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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erfassung der Schärfe von Häckselmessern.
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Stand der Technik
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Feldhäcksler werden in der Landwirtschaft zum Abschneiden oder Aufsammeln von Erntegut, zum Zerkleinern des Ernteguts in kleine Teile und zum Überladen des zerkleinerten Ernteguts auf einen Anhänger verwendet. Das gehäckselte Erntegut wird als Viehfutter oder zur Biogasherstellung verwendet. Die Schneidoperation wird mittels eines Messertrommel in Form einer rotierenden Trommel durchgeführt, um deren Umfang eine Anzahl von Messern verteilt ist, die mit einer Gegenschneide zusammenwirken.
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Die Entfernung (d.h. der Abstand) zwischen dem von den rotierenden Häckselmessern beschriebenem Hüllkreis und der Gegenschneide einerseits und die Schärfe (d.h. der Radius der Schneidkante) der Messer andererseits sind die wichtigsten Parameter für die Schnittqualität und der zum Häckseln erforderlichen Leistung. Es ist daher wünschenswert, einen geeigneten Sensor zur Erfassung des Abstands zwischen der Gegenschneide und den Messern bereitzustellen, um eine selbsttätige oder manuelle Verstellung des Abstands zu ermöglichen. Dieser oder ein anderer Sensor sollte zudem geeignet sein, die Schärfe der Messer zu erfassen, um sie gegebenenfalls, d.h. wenn sie stumpf oder abgenutzt sind, zu schärfen oder zu ersetzen.
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Der Abstand zwischen dem von den rotierenden Messern beschriebenen Hüllkreis und der Gegenschneide ist üblicherweise durch Elektromotoren verstellbar, welche die Gegenschneide gegenüber der Häckseltrommel bewegen. Zur Messung des Abstands zwischen der Gegenschneide und den Häckselmessern wurden induktive Sensoren beschrieben, die einen mit der Gegenschneide verbundenen Permanentmagneten und eine Induktionsspule umfassen, in welcher eine elektromotorische Kraft (EMK) induziert wird, wenn das Häckselmesser daran vorbeistreift. Diese elektromotorische Kraft wird verstärkt und dann nachgewiesen. Bei einer derartigen Anordnung, die in der
EP 0 943 888 A2 beschrieben wird, werden die induzierten Spannungen einer Frequenzanalyse unterzogen.
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Das Verhältnis der hochfrequenten Anteile des Signalspektrums zu den niederfrequenten Anteilen wird abgeleitet. Der auf diese Weise bestimmte Quotient stellt eine Information über den Abstand zwischen der Gegenschneide und den Häckselmessern bereit. Diese Information kann verwendet werden, um die Gegenschneide selbsttätig in eine geeignete Position zu verbringen mit einem hinreichend kleinen Spalt zwischen der Gegenschneide und den Messern.
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Andererseits wurden Schärfesensoren vorgeschlagen, die ebenfalls induktive Sensoren verwenden und auf der Annahme beruhen, dass das Messer umso schärfer ist, je kürzer der durch das vorbeilaufende Messer in der Sensorspule induzierte Impuls ist. Es wird auf die Offenbarungen der
DD 286 735 A5 ,
DD 286 737 A5 und
DE 10 2011 005 317 A1 verwiesen. Es wurde bei Experimenten jedoch herausgefunden, dass die Amplitude und Länge der induzierten Impulse auch vom Abstand zwischen dem von den rotierenden Messern beschriebenen Hüllkreis und der Gegenschneide abhängt, da dieser Abstand den Ort beeinflusst, an dem die Messer in den sensitiven Bereich des Sensors eintreten und wieder verlassen. Somit war es nicht möglich, einen verlässlichen Zusammenhang zwischen dem Impuls des Sensors und der Schärfe des Häckselmessers zu definieren, der es erlauben würde, einen Schärfewert mit hinreichender Genauigkeit abzuleiten.
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Aufgabe
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Die vorliegende Erfindung beabsichtigt das Problem zu lösen, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Anordnung zur Feststellung der Schärfe von Häckselmessern bereitzustellen.
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Beschreibung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden, in den Ansprüchen definierten Erfindung wird eine verbesserte Anordnung zur Erfassung der Schärfe von Messern einer Häckseltrommel bereitgestellt.
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Das System zur Erfassung der Schärfe einer Vielzahl von Messern, die um den Umfang einer zur Versetzung der Messer auf einer einer Gegenschneide benachbarten Bahn drehbaren Häckseltrommel verteilt sind, umfasst:
einen Abstandssensor, der eingerichtet ist, die Breite eines Spalts zwischen der Gegenschneide und einem von den Schneidkanten der rotierenden Messer beschriebenen Umfang zu erfassen;
einen magnetischen Sensor mit einem Magneten, der angeordnet ist, einen magnetischen Fluss im Spalt zwischen der Gegenschneide und den Schneidkanten der Messer zu erzeugen, und einem Flusssensor, der eingerichtet ist, ein elektrisches Signal v bereitzustellen, das einen Einfluss der vorbeistreichenden Schneidkanten auf den magnetischen Fluss im Spalt repräsentiert;
und eine Auswertungseinheit, die mit dem Spaltsensor und dem magnetischen Sensor verbunden und eingerichtet ist, einen die Schärfe der Schneidkanten repräsentierenden Radius r nach der folgenden Gleichung zu berechnen: r = exp((v + c1·d + c2)·c3), wobei c1, c2 and c3 Konstanten sind und exp die Exponentialfunktion ist.
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Das elektrische Signal v, das einen Einfluss der vorbeistreichenden Schneidkanten auf den magnetischen Fluss im Spalt repräsentiert, kann die Spitzenspannung oder die Länge eines im Flusssensor durch eine vorbeistreichende Schneidkante induzierten Impulses sein.
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Der Flusssensor ist vorzugsweise eine Spule. Der magnetische Sensor kann in einer Bohrung der Gegenschneide oder auf der Gegenschneide befestigt sein. Der Spaltsensor kann ein Magnetowiderstandssensor, der Flusssensor oder ein optischer Sensor sein.
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Die Auswertungseinheit ist vorzugsweise mit einer Anzeigeeinheit verbunden, um den erfassten Radius anzuzeigen und/oder einem Bediener ein Schleifsignal zu geben, sobald der erfasste Radius einen vorbestimmten Wert überschreitet. Die Auswertungseinheit kann auch mit einer Schleifeinrichtung verbunden werden, um einen Schleifvorgang zu starten, sobald der erfasste Radius einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Ausführungsform
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Die Zeichnungen stellen eine Ausführungsform der Erfindung dar, die im Folgenden detaillierter beschrieben wird.
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1 ist eine schematische linke Ansicht eines Feldhäckslers, an dem das erfindungsgemäße System benutzt werden kann.
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2 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur Erfassung der Schärfe einer Vielzahl an Messern.
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3 ist ein Diagramm, in dem eine Anzahl an Spannungskurven dargestellt sind, wie sie der Flusssensor bei unterschiedlichen Radien der Schneidkanten erfasst.
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4 ist ein Diagramm, in dem eine Anzahl an Spannungskurven dargestellt sind, wie sie der Flusssensor bei unterschiedlichen Schneidspalten erfasst.
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5 ist ein Flussdiagramm, nach dem ein Mikroprozessor bei der Ermittlung des Radius der Schneidkanten vorgeht.
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Eine in der 1 in Form eines selbstfahrenden Feldhäckslers 10 gezeigte Erntemaschine baut sich auf einem Rahmen 12 auf, der durch vordere und rückwärtige Räder 14 und 16 abgestützt wird. Der Betrieb der Erntemaschine 10 erfolgt aus einer Kabine 18, von der aus ein Aufnehmer 20 einsehbar ist. Durch den Aufnehmer 20 vom Boden aufgenommenes Material, wie beispielsweise Gras oder dergleichen, wird einer drehbaren Häckseltrommel 22 zugeführt, die mit um ihren Umfang verteilten Häckselmessern 48 ausgestattet ist und das Erntegut in kleine Teile häckselt und es einem Förderer 24 zuführt. Das Material verlässt die Erntemaschine 10 durch einen verstellbaren Auswurfkrümmer 26 auf einen nebenher fahrenden Anhänger. Ein Körnerprozessor 28, durch den das Erntegut dem Förderer 24 tangential zugeführt wird, erstreckt sich zwischen der Häckseltrommel 22 und dem Förderer 24. Der Körnerprozessor wird jedoch während der Grasernte üblicherweise aus dem Feldhäcksler 10 ausgebaut und nur zur Maisernte verwendet.
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Zwischen dem Aufnehmer
20 und der Häckseltrommel
22 wird das Material durch unter Vorpresswalzen
30,
32 und obere Vorpresswalzen
34,
36 gefördert. Die um den Umfang der Häckseltrommel
22 verteilten Messer
48 wirken mit einer Gegenschneide
38 zusammen, um das Material zu häckseln. Die Gegenschneide
38 ist an beiden Enden mit Verstelleinrichtungen
40 ausgestattet, die ausgelegt sind, die Gegenschneide
38 horizontal in Richtung auf die Häckseltrommel
22 und davon fort zu bewegen, um die Breite des Schneidspaltes einzustellen. Ein geeignetes Kontrollverfahren für die Verstelleinrichtungen
40 wird in der
US 7 222 804 A beschrieben, deren Inhalt durch Verweis mit in die vorliegenden Unterlagen aufgenommen wird. Eine Schleifeinrichtung
50 mit einem Schleifstein ist bereitgestellt, um die Messer
48 bei Bedarf zu schärfen.
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Es wird nun auf die 2 verwiesen, welche die Gegenschneide 38, die Verstelleinrichtung 40 und ein Messer 48 detaillierter zeigt. Die Verstelleinrichtung 40 umfasst einen Elektromotor, der angeordnet ist, eine Verbindungsstange 52 und somit die Gegenschneide 38 in Richtung auf den von den rotierenden Messern 48 der Häckseltrommel 22 beschriebenen Hüllkreis und davon fort zu verstellen. Die Schneidkanten der Messer 48 weisen einen Radius r auf, der durch Verschleiß mit der Betriebszeit ansteigt und durch Schleifen mit der Schleifeinrichtung 50 vermindert werden kann. Die Schneidkanten der Messer 48 passieren die Gegenschneide 38 in einem Abstand (Spaltbreite), die durch die Verstelleinrichtung 40 veränderbar ist.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Erfassung des Abstands d und des Radius r. Zu diesem Zweck ist ein magnetischer Sensor 54 in einer Bohrung 56 in der Gegenschneide 38 angeordnet. Die Bohrung 56 kann sich in der den Messern 48 zugewandten Oberfläche der Gegenschneide 38 befinden, wie in der 2 gezeigt, oder in deren zweiter Seitenfläche (in der 2 links eingezeichnet) oder an der Ober- oder Unterseite der Gegenschneide 38 oder getrennt von der Gegenschneide 38 angebracht, aber magnetisch leitend damit verbunden werden. Der magnetische Sensor 54 umfasst einen Permanentmagneten 58 und einen magnetischen Flusssensor 60 in der Form einer um den Permanentmagneten 58 gewickelten Spulte. Der Permanentmagnet 58 könnte durch einen Elektromagneten ersetzt werden. Der magnetische Flusssensor 60 könnte vom Permanentmagneten beabstandet und beispielsweise an der Unterseite der Gegenschneide 38 angebracht werden. Anstelle einer Spule könnte auch ein Hallsensor verwendet werden.
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Der Permanentmagnet 58 erzeugt einen magnetischen Fluss innerhalb der Gegenschneide 38, die aus magnetisch leitendem Material, wie Stahl, hergestellt ist. Der magnetische Fluss erstreckt sich auch in den Spalt zwischen der Gegenschneide 38 und den Messern 48 und wird durch den magnetischen Flusssensor 60 erfasst. Die Messer 48 sind ebenfalls aus magnetisch leitendem Material hergestellt und somit ändert ein durch den Spalt hindurchlaufendes Messer 48 den magnetischen Fluss innerhalb des Spalts und auch den magnetischen Fluss innerhalb des Flusssensors 60. Diese Änderung des magnetischen Flusses induziert eine Spannung im magnetischen Flusssensor 60.
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Die 3 zeigt die vom magnetischen Sensor 60 bereitgestellte, zeitabhängige Spannung v wenn ein Messer 48 vorbeistreicht, für Messer 48 mit unterschiedlichen Radien r der Schneidkanten, jedoch bei gleichem Spaltabstand d von der Gegenschneide 38. Der Radius r beeinflusst somit eindeutig die Spitzenspannung vSS und die Breite Δt des Impulses, mit ansteigender Breite und Spitzenspannung bei ansteigendem Radius. Die Spitzenspannung vSS und die Breite Δt des Impulses sind durch die folgende Formel miteinander verknüpft: vSS = a·Δt + b (1) wobei a und b Konstante sind.
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Andererseits hängt die vom magnetischen Flusssensor 60 bereitgestellte Spannung v auch vom Abstand d ab, wie für eine Anzahl unterschiedlicher Abstände jedoch konstanter Radien r in der 4 gezeigt. Die Spitzenspannung vSS und die Breite Δt des Impulses wachsen mit steigendem Abstand d an. Die Gleichung (1) gilt auch hier.
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Der magnetische Flusssensor 60 ist mit einem Eingang eines Verstärkers 62 verbunden, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers 64 verbunden ist, dessen Ausgang wiederum mit einem Mikroprozessor 68 verbunden ist, auf dem ein Programm zur Auswertung der Ausgangsspannung des magnetischen Flusssensors 60 läuft. Der Zweck des Mikroprozessors 68 liegt darin, die digitalisierten Signale des magnetischen Flusssensors 60 auszuwerten und den Radius r der Schneidkanten der Messer 48 zu bestimmen, unter Lösung des Problems der Abhängigkeit der Signale sowohl vom Radius r als auch vom Abstand d, wobei letzterer sogar den größeren Einfluss auf die Spannung v hat. Der Verstärker 62, der Analog-Digital-Wandler 64 und der Mikroprozessor 60 bilden eine Auswertungseinheit zur Bestimmung des Spaltes d und des Radius r.
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Die Auswertungseinheit einschließlich des Mikroprozessors
66 arbeitet nach dem in der
5 gezeigten Diagramm. Nach dem Start im Schritt
100 wird im Schritt
102 der Abstand
102 evaluiert. Das kann nach dem in
EP 0 943 888 A2 , deren Offenbarung durch Verweis mit in die vorliegenden Unterlagen aufgenommen wird, beschriebenen Verfahren erfolgen, d.h. indem die hochfrequenten Anteile der Spannung v des magnetischen Flusssensors
60 durch deren niederfrequenten Anteile geteilt werden (oder umgekehrt) und daraus der Abstand d abgeleitet wird. Alternativ oder zusätzlich kann der Abstand d durch einen anderen Sensor erfasst werden (nicht gezeigt), z.B. einen an der Gegenschneide
38 befestigten Magnetowiderstandssensor, der den vom Magneten
58 erzeugten Fluss erfasst, oder durch einen optischen Sensor (
DE 103 46 412 A1 , deren Offenbarung durch Verweis mit in die vorliegenden Unterlagen aufgenommen wird).
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Eine andere Möglichkeit zur Bestimmung des Abstands d liegt darin, die Abstandsmessung mit dem Zeitpunkt des Vorbeilaufens der Messer 48 am magnetischen Sensor 54 zu verknüpfen. Es handelt sich typischerweise um eine Vorgehensweise eines Lock-In-Verstärkers und stellt die beste Option zur Verbesserung des Geräusch-Signal-Verhältnisses des Sensors 54 bereit. Der zeitliche Verlauf und somit der Abstand können lediglich aus dem Signal des magnetischen Sensors 54 (wie in der 4 gezeigt) oder im Vergleich mit einem Signal von einem Sensor zur Erfassung des jeweiligen Drehwinkels der Häckseltrommel 22 abgeleitet werden, um den Zeitpunkt, an dem das Messer 48 in das Magnetfeld eintritt und somit den Abstand zu bestimmen.
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Im folgenden Schritt 104 wird die Spitzenspannung vSS aus dem Ausgangssignal des Konverters 64 abgeleitet. Alternative oder zusätzlich kann die Impulsbreite Δt anhand des Ausgangssignals des Konverters 64 abgeleitet und basierend auf der Gleichung (1) in die Spitzenspannung vSS umgerechnet werden oder umgekehrt.
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Dann wird im Schritt 106 der Radius r nach der folgenden Formel berechnet: r = exp((vSS + c1·d + c2)·c3), (2) wobei c1, c2 and c3 Konstanten sind und exp die Exponentialfunktion ist. Die Werte der Konstanten c1, c2 and c3 werden durch Testmessungen bestimmt. Wenn im Schritt 104 Δt anstelle von vSS bestimmt wird, kann die Gleichung (1) in die Gleichung (2) eingesetzt werden.
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Die Gleichung (2) und der Schritt 106 erlauben somit eine Bestimmung des Radius r der Schneidkante der Messer 48 sobald vSS oder Δt einerseits und die Spaltbreite d des Schneidspalts andererseits bekannt sind. Der Einfluss des Schneidspalts d wird somit berücksichtigt und kann die Genauigkeit der Messung nicht nachteilig beeinflussen.
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Es ist anzumerken, dass die Schritte 102 und 104 üblicherweise für eine hinreichend lange Erfassungszeit durchgeführt und Durchschnittswerte für d und vSS bestimmt und schließlich im Schritt 106 verwendet werden. Während dieser Erfassungszeit sollte die Drehgeschwindigkeit der Häckseltrommel 22 konstant sein und einem vorbestimmten Wert entsprechen. Wenn sich die Drehgeschwindigkeit ändern sollte, wird das vorzugsweise bei der Auswertung berücksichtigt.
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Nach dem Schritt 106 werden der Abstand d und der Radius r auf einer Anzeigeeinheit 68 in der Kabine 18 angezeigt, sodass der Bediener einen Schleifvorgang der Schleifeinrichtung 50 veranlassen kann, sobald der Radius r einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, oder dies wird automatisch veranlasst (Schritte 108 und 112 in 5).
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Nachdem die bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass verschiedene Veränderungen möglich sind. Beispielsweise könnten der Analog-Digital-Wandler 64 und der Mikroprozessor 66 durch einen rein analogen Schaltkreis ersetzt werden. Das Ergebnis des Schritts 102 kann zur automatischen Veranlassung einer Spalteinstellungsprozedur verwendet werden, wenn der Abstand d einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt. Schließlich ist noch anzumerken, dass zwei oder mehr magnetische Sensoren 54 über die Länge der Gegenschneide 38 verteilt werden können, wobei alle davon mit der Auswertungseinheit verbunden werden.
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Bezugszeichenliste
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Fig. 5
- 100
- Start
- 102
- Abstand d
- 104
- Vss
- 106
- Radius r
- 108
- r > Schwelle?
- 110
- Ende
- 112
- Warnung auf Anzeige und/oder Schärfen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0943888 A2 [0004, 0027]
- DD 286735 A5 [0006]
- DD 286737 A5 [0006]
- DE 102011005317 A1 [0006]
- US 7222804 A [0020]
- DE 10346412 A1 [0027]
