DE102021000539B4

DE102021000539B4 - Verfahren zur Vorausscheidung von Stroh

Info

Publication number: DE102021000539B4
Application number: DE102021000539.2A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2023-04-20
Anticipated expiration: 2041-02-04
Also published as: DE102021000539A1

Abstract

Verfahren zum Trennen von Blüten- und Fruchtständen (B) von den Sprossachsen (C) der zu erntenden Pflanzen (A), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:a) Abschneiden der Pflanzen (A) mittels einer Schneidvorrichtung (1);b) Zuführen der abgeschnittenen Pflanzen (A) zu einer Kämmtrommel (4) mittels einer Fördereinheit (2), wobei alle Pflanzen (A) mit ihren Blüten- und Fruchtständen (B) voraus zur Kämmtrommel (4) transportiert werden;c) Einleiten einer Normalkraft (FN) in die Sprossachsen der Pflanzen (A) mittels einer Niederhaltetrommel (3) und die darunter befindliche Fördereinheit (2);d) Auskämmen der Blüten- und Fruchtstände (B) durch eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Zuführung und der Kämmtrommel (4), wobei die Zentrifugalbeschleunigung und die Rotation der Kämmtrommel die Trennung der Blüten- und Fruchtstände (B) von den Sprossachsen (C) ermöglichen;e) Ausscheiden des durch die Sprossachsen (C) gebildeten Strohs mittels einer Ausscheidetrommel (5), wobei das Stroh aufgrund des geringen Eigengewichts nicht der Kurvenbahn der Blüten- und Fruchtstände (B) folgt, sondern durch eine aktiv eingreifende Komponente abgegriffen wird.

Description

Die folgende Erfindung findet im Gebiet der Mähdruschtechnik Einzug und befasst sich mit der Thematik des Strippers, dessen Funktionsprinzip in folgenden Patentdokumenten AU 001990054789 A1 und EP 0 241 276 B1 dargestellt ist.
Stand der Technik
Der Vorgang des Strippens stellt neben dem herkömmlichen Standard „Schneiden-Einziehen-Dreschen-Häckseln“ ein alternatives Verfahren zur Ernte von Getreide dar. Unter „Strippen“ versteht man das Abstreifen von Blüten- oder Fruchtständen, d. h. Ähren, Dolden, Körben oder Ähnlichem von der Sprossachse der zu erntenden Pflanzen. Dies erfolgt durch eine rotierende Kämmtrommel, welche mit fingerförmigen Leisten bestückt ist. Das Funktionsprinzip beruht auf zwei entgegengerichteten Kräften, welche durch die Kämmtrommel und das Wurzelsystem induziert werden. Nach der Trennung werden die Blüten- und Fruchtstände aufgrund der Beschleunigung, welche diese durch die eingreifenden Fingerleisten erfahren, zu einer Schnecke geschleudert und anschließend dem Schrägförderer bzw. dem Dreschwerk zugeführt. Durch das Strippen bzw. Kämmen findet bereits vor dem Druschprozess eine Trennung zwischen Haupt- und Nebenernteprodukt statt.
Die signifikante Leistungssteigerung ergibt sich aus der Reduzierung der Gewichts- und Volumenanteile, welche dem Dreschwerk und den Abscheideorganen zugeführt werden. Dadurch wird zum einen weniger Kurzstroh erzeugt, was die Reinigungsorgane entlastet. Zum anderen wird eine Wiederbefeuchtung des Getreides durch das Stroh beim Dreschvorgang vermieden, wodurch Trocknungskosten eingespart werden.
Aus der vorzeitigen Trennung des Strohs erfolgt eine optimale Strohverteilung, welche aufgrund stetig wachsender Schneidwerksbreiten im Zentrum des Ackerbaus steht. Denn sowohl aus phytosanitärer als auch aus technischer Sicht ergeben sich durch eine ungleichmäßige Verteilung des Häckselguts starke Probleme, wie bspw. eine Verschlechterung der Kornablagegenauigkeit bei der Saat. Mit dem Ziel, den Boden vor Erosion zu schützen und zugleich die mikrobielle Aktivität der Bodenlebewesen zu erhalten, entwickelte sich die konservierende Bodenbearbeitung. Durch einen reduzierten Eingriff in das Bodengefüge und die Erweiterung dieser zu Stripp- oder No-Till-Verfahren bleiben immer mehr Möglichkeiten, eine Strohverteilung nach der Ernte zu korrigieren aus.
Die Druckschrift DE 10 2013 226 436 A1 offenbart einen Schrägförderer für einen Mähdrescher.
Problemstellung
Durch die offene und starre Bauweise des in den genannten Dokumenten bekannten Funktionsprinzips wird keine ausreichende Trennrate in Bezug auf die Lage und Orientierung der Blüten- und Fruchtstände gewährleistet. Eine Durchkämmung des Ernteguts ist nur in einer definierten Höhe realisierbar. Demnach ist die Funktionalität auf Getreidekulturen mit einer einheitlichen vertikalen Lage des Fruchtstands, wie bei Weizen oder Gerste, eingeschränkt. Zwar bilden diese Kulturen meist den stärkeren Anteil in der mitteleuropäischen Fruchtfolge, allerdings ist nur ein universell einsetzbares Erntegerät praktikabel. Das bekannte Prinzip erfüllt somit keine ausreichende Funktionssicherheit bezüglich unterschiedlicher Fruchtarten. Dadurch können Ernteverluste < 2 % nicht eingehalten werden und der wirtschaftliche Einsatz des vorhandenen Konzepts ist nicht gewährleistet.
Vor allem bei Lagerfrucht ergibt sich zudem eine inkonsistente Trennung der Blüten- und Fruchtstände. Ein einheitliches Durchkämmen von sich im Lager befindlichen Kulturen, deren Blüten- und Fruchtstände sich in unterschiedlicher vertikaler Lage befinden, ist unmöglich. Durch die notwendige bodennahe Durchkämmung erhöht sich der Verschleiß der Finger und es besteht zudem die Gefahr, Steine mit ins Dreschwerk zu schleudern.
Ein weiterer Nachteil ergibt sich aufgrund der häufigen Nutzung der Nebenernteprodukte. Das bekannte Funktionsprinzip besitzt keine integrierte Einheit zur Zerkleinerung oder Bündelung des Strohs. Es ist ein zusätzlicher Arbeitsschritt notwendig, um das zurückbleibende Stroh zu verarbeiten. Dies ist aufgrund hoher Personal- und Maschinenauslastungen vor allem während der Ernte schwer realisierbar. Um Maschinenkosten gering zu halten, ist ein Einsatz der Kämmeinheit in der Landwirtschaft nur sowohl als Erntegerät als auch als Strohverarbeitungseinheit denkbar.

: beispielhaft eine schematische Darstellung zum Abfangen der Fruchtstände;
: beispielhaft eine schematische Darstellung zur Trennung der Fruchtstände;
: beispielhaft eine schematische Darstellung einer Fingerleiste;
: beispielhaft eine schematische Darstellung der Anordnung der Einzugsfinger
: beispielhaft eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Trennen von Blüten- und Fruchtständen von den Sprossachsen.

Lösung
Das neue Lösungsprinzip nutzt das Funktionsprinzip der vorzeitigen Strohtrennung aus und übernimmt die Vorteile des aktuellen Stands der Stripper-Technik. Statt der direkten Durchkämmung des stehenden Bestands wird das Erntegut zur Kämmtrommel (4) befördert. Durch das Aufnehmen der gesamten Pflanze wird der Kämmvorgang von der vertikalen Lage in die Horizontale, entsprechend , verlagert. Eine Durchkämmung des Ernteguts erfolgt dadurch unabhängig von der Höhe und Lage der Blüten- und Fruchtstände.
Aufgrund der gesamten Zuführung des Ernteguts zur Kämmtrommel muss für jede Pflanze eine der Kämmtrommel entgegengerichtete Kraft F_R erzeugt werden. Durch die Einleitung einer Normalkraft F_N in die gesamte Erntegutmatte (A) wird eine Reibkraft in dieser induziert, siehe . Diese Reibkraft erzeugt eine der Kämmtrommel entgegengerichtete Kraft, welche die Trennung der Blüten- und Fruchtstände (B) von den Sprossachsen (C) sicherstellt. Durch die Schaufelwirkung der Fingerleisten und die Zentrifugalbeschleunigung, welche durch die Kämmtrommel eingeleitet wird, erfolgt eine automatische Trennung der beiden Gutströme. Durch das Abgreifen des Strohs durch die Ausscheidetrommel (5) wird zudem die Trennung unterstützt und der Gutfluss in der Maschine bleibt erhalten. Eine Schwadbildung des Strohs wird ebenfalls durch diesen ermöglicht, da das Stroh aus der Maschine hinausgeführt wird.
Entscheidend für eine erfolgreiche Ernte aller Fruchtarten ist der Gutfluss innerhalb der Maschine, welcher maßgeblich durch die Niederhaltetrommel (3) beeinflusst wird. Um auch höhere Strohmassen der Kämmtrommel zuzuführen, kann diese in einem Schwenkbereich von 0 - 1000 mm stufenlos verstellt werden. Der Durchmesser der Niederhaltetrommel beträgt 110 mm. Aufgrund der aktiven Zuführung des Ernteguts wird diese nicht angetrieben. Diese kann eine Kraft von bis zu 10 kN pro Meter Arbeitsbreite aufbringen.
Neben der Niederhaltekraft ist die Relativgeschwindigkeit zwischen der Zuführung und der Kämmtrommel für eine erfolgreiche Trennung der Haupt- und Nebenernteprodukte maßgebend. Je nach Fruchtart liegt diese in einem Bereich von 12 bis 22,8 m/s.
Mit dem Ziel, Vorfahrtsgeschwindigkeiten von bis zu 10 km/h zu realisieren, ergibt sich anhand des Kämmtrommeldurchmessers von 540 mm (Hüllkreis der Fingerspitzen) ein erforderlicher Drehzahlbereich von 400 -1000 U/min. Eine Vorbeschleunigung des Ernteguts um mindestens 1 m/s zur Vorfahrtsgeschwindigkeit ist notwendig.
Die Abfangrate der Blüten- und Fruchtstände ist abhängig von der Drehzahl der Kämmtrommel. Mit einhergehender Steigerung der Drehzahl erhöht sich die Zentrifugalkraft, welche die Trennung der Blüten- und Fruchtstände begünstigt.
Vor allem das Anlegen des Ernteguts an die Kavitäten der Fingerleisten ist entscheidend für den Kämmprozess. Durch die abgeschnittenen Zähne, welche in dargestellt werden, sollen sich die Blütenstände möglichst gleichmäßig an die Fingerleisten anlegen. Die einzelnen Fingerspitzen sind c = 14,5 mm lang und um den Abstand a = 30 mm versetzt angeordnet. Der Radius der Kavitäten beträgt r = 6 mm. Die Kämmtrommel ist mit insgesamt 24 Fingerleisten pro Meter Arbeitsbreite bestückt, welche sich auf acht im Umfang orientierte Fingerwellen verteilen.
Um das hohe Volumen an Stroh von der Kämmtrommel abzugreifen und aus der Maschine hinauszubefördern, beträgt der Manteldurchmesser der Ausscheidetrommel 310 mm. Die bei einer Trommelbreite von 3630 mm 48 im Inneren exzentrisch, drehbar gelagerten Finger besitzen eine Länge von bis zu 225 mm, wodurch ein Hüllkreis von 450 mm gebildet wird. Somit wird ausreichend Platz zur Förderung geschaffen. Die Einzugsfinger sind zylindrisch und besitzen einen Durchmesser von 20 mm. Die Anordnung der Finger erfolgt schraubenförmig entsprechend . Drei um 180° phasenverschobene Fingergruppen ergänzen sich zu zwei Schraubenlinien mit jeweils eineinhalb Windungen. Eine Fingergruppe beinhaltet insgesamt vier Finger, welche in einem Winkel von α = 45° versetzt um den Mantel angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Fingern innerhalb einer Gruppe beträgt b = 123,7 mm. Die zueinander phasenverschobenen Fingergruppen sind um b/2 versetzt angeordnet.
Da sich die Relativgeschwindigkeiten der Kämm- und Ausscheidetrommel angleichen müssen, beträgt der Drehzahlbereich der Ausscheidetrommel 500 - 1200 U/min.
Anwendung
Die beschriebene Funktionsweise des Lösungsprinzips, welches sich dadurch kennzeichnet, dass eine Verlagerung des Kämmprozesses von der vertikalen Lage in die Horizontale erfolgt, findet in folgender Erfindung Einzug, siehe .
Durch die Schneidvorrichtung (1) zu Beginn des Erntegeräts wird das Getreide gelöst und die Grundlagen für eine optimale Durchkämmung geschaffen. Die abgeschnittenen Pflanzen werden nach dem Schneidvorgang über eine Fördereinheit (2) der Kämmtrommel (4) zugeführt. Durch die aktive Zuführung wird sichergestellt, dass alle Pflanzen mit ihren Blüten- und Fruchtständen voraus zur Kämmtrommel transportiert werden. Die Niederhaltetrommel (3) und die darunter befindliche Zuführeinheit ermöglichen die Einleitung einer Normalkraft F_N in die Sprossachsen der Pflanzen (A). Die dadurch entstehende Reibung in der Strohmatte erzeugt eine der Kämmtrommel entgegengerichtete Kraft F_R, wodurch das Auskämmen der Blüten- und Fruchtstände ermöglicht wird. Die Trennung erfolgt durch die beschriebene Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Zuführung und der Kämmtrommel. Über die Zentrifugalbeschleunigung und die Rotation der Kämmtrommel wird die Trennung der Blüten- und Fruchtstände (B) von den Sprossachsen (C) ermöglicht. Die Ausscheidung des Strohs wird vor allem durch die Ausscheidetrommel (5) beeinflusst. Denn aufgrund des geringen Eigengewichts des Strohs folgt dieses nicht der Kurvenbahn der Blüten- und Fruchtstände, sondern muss durch eine aktiv eingreifende Komponente abgegriffen werden.
Um die Bewegung des Strohs möglichst gering zu halten, erfolgt eine Durchkämmung der Pflanzen an der Unterseite der Kämmtrommel. Die dadurch erzielte flache Zuführung der Pflanzen zur Kämmtrommel wirkt sich positiv auf den Gutfluss aus. Durch die bodennahe Verarbeitung überschneiden sich die Gutströme der Haupt- und Nebenernteprodukte nicht. Die Ausscheidetrommel dient darüber hinaus der Schwadbildung.

Claims

Verfahren zum Trennen von Blüten- und Fruchtständen (B) von den Sprossachsen (C) der zu erntenden Pflanzen (A), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Abschneiden der Pflanzen (A) mittels einer Schneidvorrichtung (1); b) Zuführen der abgeschnittenen Pflanzen (A) zu einer Kämmtrommel (4) mittels einer Fördereinheit (2), wobei alle Pflanzen (A) mit ihren Blüten- und Fruchtständen (B) voraus zur Kämmtrommel (4) transportiert werden; c) Einleiten einer Normalkraft (F_N) in die Sprossachsen der Pflanzen (A) mittels einer Niederhaltetrommel (3) und die darunter befindliche Fördereinheit (2); d) Auskämmen der Blüten- und Fruchtstände (B) durch eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Zuführung und der Kämmtrommel (4), wobei die Zentrifugalbeschleunigung und die Rotation der Kämmtrommel die Trennung der Blüten- und Fruchtstände (B) von den Sprossachsen (C) ermöglichen; e) Ausscheiden des durch die Sprossachsen (C) gebildeten Strohs mittels einer Ausscheidetrommel (5), wobei das Stroh aufgrund des geringen Eigengewichts nicht der Kurvenbahn der Blüten- und Fruchtstände (B) folgt, sondern durch eine aktiv eingreifende Komponente abgegriffen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass e) eine Durchkämmung des Ernteguts in einem Winkelbereich von ±60°, gemessen von der vertikalen Achse zum Lot aus der Mitte der Kämmtrommel (4) auf die Zuführrichtung, erfolgt; f) die Zuführrichtung des Ernteguts in einem Winkelbereich von ±70° zur horizontalen Lage liegt.
Vorrichtung zum Trennen von Blüten- und Fruchtständen (B) von den Sprossachsen (C) der zu erntenden Pflanzen (A) umfassend eine Schneidvorrichtung (1) zum Abschneiden der Pflanzen (A), eine Fördereinheit (2) zum Zuführen der abgeschnittenen Pflanzen (A) mit ihren Blüten- und Fruchtständen (B) voraus zu einer Kämmtrommel (4), eine oberhalb der Fördereinheit (2) angeordnete Niederhaltetrommel (3) zur Einleitung einer Normalkraft (F_N) in die Sprossachsen der Pflanzen (A), wobei die Kämmtrommel (4) dazu ausgebildet ist, die Blüten- und Fruchtstände (B) durch eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Zuführung und der Kämmtrommel (4) auszukämmen und die Kämmtrommel (4) dazu konfiguriert ist, durch die Zentrifugalbeschleunigung und die Rotation der Kämmtrommel (4) die Trennung der Blüten- und Fruchtstände (B) von den Sprossachsen (C) zu ermöglichen und wobei eine Ausscheidetrommel (5) vorgesehen ist, die zum Ausscheiden des durch die Sprossachsen (C) gebildeten Strohs ausgebildet ist, und zwar derart, dass das Stroh aufgrund des geringen Eigengewichts nicht der Kurvenbahn der Blüten- und Fruchtstände (B) folgt, sondern durch die eine Ausscheidetrommel (5) als eine aktiv eingreifende Komponente abgegriffen wird.