheibe, die sich bei Zuführung eines konstanten Drehmoments ohne Belastung der Streuscheibe durch Düngerportionen einstellt. Die Drehzahlschwankungen lassen sich folgender Maßen verstehen: Bei steigender Belastung wird der Energiebedarf der Streuscheibe zur Aufrechterhaltung einer konstanten Drehzahl nicht mehr allein über die Leistung des Hydraulikmotors (Hydraulikleistung) gedeckt, so dass die Drehzahl sinkt, bis die der Streuscheibe zugeführte Düngerportion abgeschleudert wurde und die Drehzahl wieder steigt. Folglich sinkt die Drehzahl einer rotierenden Streuscheibe bei Zuführung einer Düngerportion auf einen minimalen Wert n_min ab, bei dem die Düngerportion von der Streuscheibe abgeschleudert wurde. Nach Abschleuderung der Düngerportion steigt die Drehzahl nun wieder an, da die Streuscheibe nun ohne Belastung wieder voll beschleunigt wird, bis bei n_max eine erneute Düngerportion aufgebracht wird und der zur Abschleuderung der Düngerportion erforderliche Energiebedarf nicht mehr über die Hydraulikleistung alleine gedeckt werden kann, so dass die Drehzahl folglich wieder bis zur Abschleuderung der Düngerportion abnimmt. So lassen sich Peaks im Drehzahlverlauf als Aufbringpositionen von Düngerportionen deuten, während lokale Minima im Drehzahlverlauf mit Abschleuderpositionen der Streuscheibe identifiziert werden können.
Wird nun der Drehzahlverlauf in einer Streuvorrichtung mit mechanischem Antrieb der Streuscheibe (vgl. Streuvorrichtung in 2) zusammen mit dem Drehmomentverlauf aufgenommen, der in 5 anhand eines gestrichelten Verlaufs eingezeichnet ist, so lässt sich erkennen, dass Peaks im Drehzahlverlauf Minima im Drehmomentverlauf und Peaks im Drehmomentverlauf lokalen Minima im Drehzahlverlauf entsprechen. Folglich lässt sich aus Schwankungen in der Drehzahl und insbesondere aus Schwankungen im Drehzahlverlauf auf Schwankungen im Drehmoment und insbesondere auf Schwankungen im Drehmomentverlauf schließen und umgekehrt.
Aus der vorangehenden Diskussion des Drehzahlverlaufs folgt nun, dass Drehzahlschwankungen mit steigendem Düngermassenstrom ausgeprägter sind und insbesondere zunehmen. Beispielsweise stellt eine Differenz von nmax und nmin (vgl. Δn in 5) ein Maß für die Schwankung und folglich für den Massenstrom dar. Dies bedeutet, dass der Massenstrom in erfindungsgemäßen Auswertungsansätzen als Funktion von Δn bzw. als Funktion von nmax und nmin aufgefasst wird (m . = f(n_max, n_min) ); „Massenstrom ist Funktion von nmax und nmin“). Da im Leerlauf keine signifikanten Drehzahlschwankungen auftreten, wird in speziellen Auswertungen ein einfacher Ansatz verfolgt, in dem zwischen Drehzahl und Massenstrom ein direkt proportionaler Zusammenhang angenommen wird. Dies bedeutet, dass der Massenstrom in beispielhaften einfachen Auswertungen als zur Schwankung proportional (Δn = n_max – n_min ~ m .) betrachtet wird. Der Proportionalitätsfaktor zwischen Massenstrom und Drehzahlschwankungen kann empirisch aus Feldversuchen bestimmt werden, die in Form von Tabellen oder anderer Zusammenhänge in einer Datenbank hinterlegt in der elektronischen Regel- und Auswertungseinrichtung (vgl. 15 in 1, 2) gespeichert und für Auswertungen zur Verfügung gestellt sein. Zusätzlich oder alternativ fließen in den Proportionalitätsfaktor ferner weitere Parameter ein, die mechanische und/oder geometrische Eigenschaften des Streuguts und/oder der Streuscheibe parametrisieren. Anhand entsprechender Parameter können aus empirischen Formeln, Modell basierten Formeln, Tabellen usw. Korrekturfaktoren abgeleitet werden, um den Massenstrom genauer aus den Schwankungen in der Drehzahl heraus genauer zu bestimmen. Beispiele entsprechender Parameter für das Streugut sind Reibkoeffizient, Dichte, Korngröße etc. Beispiele entsprechender Parameter für die Streuscheibe sind Radius der Streuscheibe, Trägheitsmoment der Streuscheibe (mit oder ohne Wurfschaufeln), Dichte des Materials der Streuscheibe bzw. der Streuscheibe, Volumen der Streuscheibe und/oder Wurfschaufelparameter, wie z.B. Größe, Anordnung, Anzahl, Orientierung der Wurfschaufeln etc. Folglich werden entsprechend weitere Aspekte in der Massenstrombestimmung berücksichtigt, ohne den Aufwand und die Auswertungszeit übermäßig zu vergrößern.
Im Fall mechanisch angetriebener Streuscheiben, wie in der Streuvorrichtung nach 2, kann eine Bestimmung des abgeschleuderten Massenstroms anhand von Peaks im Drehmoment und/oder aus Schwankungen in der Drehzahl der Streuscheibe 3 bestimmt werden. In beispielhaften Ausführungsformen werden Schwankungen in der Drehzahl mit Hilfe des Drehzahlsensors 13 erfasst werden. Der Drehzahlsensor 13 reagiert beispielsweise auf die Zähne eines Getriebes mit internen Kegelrädern reagieren oder ist mit Hilfe eines Winkelsensors umgesetzt, der die Scheibenstellung erfasst, aus der die Drehzahl in weiteren Auswertungen ermittelt wird.
In hydraulisch angetriebenen Streuscheiben von Streuvorrichtungen gemäß 1 erfolgt die Massenstrombestimmung auf Grundlage von Drehzahlschwankungen, wie vorangehend beschrieben ist.
Im Folgenden werden beispielhafte Erfassungs- und Auswertungsmethodiken ausführlicher beschrieben. In einer beispielhaften Ausführungsform wird das einer Streuscheibe zugeführte Drehmoment im Antriebsstrang der Streuscheibe erfasst. Eine elektronische Regel- und Auswerteeinheit steuert dabei die Streuvorrichtung derart, dass die Drehzahl der Streuscheibe durch das zugeführte Drehmoment möglichst konstant gehalten wird. Anhand von Peaks im zugeführten Drehmoment pro Umdrehung wird der ausgebrachte Massenstrom pro Umdrehung ermittelt. Dies kann über mehrere Umdrehungen wiederholt werden und es können Mittelwerte über eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen gebildet werden. Es wird angemerkt, dass aufgrund der hohen Umdrehungszahlen weiterhin eine schnelle Messung und Auswertung erfolgt, die weit unter den Zeiten herkömmlicher Verfahren zur Bestimmung des Massenstroms sind.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen werden zur Erfassung von Peaks aufeinanderfolgend erfasste Drehmomentwerte miteinander verglichen. Dies kann über mindestens eine Umdrehung oder über einen bestimmten Drehwinkelbereich erfolgen, in dem Streugut erfahrungsgemäß (aus vorherigen Messungen bekannt) abgeschleudert wird oder das erfasste Drehmoment einen bestimmten Wert überschreitet, der hinterlegt bzw. eingegeben ist. Ein Peak wird dabei erfasst, wenn die Differenz aufeinanderfolgender Werte (Differenz: Abziehen aufeinanderfolgender Werte in zeitlicher Reihenfolge „früh – später“) von kleiner 0 zu größer 0 wechselt (oder auch Differenz „später – früh“, wobei Maximum nun durch Übergang größer 0 zu kleiner 0 bezeichnet wird). Alternativ können maximale Werte dadurch erfasst werden, dass Werte, die größer als ein vorab festgelegter Maximalwert sind bzw. die in einen Bereich um einen vorab festgelegten Wert fallen, als Peak-Werte identifiziert werden und ein größter Wert davon als Maximum erkannt wird. Der vorab festgelegte Wert kann aus Messungen, Experimenten, empirischen Daten, Tabellen usw. ermittelt werden. Die erfassten Werte werden an eine elektronische Auswertungseinrichtung übermittelt. Dies stellt den Vorteil bereit, dass Peak-Werte schon während der Erfassung identifiziert werden, insbesondere nicht erst nach Erfassung eines Verlaufs bestimmt werden. In einem alternativen Beispiel wird der Drehmomentverlauf über mindestens eine Umdrehung erfasst, aus dem die Peaks ermittelt werden.
In einigen Ausführungsformen wird die abgeschleuderte Menge an Streugut aus einem Verhältnis eines Peak-Werts zum zugehörigen Minimumswert (beispielsweise P2 zu N2 oder P1 zu M1) ermittelt. Alternativ kann die Menge aus einer maximalen Drehmomentänderung bestimmt werden. Hierbei werden in einem Beispiel ausgehend von einem Peakwert Differenzen zu nachfolgend erfassten Werten bestimmt. Eine größte Differenz bezeichnet dann eine maximale Drehmomentänderung.
Zusätzlich oder alternativ wird der Massenstrom auf Grundlage von Schwankungen in der Drehzahl einer Streuscheibe während des Ausbringens von Streugut, insbesondere Düngemittel, ermittelt. Die Drehzahl der Streuscheibe wird durch einen Drehzahlsensor erfasst. Schwankungen werden als Werte extremaler Drehzahl (maximale Drehzahl, minimale Drehzahl) bestimmt. Schwankungen werden aus einer Differenz der extremalen Werte voneinander oder bezüglich eines Referenzwertes, z.B. Leerlaufdrehzahl, bestimmt, wie weiter oben beschrieben ist. Bei der Erfassung der Drehzahl kann ähnlich vorgegangen werden, wie bei der Erfassung von Drehmomentwerten.
In weiteren Auswertungen werden Peakwerte und/oder Verhältnisse aus Peak- und Minimumswerten und/oder Schwankungen mit einem weiteren Faktor verrechnet, der das Streugut parametrisiert (beispielsweise Korngröße, Dichte, Düngerklassenfaktor, Reibungszahl usw.) bzw. auf Grundlage eines Streuscheiben- und/oder Streugut- und/oder Wurfschaufelparameters oder zu einem konstanten Wert (z.B. eins) festgelegt ist. Aus der Messung von Drehmoment- und/oder Drehzahlwerten während einer Umdrehung und der darauf basierenden Ermittlung des Massenstroms wird eine schnelle Bestimmung des Massenstroms ermöglicht, da insbesondere keine Mittelwertbildung für das erfasste Drehmoment erfolgt.
In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird ferner aus dem Verlauf des Drehmoments ein Abwurfwinkelbereich aus der Breite eines Peaks (beispielsweise P1 oder P2 in 4) bestimmt. Die Peakbreite wird dabei als Differenz zwischen zwei Winkeln definiert, deren zugeordnete Drehmomentwerte gleich einem vorbestimmten Wert sind. Beispielsweise kann der vorbestimmte Wert einem Drehmoment entsprechen, das der Streuscheibe im Leerlauffall zugeführt wird, um die Streuscheibe konstant bei der Leerlaufdrehzahl zu halten. Alternativ können andere geeignete Werte vorgesehen sein. Hierbei wird neben dem Massenstrom auch der Abwurfwinkelbereich auf vorteilhafte Weise ermittelt, der eine wichtige Größe zur Charakterisierung des Streubilds darstellt.
In einigen Ausführungsformen werden Drehmomentschwankungen und Drehzahlschwankungen simultan erfasst. In einem Beispiel werden Drehzahlwerte mit einem vorgegebenen Wert (oder vorgegebenen Werten) verglichen und, sobald eine Überschreitung des Werts festgestellt wird, werden Drehmomentwerte erfasst und ausgewertet, um einen Peak zu ermitteln. Dies stellt den Vorteil bereit, dass ein Auswertungs- und Messaufwand gering gehalten wird. Anhand der erfassten Drehzahlwerte und Drehmomentwerte kann auch eine genauere Bestimmung eines Peaks erfolgen. Die vorgegebenen Werte können für bestimmte Streuscheibentypen und/oder Streuguttypen hinterlegte Werte sein.
Es wird angemerkt, dass in Streuvorrichtungen mit hydraulischem Streuscheibenantrieb Werte, Daten, Datenbanken usw. hinterlegt sein können, die durch Messungen unterschiedlicher Streuscheibentypen und/oder Streuscheibentypen erhalten wurden. Diese Werte können ferner durch Aktualisierung bestehender Datenbanken bereitgestellt werden, z.B. durch Downloads, externe Speichervorrichtungen usw.
Die vorangehend beschriebenen Methoden zur Bestimmung des Düngermassenstroms auf Grundlage von Drehzahlschwankungen sind insbesondere auch für Streuvorrichtungen mit mechanisch angetriebener Streuscheibe nutzbar, deren torsionssteifer Antriebstrang torsionsweich gestaltet ist.
6a stellt eine anschauliche Ausführungsform eines Antriebstrangs 60 für Streuscheiben dar, wobei eine Streuscheibe durch einen Antriebstrang 70 angetrieben wird. In 6b ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Antriebstrangs 70 dargestellt. Der Antriebstrang 70 weist eine Klauenkupplung 72, 76 mit einem darin eingesetzten Elastomerübertragungselement auf. Hierbei ist das Elastomerübertragungselement 74 zwischen zwei Kupplungshälften 72, 76 der Klauenkupplung eingesetzt.
7 stellt eine alternative Ausführungsform eines torsionsweichen Antriebstrangs 80 für eine Streuscheibe dar, in der eine als Torsionsfeder ausgebildete Verbindung mit geringem polaren Widerstandsmoment 84 vorgesehen ist. Alternativ kann anstelle der Torsionsfeder 84 eine andere Verbindung mit geringem polaren Widerstandsmoment, wie z.B. eine Drehstabfeder, eingesetzt sein.
Zusammenfassend stellt die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines von einer Streuscheibe in einer Streuvorrichtung abgeschleuderten Massenstroms an Streugut, insbesondere Dünger, bereit, wobei Peaks in einem der Streuscheibe zugeführten Drehmoment und/oder Schwankungen in der Drehzahl der Streuscheibe erfasst werden. Außerdem wird eine Streuvorrichtung zum Ausbringen von Streugut mit einer Streuscheibe, einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen von einem der Streuscheibe zugeführten Drehmoment und/oder einer Drehzahl der Streuscheibe und einer Auswertungseinrichtung zum Bestimmen eines Massenstroms auf Grundlage des erfassten Drehmoments und/oder der erfassten Drehzahl bereitgestellt. Dabei wird der Massenstrom auf Grundlage der erfassten Peaks und/oder Schwankungen bestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0963690 B1 [0004]

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines von einer Streuscheibe (3) in einer Streuvorrichtung abgeschleuderten Massenstroms an Streugut, insbesondere Dünger, dadurch gekennzeichnet, dass Peaks (P1, P2) in einem der Streuscheibe (3) zugeführten Drehmoment und/oder Schwankungen (n_min, n_max; Δn) in der Drehzahl der Streuscheibe (3) erfasst werden und der Massenstrom auf Grundlage der Peaks (P1, P2) und/oder der Schwankungen(n_min, n_max; Δn) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Verlauf der Drehzahl und/oder des Drehmoments über wenigstens eine Umdrehung der Streuscheibe erfasst und darin Peaks (P1, P2) und/oder Schwankungen (nmin, nmax; Δn) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Abwurfwinkelbereich aus einer Peakbreite im Drehmomentverlauf bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei ferner eine Menge des abgeschleuderten Streuguts aus einem Verhältnis von einem maximalen Drehmoment zu einem minimalen Drehmoment im Drehmomentverlauf bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ferner eine Menge des abgeschleuderten Streuguts aus einer maximalen Drehmomentänderung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schwankungen (n_min, n_max; Δn) relativ zu einer Leerlaufdrehzahl (n_soll) der Streuscheibe (3) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Massenstrom weiterhin unter Berücksichtigung von Korrekturfaktoren bestimmt wird, die mechanische und/oder geometrische Eigenschaften des Streuguts und/oder der Streuscheibe (3) parametrisieren.
Streuvorrichtung zum Ausbringen von Streugut mit einer Streuscheibe (3), einer Erfassungseinrichtung (11, 12, 13) zum Erfassen von einem der Streuscheibe zugeführten Drehmoment und/oder einer Drehzahl der Streuscheibe (3) und einer Auswertungseinrichtung (15) zum Bestimmen eines Massenstroms auf Grundlage des erfassten Drehmoments und/oder der erfassten Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (11, 12, 13) und die Auswertungseinrichtung (15) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet sind.
Streuvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Streuvorrichtung einen Hydraulikomotor (5) zum Antrieb der Streuscheibe (3) umfasst und die Auswertungseinrichtung (15) zur Bestimmung des Massenstroms auf Grundlage der Schwankungen (n_min, n_max; Δn) ausgebildet ist.
Streuvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Streuvorrichtung eine in einem Antriebsstrang (70) der Streuscheibe (3) angeordnete Klauenkupplung (72, 76) mit einem Elastomerübertragungselement (74) aufweist und die Auswertungseinrichtung (15) zur Bestimmung des Massenstroms auf Grundlage der Schwankungen (n_min, n_max; Δn) ausgebildet ist.
Streuvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Streuvorrichtung ein in einem Antriebsstrang (80) der Streuscheibe (3) angeordnetes Übertragungselement mit geringem polaren Widerstandsmoment aufweist und die Auswertungseinrichtung zur Bestimmung des Massenstroms auf Grundlage der Schwankungen (n_min, n_max; Δn) ausgebildet ist.
Streuvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Übertragungselement eine Torsionsfeder (84) oder eine Drehstabfeder ist.