DE102021107874A1

DE102021107874A1 - Verfahren und Anordnung zur Messung des Durchsatzes einer Erntemaschine

Info

Publication number: DE102021107874A1
Application number: DE102021107874.1A
Authority: DE
Inventors: Georg Kormann
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2022-09-29
Also published as: US20220304232A1

Abstract

Ein Durchsatzsensor (44) wird auf einem Teil eines Felds mit einem homogenen Erntegutbestand kalibriert, um den Einfluss der Vortriebsgeschwindigkeit (v) und der Fördergeschwindigkeit (FG) des Ernteguts auf das Signal des Sensors (44) zu berücksichtigen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung eines Durchsatzes einer Erntemaschine.
Stand der Technik
Feldhäcksler dienen zur Ernte von ganzen Pflanzen oder ihren Teilen, die im Betrieb mittels eines Emtevorsatzes von einem Feld aufgenommen, durch Vorpresswalzen zusammengedrückt und einer Messertrommel zugeführt werden, deren Häckselmesser die Pflanzen im Zusammenwirken mit einem Gegenmesser zerschneiden. Anschließend werden die zerschnittenen Pflanzen oder -teile optional einem Konditionierwalzenzusammenbau zugeführt und durch eine Nachbeschleunigungseinrichtung in einen Auswurfkrümmer gefördert, der sie auf ein Transportfahrzeug überlädt. Die geernteten Pflanzen dienen in der Regel als Viehfutter oder zur Biogaserzeugung.
Um den vom Feldhäcksler aufgenommenen und verarbeiteten Erntegutdurchsatz zu erfassen, sind Anordnungen zur Erfassung des Durchsatzes beschrieben worden. Hierzu liegen verschiedene Ansätze vor, von denen sich in der Praxis insbesondere die Erfassung der Position einer oberen Vorpresswalze bewährt hat, die gegen die Kraft einer Feder nach oben beweglich ist ( DE 195 24 752 A1 ). Mit steigendem Durchsatz bewegt sich die obere Vorpresswalze nach oben und anhand der Position und der Drehgeschwindigkeit der oberen Vorpresswalze wird der Volumenfluss, d.h. das vom Feldhäcksler je Zeiteinheit aufgenommene Volumen des Ernteguts, gemessen.
Für verschiedene Zwecke, u.a. zur Ertragskartierung, zur massenbezogenen Zugabe eines Siliermittels oder zur Kontrolle eines Überladevorgangs (um den Transportwagen mit einer vorbestimmten Masse an Erntegut zu beladen), besteht ein Interesse, den Massenfluss, d.h. die je Zeiteinheit aufgenommene Masse (in kg) des Ernteguts, zu erfassen. Hierzu wäre somit eine Information über die Dichte des Ernteguts erforderlich, die jedoch nicht direkt bekannt oder ohne größeren Aufwand messbar wäre.
Im Stand der Technik wird üblicherweise durch einen Bordcomputer ein Kalibrierfaktor anhand von Daten, die bei einer Wägung des Ernteguts gewonnen wurden, und des zugehörigen, anhand der Vorpresswalzenposition gemessenen Volumendurchsatzes berechnet und zur Berechnung des Massendurchsatzes verwendet (s. DE 10 2010 043 854 A1 ).
In der Literatur finden sich auch andere Vorschläge zur Massenflussmessung, z.B. basierend auf radiometrischen Prinzipien, ASAE Paper No. 951757; kapazitive Feuchtemessung mit Massenmessung durch eine Prallplatte oder Wägung des Ernteguts auf dem Transportanhänger, ASAE Paper No. 981118; selbiges ergänzt durch Lichtschranken, Canadian Agricultural Engineering Vol. 42, No. 3, 2000, S. 123ff.
Ein anderer Ansatz besteht darin, das Erntegut in zwei aufeinanderfolgenden Stufen durch Vorpresswalzen zu verdichten und unter Verwendung der Drücke und Schichtdicken sowie von zwei empirisch ermittelten Konstanten den Feuchtigkeitsgehalt und letztlich den Massendurchsatz des Ernteguts zu berechnen ( SU 1 395 955 A1 ). Ein ähnlicher Ansatz, jedoch basierend auf einer einzigen Verdichtungsstufe, findet sich in D. Ehlert, Advanced Throughput Measurement in Forage Harvesters, Biosystem Engineering 2002, 83, S. 47 - 53. Diese Ansätze nutzen eine Anzahl an empirisch - in Feld- oder Laborversuchen - ermittelten Konstanten, welche gewisse mechanische Ernteguteigenschaften (insbesondere die Abhängigkeit der Verdichtbarkeit vom Druck und von der Feuchtigkeit) repräsentieren, um anhand der Position der Vorpresswalzen den Massendurchsatz zu bestimmen. Zudem gehen Zusammenhänge zwischen der Position der Vorpresswalze und der wirkenden Federkraft in die letztlich zur Bestimmung des Massendurchsatzes verwendete Gleichung ein. Die mechanischen Eigenschaften des Ernteguts hängen jedoch von der Sorte der geernteten Pflanzen, von deren Feuchte und von deren Reifegrad ab, während die Federn auch nicht unbedingt lineare Kraftkennlinien aufweisen, sodass die auf einem Feld anzutreffenden Eigenschaften sich jedoch in der Praxis beträchtlich von den Eigenschaften des Ernteguts unterscheiden können, die zuvor ermittelt wurden, sei es auf einem anderen Feld oder im Labor und auch die Nichtlinearitäten der Federn zu Fehlern führen. Mit anderen Worten leidet dieser Ansatz unter fehlender Genauigkeit.
In der EP 2 764 764 A1 wird eine selbstfahrende Erntemaschine beschrieben, bei der Arbeitsparameter anhand einer im Voraus abgespeicherten Karte, die beispielsweise den zu erwartenden Durchsatz betrifft, selbsttätig eingestellt werden. Bei der Ernte werden in der Karte bestimmte Teile des Feldes ermittelt, auf denen das Erntegut voraussichtlich homogene Eigenschaften aufweisen wird und auf diesen Teilen des Feldes wird ein Sensor kalibriert, beispielsweise indem die Erntemaschine mit konstanter Geschwindigkeit und somit konstantem Durchsatz fährt und ein Kornverlustsensor mittels einer Prüfschale bzw. ein Durchsatzsensor anhand einer anderen Messung kalibriert wird, oder es erfolgt dort eine Feineinstellung der Arbeitsparameter der Dresch- und Reinigungseinrichtung basierend auf Sensorwerten oder Bedienereingaben.
Die DE 10 2018 213 215 A1 beschreibt einen Feldhäcksler, bei dem auf Feldbereichen mit homogenen Bestandsdichten eine Verstellung des Bearbeitungsspalts einer Konditioniereinrichtung erfolgt, um eine Spaltgröße festzustellen, ab welcher keine Vergrößerung der Konditionierwirkung mehr erfolgt, d.h. bei welcher bereits alle Körner angeschlagen werden. Diese Spaltgröße wird letztlich beim Erntevorgang verwendet.
Aufgabe
Es wäre demnach wünschenswert, bei einer Erntemaschine, in welcher ein Sensor einen Volumenfluss erfasst, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Ermittlung eines Durchsatzes des Ernteguts zu ermöglichen.
Lösung
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruches 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
Ein Verfahren und eine entsprechende Anordnung zur Erfassung eines Durchsatzes einer Erntemaschine umfasst folgende Schritte bzw. Mittel zu ihrer Durchführung:

(a) Identifizieren eines Emtegutbestands mit einer zumindest näherungsweise konstanten Dichte auf einem Feld;
(b) Ernten des identifizierten Erntegutbestands durch die mit einer vorgegebenen Vortriebsgeschwindigkeit fahrende Erntemaschine;
(c) Messen des Durchsatzes des Erntegutstroms während des Schritts (b) mit einem Sensor, der mit dem die Erntemaschine mit einer vorgegebenen Fördergeschwindigkeit durchlaufenden Erntegut zusammenwirkt;
(d) Wiederholen der Schritte (b) und (c) mit einer anderen Fördergeschwindigkeit und/oder einem anderen Vortriebsgeschwindigkeit;
(e) Ermitteln eines Korrekturwerts oder Korrekturzusammenhangs für den mit dem Sensor gemessenen Durchsatz anhand der in den Schritten (c) und (d) gemessenen Durchsätze; und
(f) Verwenden des in Schritt (e) ermittelten Korrekturwerts oder Korrekturzusammenhangs bei nachfolgenden Messungen des Durchsatzes durch den Sensor beim Erntevorgang auf dem Feld.

Mit anderen Worten wird vorgeschlagen, einen Korrekturwert oder Korrekturzusammenhang für den Sensor zur Ermittlung des Durchsatzes des Ernteguts in einer Erntemaschine auf einem Feld in situ anhand des dort stehenden Ernteguts zu erfassen. Es wird (z.B. anhand einer Karte, in der die bei vorhergehenden Erntevorgängen bei der Ernte erfassten Erträge in Volumen- oder Masseneinheiten je Flächeneinheit eingetragen sind, oder einer Bedienereingabe oder eines Sensors, wie einer Kamera) ein Emtegutbestand auf dem Feld identifiziert, der eine zumindest etwa konstante Bestandsdichte (d.h. Anzahl an Pflanzen je Fläche, Höhe der Pflanzen, Dicke der Stämme der Pflanzen und Dichte des Blätterwerks) aufweist (Schritt (a)). Dieser identifizierte Emtegutbestand wird mit der Erntemaschine, die mit einer Vortriebsgeschwindigkeit durch den identifizierten Erntegutbestand fährt, aufgenommen (abgeerntet) und der Durchsatz des durch die Erntemaschine mit einer Fördergeschwindigkeit geförderten bzw. strömenden Ernteguts wird mit einem Sensor gemessen (Schritt (b) und (c)). Dieser Vorgang wird bei zumindest einer anderen Vortriebsgeschwindigkeit und/oder Fördergeschwindigkeit wiederholt (Schritt (d)).
Da in den Schritten (b) bis (d) - aufgrund der konstanten Bestandsdichte gemäß Schritt (a) - von einer konstanten Menge (Masse und/oder Volumen) des Ernteguts je abgeernteter Flächeneinheit ausgegangen werden kann, kann anhand der zumindest zwei Messungen im Schritt (e) ein Korrekturwert oder Korrekturzusammenhang für den Sensor berechnet werden, der seinerseits im Schritt (f), d.h. beim nachfolgenden Erntevorgang, zur Bestimmung eines korrigierten Durchsatzes anhand des mit dem Sensor bestimmten Durchsatzes dient. Da bei den unterschiedlichen Messungen unterschiedliche Durchsätze durch den Sensor erfasst werden und die Vortriebs- und Fördergeschwindigkeiten bekannt sind, kann bei konstanter Bestandsdichte herausgefunden werden, welcher Zusammenhang zwischen dem Wert des Sensors und dem Durchsatz besteht, und dieser Zusammenhang wird in Form des Korrekturwerts oder Korrekturzusammenhangs bei der nachfolgenden Durchsatzmessung genutzt. Wenn beispielsweise eine erste Messung des (Volumen-) Durchsatzes ΔV1/Δt bei einer Vortriebsgeschwindigkeit v1 und einer Fördergeschwindigkeit FG1, und eine zweite Messung des (Volumen-) Durchsatzes ΔV2/Δt bei einer Vortriebsgeschwindigkeit v2 und einer Fördergeschwindigkeit FG2 erfolgt, und v1=v2 und FG1=0,5*FG2 (oder v1=2*v2 und FG1=FG2) ist, sollte theoretisch ΔV1/Δt auch doppelt so groß wie ΔV2/Δt sein. Eine eventuelle Abweichung von dem Wert 2, die durch Nichtlinearitäten des Sensors und/oder des (Kompressions-) Verhaltens des Ernteguts bedingt sein kann, wird in Form des auf diese Weise ermittelten Korrekturwerts berücksichtigt. Wenn man Messungen bei mehr als zwei Werten der Vortriebsgeschwindigkeit und Fördergeschwindigkeit durchführt, kann auch ein beliebiger Korrekturzusammenhang (z.B. eine Gleichung, Kurve o.ä.) ermittelt und später berücksichtigt werden.
Somit erhält man eine relativ genaue und an den Bestand eines abzuerntenden Feldes angepasste Messung des Durchsatzes mit einfachen Mitteln. Die Ermittlung des Korrekturfaktors/der Korrekturgleichung kann auch mit Hilfe von Machine Learning Ansätzen basierend auf mehreren Faktoren/Gleichungen erfolgen.
Die Schritte (a) bis (f) können durch eine elektronische Steuereinrichtung kontrolliert werden, sei es vollautomatisch durch elektronisches Erfassen der Bestandsdichte im Schritt (a) und Ansteuern von Aktoren zur Vorgabe der Vortriebsgeschwindigkeit und der Fördergeschwindigkeit in den Schritten (b) bis (d) und die Durchführung der Berechnungen in den Schritten (e) und (f), oder teilautomatisch unter Verwendung einer Bedienerschnittstelle zum Erhalt von Eingaben hinsichtlich der Bestandsdichte im Schritt (a) und zur Ausgabe von Vorgaben der Vortriebsgeschwindigkeit und/oder der Fördergeschwindigkeit in den Schritten (b) und (d), die manuell durch den Bediener eingestellt werden, während die Schritte (c), (e) und (f) wiederum automatisch durch die elektronische Steuereinrichtung durchgeführt werden.
Der Sensor kann den Volumendurchsatz erfassen, welcher anhand eines (sensorisch, z.B. bei einem Kalibriervorgang, erfassten oder eingegebenen) Dichtewerts in einen Massendurchsatz umgerechnet werden kann.
Die Erntemaschine ist insbesondere ein Feldhäcksler, bei welchem der Sensor den Abstand zwischen durch eine von einer Feder und/oder einem Hydraulikzylinder gegeneinander vorgespannten Vorpresswalzen erfasst, zwischen denen das Erntegut hindurchgeführt wird. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch an beliebigen anderen Erntemaschinen durchgeführt werden, bei dem das von der Erntemaschine aufgenommene Erntegut mit einer bestimmten Fördergeschwindigkeit an einem Durchsatzsensor vorbeigeführt wird, z.B. an einem Mähdrescher mit einem Sensor zur Erfassung der Position einer unteren Schrägfördererwalze, die auf dem aufgenommenen Emtegutstrom aufliegt (s. EP 1 266 558 A2 ) oder an einem Erntegutaufnehmer, einem Ladewagen oder einer Ballenpresse, bei welchem oder welcher der Sensor die - durchsatzabhängige - Position eines Niederhalters ( EP 1 327 384 A1 ) oder einer Querförderschnecke detektiert ( EP 1 738 634 A1 ). Bei dem Sensor kann es sich auch um eine mit dem Emtegutstrom zusammenwirkende Lichtschranke oder ein beliebiges, auf dem Erntegutstrom aufliegendes, mechanisches Element handeln, dessen Position erfasst wird, um den Durchsatz zu messen. Der Durchsatzsensor kann jedoch auch einen Massendurchsatz erfassen, z.B. indem er das Antriebsmoment eines Förderers des Ernteguts erfasst.
Im Schritt (f) kann der (Massen- oder Volumen-) Durchsatz georeferenziert abgespeichert werden und/oder zur Kontrolle eines Überladevorgangs dienen (d.h. zu erkennen, wenn eine andere Stelle des Transportfahrzeugs mit Erntegut zu beladen ist oder wenn es komplett gefüllt ist) und/oder zur Steuerung der Zugabe eines Siliermittels verwendet werden.
Figurenliste
In den Zeichnungen ist ein nachfolgend näher beschriebenes Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:

1 einen Feldhäcksler in einer schematischen Seitenansicht, und
2 ein Flussdiagramm, nach dem eine elektronische Steuereinheit des Feldhäckslers arbeitet.

Ein in der 1 gezeigter selbstfahrender Feldhäcksler 10 baut sich auf einem Rahmen 12 auf, der von angetriebenen vorderen Rädern 14 und lenkbaren rückwärtigen Rädern 16 getragen wird. Die Bedienung des Feldhäckslers 10 erfolgt von einer Fahrerkabine 18 aus, von der aus ein zur Ernte stängelartiger Pflanzen geeigneter Erntevorsatz 20 einsehbar ist. Mittels des Erntevorsatzes 20, der in der dargestellten Ausführungsform ein reihenunabhängig arbeitendes Maisgebiss ist, vom Boden aufgenommenes Gut, z. B. Mais, Getreide oder dergleichen, wird durch in einem Einzugszusammenbau 36 angeordnete, obere Vorpresswalzen 30 und untere Vorpresswalzen 32 einer Häckseltrommel 22 zugeführt, die es in kleine Stücke häckselt und es einer Fördervorrichtung 24 aufgibt. Das Gut verlässt den Feldhäcksler 10 zu einem nebenher fahrenden Anhänger über eine in ihrer Position verstellbare Austrageinrichtung 26. Zwischen der Häckseltrommel 22 und der Fördervorrichtung 24 erstreckt sich ein Konditionierwalzenzusammenbau 28, durch die das zu fördernde Gut der Fördervorrichtung 24 tangential zugeführt wird. Im Folgenden beziehen sich Richtungsangaben - wenn nicht anders erwähnt -, wie vom, hinten, links und rechts auf die Vorwärtsrichtung V des Feldhäckslers 10, die in der 1 von rechts nach links verläuft.
Der Feldhäcksler 10 umfasst eine elektronische Steuereinrichtung 42, die mit einem Speicher 60, einer Bedienerschnittstelle 58 mit einer Anzeige und Eingabemitteln und einem Sensor 44 verbunden ist, welcher den Volumendurchsatz des Ernteguts durch den Feldhäcksler erfasst. Der Sensor 44 ist über ein flexibles Element 46, z.B. ein Seil, mit der rückwärtigen oberen Vorpresswalze 30 mechanisch verbunden. Das flexible Element 46 ist dazu um eine Umlenkrolle 48 geführt, die jedoch auch entfallen könnte. Die oberen Vorpresswalzen 30 sind an beiden Enden jeweils an einer Schwinge 52 abgestützt, die durch eine Feder 50 nach unten vorgespannt ist. Die Steuereinrichtung 42 ist zudem mit einem Antrieb 54 der Vorpresswalzen 30, 32 und einer Aktorik 56 zur Vorgabe der Vortriebsgeschwindigkeit v des Feldhäckslers 10 verbunden, sowie einer Positionsbestimmungseinrichtung 62 zum Empfang von Signalen von Satelliten eines Positionsbestimmungssystems wie GPS, Glonass und/oder Galileo.
Es wird nun auf die 2 verwiesen, in welcher der Betrieb der elektronischen Steuereinheit 42 beim Emtebetrieb dargestellt ist.
Nach dem Start im Schritt 100 folgt im Schritt 102 eine Abfrage, ob eine Kalibrierung eines Korrekturwerts (hier als Korrekturfaktor KF vorgesehen) durchgeführt werden soll, mit welchem die Steuereinheit 42 die Signale des Sensors 44, bei denen es sich um den Volumendurchsatz des Feldhäckslers 10 (d.h. des aufgenommenen Volumens des Ernteguts per Zeiteinheit) handelt, korrigiert, um eventuelle Nichtlinearitäten des Sensors 44 auszugleichen, die durch mechanische Eigenschaften des Ernteguts, z.B. dessen Kompressibilität, bedingt sind. Die Ermittlung des Korrekturfaktors KF wird weiter unten diskutiert.
Im Schritt 102 kann eine entsprechende Anzeige an den Bediener über die Bedienerschnittstelle 58 erfolgen und der Bediener eine Antwort eingeben. Eine Kalibrierung ist in der Regel zu Beginn eines Emtevorgangs, nach Wechsel auf ein anderes Feld oder einen Teil eines Felds mit signifikant anderen Eigenschaften (insbesondere Fruchtart, Reife- und/oder Anwelkgrad, Feuchtigkeit) des Ernteguts oder nach dem Ablauf einer bestimmten Zeitspanne, z.B. 30 Minuten sinnvoll. Der Bediener kann somit anhand einer angezeigten Abfrage in die Bedienerschnittstelle 58 eingeben, ob eine dieser Bedingungen erfüllt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 42 zumindest einige dieser Bedingungen selbsttätig erkennen, z.B. kann sie anhand der Signale der Positionsbestimmungseinrichtung 62 den Beginn des Emtevorgangs und den Wechsel auf ein anderes Feld erkennen, anhand einer Uhr den Ablauf einer Zeitspanne und anhand einer auf den Emtegutbestand vor dem Feldhäcksler 10 blickenden Kamera 64 und damit verbundene Bildverarbeitungssoftware eventuelle Änderungen der besagten Eigenschaften erkennen.
Ergibt sich im Schritt 102, dass keine Kalibrierung durchzuführen ist, folgt der Schritt 104. Dort wird der Massendurchsatz Δm/Δt des Feldhäckslers 10 beispielsweise anhand folgender Formel berechnet: $Δ m/ Δ t = b * h * FG * ρ * KF$
wobei b die Kanalbreite des Erntegut führenden Teils Einzugszusammenbaus 36 (und gleich der axialen Abmessung der Vorpresswalzen 30, 32) und somit die Breite des vom Sensor 44 erfassten Erntegutstroms ist, h der vom Sensor 44 gemessene Abstand zwischen den rückwärtigen Vorpresswalzen 30, 32 und somit die Höhe des vom Sensor 44 erfassten Erntegutstroms ist, FG die durch die Drehzahl der Vorpresswalzen 30, 32 vorgegebene Fördergeschwindigkeit des Erntegutstroms im Einzugszusammenbau 36, p die Massendichte des Ernteguts (in kg/m³ messbar) und KF der Korrekturfaktor zur Einbeziehung der Emteguteigenschaften in das Signal des Sensors 44 ist. Die Messung bzw. Kalibrierung des Werts für p kann in an sich bekannter Weise anhand einer Wägung des Ernteguts auf dem Transportfahrzeug mit einem dort vorgesehenen Sensor oder einer stationären Waage und der zugehörigen, auf dem Feldhäcksler 10 erfassten Massendurchsätze erfolgen, während der Wert für b im Speicher 60 einprogrammiert ist, h durch den Sensor 44 gemessen wird und der Wert für FG der Steuereinheit 42 anhand an den Antrieb 54 gegebener Kontrollsignale bzw. von diesem sensorisch erfasster, an die Steuereinheit 42 rückgemeldete Rückkopplungssignale bekannt ist. Der Wert für FG legt, gemeinsam mit der Drehzahl des Antriebsmotors des Feldhäckslers 10 und somit der Häckseltrommel 22 sowie der Anzahl der um den Umfang der Häckseltrommel 22 verteilten Messer, die jeweilige Schnittlänge des Ernteguts fest. Die Bestimmung des Korrekturfaktors KF wird weiter unten in diesem Dokument beschrieben.
Der im Schritt 104 erfasste Massendurchsatz kann durch die Steuereinrichtung 42 (anhand der Signale der Positionsbestimmungseinrichtung 62) georeferenziert kartiert werden, zur Steuerung einer Aktorik (nicht gezeigt, s. aber beispielsweise EP 2 266 383 A1 ) zur Kontrolle des Überladevorgangs des Ernteguts auf ein Transportfahrzeug dienen, d.h. den Auftreffpunkt verstellen, sobald eine bestimmte Masse an Erntegut dort vorhanden ist und/oder den Überladevorgang (durch einen entsprechenden Hinweis an den Bediener über die Bedienerschnittstelle 58 oder selbsttätiges Umstellen der Überladung auf ein anderes Transportfahrzeug) beenden, wenn eine definierte Gesamtmasse überladen wurde, und/oder zur Ansteuerung einer Einrichtung 66 zur Siliermittelzugabe dienen. Auf den Schritt 104 folgt wieder der Schritt 102.
Wenn sich im Schritt 102 hingegen ergeben hat, dass eine Kalibrierung durchgeführt werden soll, folgt der Schritt 106, in dem geprüft wird, ob eine hinreichend lange Strecke vor dem Feldhäcksler 10 eine hinreichend homogene Bestandsdichte aufweist. Der Schritt 106 kann wieder auf einer Anzeige einer Anfrage über die Bedienerschnittstelle 58 erfolgen, indem der Bediener um eine Bestätigung oder Angabe gebeten wird, ob oder dass der Emtegutbestand über eine hinreichend lange Strecke, z.B. 100 m, sei es mit oder ohne Wendevorgänge, hinreichend homogene Eigenschaften (Bestandsdichte, Fruchtart, Reife- und/oder Anwelkgrad, Feuchtigkeit) aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann auf die Signale der Kamera 64 zurückgegriffen werden, um die Homogenität des Emtegutbestands vor dem Feldhäcksler 10 zu erkennen, und/oder die elektronische Steuereinheit 42 verwendet eine bei einem zeitlich zurückliegenden Erntevorgang oder einem anderen Arbeitsvorgang, z.B. beim Spritzen, erstellte Karte aus der Speichereinrichtung 60 oder von einem beabstandeten Server, in der eine Information zumindest über die Bestandsdichte georeferenziert eingetragen ist. Der Kalibriervorgang kann auch automatisch basierend auf Fernüberwachungsinformationen (Satellit oder Drohne) gestartet werden. Hier können Informationen wie z.B. Biomasseaufwuchs verwendet werden. Sofern sich über eine bestimmte Strecke konstante Bedingungen ergeben, kann in diesem Bereich kalibriert werden. Dazu werden mindestens zwei Messpunkte angefahren - ggf. können auch mehr Punkte erfasst werden, um eventuelle Nichtlinearitäten ausgleichen zu können.
Ergibt sich im Schritt 106, dass der Emtegutbestand vor dem Feldhäcksler 10 nicht über eine hinreichend lange Strecke näherungsweise homogene Dichte aufweist, folgt der Schritt 108. Dieser entspricht dem Schritt 104, jedoch wird in der Gleichung (1) der zuletzt verwendete Wert für den Korrekturfaktor KF benutzt, oder ein anderer, geeigneter Wert, z.B. jener, der bei einem zurückliegenden Erntevorgang für das jeweilige Feld ermittelt wurde. Auf den Schritt 108 folgt wieder der Schritt 106.
Falls sich im Schritt 106 hingegen ein hinreichend langer, homogener Erntegutbestand ergibt, folgt der Schritt 110, in welchem die Steuereinrichtung 42 den Feldhäcksler 10 kommandiert, eine Strecke der Länge x1 mit einer Vortriebsgeschwindigkeit v1 und einer Fördergeschwindigkeit FG1 der Vorpresswalzen 30, 32 abzuernten. Dieses Kommandieren kann durch direkte Vorgaben an die Aktorik 56 und an den Antrieb 54 erfolgen, oder es werden entsprechende Anweisungen an den Bediener über die Bedienerschnittstelle 58 gegeben, welcher die entsprechende Vortriebsgeschwindigkeit v1 und Fördergeschwindigkeit FG1 (oder zugehörige Schnittlänge) manuell einstellt und dieses letztlich über die Bedienerschnittstelle 58 bestätigt.
Nachdem eine bestimmte Zeit abgewartet wurde, um einen stationären Zustand abzuwarten, folgt der Schritt 112, in welchem die Steuereinrichtung 42 den Volumendurchsatz anhand der Signale des Sensors 44 erfasst und abspeichert. Hierzu kann z.B. die Gleichung (2) verwendet werden: $Δ V 1 / Δ t = b * h 1 * FG 1$
Es wird somit in üblicher Weise der Volumendurchsatz ΔV1/Δt gemessen, indem die Breite b des Einzugskanals mit dessen gemessener Höhe h1 und mit der Fördergeschwindigkeit FG1 multipliziert wird. Da die Messung über eine längere Zeit erfolgt, können in dieser Zeit gemessene Werte des Sensors 44 für h gemittelt werden.
Es folgt der Schritt 114, in dem die Schritte 110 und 112 wiederholt werden, jedoch mit anderer Vortriebsgeschwindigkeit v2 bis vn und/oder anderer Fördergeschwindigkeit FG2 bis FGn. Der Schritt 114 wird zumindest einmal durchlaufen. Es liegt danach somit zumindest ein zweiter Volumendurchsatz ΔV2/Δt vor, entsprechend z.B. einer folgender Gleichungen: $Δ V 2 / Δ t = b * h 2 * FG 2$
bzw. $Δ Vn/ Δ t = b * hn * FGn$
Im folgenden Schritt 116 wird abgefragt, ob hinreichend viele Durchläufe der Schritte 110 bis 114 durchgeführt wurden. Die Anzahl der Durchläufe und/oder die dabei jeweils zurückzulegende Strecke x1..xn kann anhand der im Schritt 106 ermittelten Länge der Strecke mit homogener Bestandsdichte festgelegt werden (oder durch den Bediener eingegeben werden). Ergibt sich im Schritt 116, dass die gewünschte Anzahl der Durchläufe noch nicht erreicht ist, folgt wieder der Schritt 114 und ansonsten der Schritt 118.
Nach dem Schritt 116 liegen (im Speicher 60 der Steuereinheit 42) im Schritt 118 somit zumindest die gemessenen Werte für zwei Volumendurchsätze ΔVn/Δt vor. Da man davon ausgehen kann, dass die Bestandsdichten (d.h. die Volumina und Massen des auf dem Feld stehenden und von der Erntemaschine aufgenommenen Ernteguts je Flächeneinheit) und die mechanischen Eigenschaften des Ernteguts für alle diese Messungen gleich sind (wg. Schritt 106), liegen anhand der Gleichungen (Gl. 2) bis (GI.3) oder (GL4) Informationen vor, die es ermöglichen, den Korrekturfaktor KF zu ermitteln, der eventuelle (u.a. von mechanischen Eigenschaften des Ernteguts und der Feder 50 abhängige) Nichtlinearitäten im Zusammenhang zwischen dem Signal des Sensors 44 und dem zugehörigen Durchsatz kompensieren kann. Hierbei können optional auch weitere Messgröße, wie Feuchtigkeit des Ernteguts (die durch einen NIR-Sensor gemessen werden kann), und die Dichte ρ des Ernteguts gemessen und bei der Bestimmung des Korrekturwerts oder Korrekturfaktors KF verwendet werden.
Wenn der Feldhäcksler 10 beispielsweise einen Emtegutbestand mit der Massen-Bestandsdichte B (in kg/m² messbar) mit einer Geschwindigkeit vn (in m/s) mit einem Erntevorsatz 20 der Breite w aufnimmt, ist der Massendurchsatz: $Δ m 1 / Δ t = B * w * v 1$
$Δ m 2 / Δ t = B * w * v 2$
$Δ mn/ Δ t = B * w * vn$
während der Massendurchsatz auch anhand des Volumendurchsatzes ΔV/Δt der Gleichungen (3) bis (5) und der Dichte ρ berechnet werden kann: $Δ mn/ Δ t = B * hn * FGn * ρ$
Anhand der Gleichungen (Gl. 7) und (Gl. 8) ist erkennbar, dass (bei idealen Bedingungen, d.h. Proportionalität zwischen h und dem Durchsatz, die aber in Realität nicht vorliegen) angesichts der konstanten Werte für B, w und p gelten müsste: $h proportional zu v/FG$
In den Schritten 110 und 114 sollten, da der Quotient aus v/FG hier relevant ist, möglichst viele unterschiedliche Werte für v und FG gewählt werden, bei denen der Quotient unterschiedlich ist (bzw. gleiche Quotienten aus v und FG vermieden werden).
Anhand der gemessenen Werte von H, v und FG kann somit im Schritt 118 ein Zusammenhang von h und unterschiedlichen Quotienten von v/FG und daraus wiederum der im Schritt 104 und 106 zu verwendende Korrekturfaktor bestimmt werden. Hierzu kann auf beliebige mathematische Verfahren zurückgegriffen werden. So kann z.B. der Wert für h als Funktion von v/FG in einer Tabelle eingetragen und durch Mittelung eine Steigung und ein Versatz ermittelt werden (lineare Funktion), und diese im Schritt 104 und 106 zur Ermittlung des Korrekturfaktors KF dienen (der in dieser Ausführungsform im Schritt 104 und 106 abhängig von v und FG ermittelt wird). Hier sind jedoch beliebige Zusammenhänge und Vorgehensweisen (z.B. auch selbstlemende Systeme, wie neuronale Netzwerke), in denen optional weitere Eingangsparameter neben v und FG, wie beispielsweise die Dichte ρ und/oder die Feuchtigkeit des Ernteguts zur Bestimmung des Korrekturfaktors KF oder eines Korrekturwerts berücksichtigt werden, möglich. So kann es sich bei dem Korrekturwert um ein im Schritt 118 ermitteltes und im Speicher 60 abgelegtes, mehrdimensionales Kennfeld (abhängig von v, FG, ρ und Feuchtigkeit des Ernteguts) handeln, aus dem in den Schritten 104 und 106 der Korrekturfaktor KF für die aktuelle Situation entnommen (ausgelesen) werden kann.
Es sei noch angemerkt, dass die Werte des Sensors 44 durch einen Sensor zur Messung des Antriebsmoments der Fördervorrichtung 24 (dieser würde den Massendurchsatz erfassen) und/oder Signale der Kamera 64 ergänzt oder ersetzt werden können. Die Zusammenhänge zwischen den Signalen sämtlicher hier diskutierten Sensoren können auch durch ein selbstlemendes System (z.B. neuronales Netzwerk) gelernt und bei der Durchsatzermittlung berücksichtigt werden.
Die hier beschriebene Vorgehensweise ermöglicht es im Ergebnis, die durch variierende Emteguteigenschaften und Nichtlinearitäten des Verhaltens des Ernteguts und der Feder 50 beim Verdichten des Ernteguts durch Vorpresswalze 30 entstehenden Fehler anhand des aktuell zu erntenden Ernteguts zu kompensieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19524752 A1 [0003]
DE 102010043854 A1 [0005]
SU 1395955 A1 [0007]
EP 2764764 A1 [0008]
DE 102018213215 A1 [0009]
EP 1266558 A2 [0018]
EP 1327384 A1 [0018]
EP 1738634 A1 [0018]
EP 2266383 A1 [0027]

Claims

Verfahren zur Erfassung eines Durchsatzes einer Erntemaschine (10), mit folgenden Schritten: (a) Identifizieren eines Emtegutbestands mit einer zumindest näherungsweise konstanten Dichte auf einem Feld; (b) Ernten des identifizierten Erntegutbestands durch die mit einer vorgegebenen Vortriebsgeschwindigkeit (v1) fahrende Erntemaschine (10); (c) Messen des Durchsatzes des Erntegutstroms während des Schritts (b) mit einem Sensor (44), der mit dem die Erntemaschine mit einer vorgegebenen Fördergeschwindigkeit (FG1) durchlaufenden Erntegut zusammenwirkt; (d) Wiederholen der Schritte (b) und (c) mit einer anderen Fördergeschwindigkeit (FG2..FGn) und/oder einem anderen Vortriebsgeschwindigkeit (v2..vn); (e) Ermitteln eines Korrekturwerts (KF) oder Korrekturzusammenhangs für den mit dem Sensor (44) gemessenen Durchsatz anhand der in den Schritten (c) und (d) gemessenen Durchsätze (ΔVn/Δt); und (f) Verwenden des in Schritt (e) ermittelten Korrekturwerts (KF) oder Korrekturzusammenhangs bei nachfolgenden Messungen des Durchsatzes durch den Sensor (44) beim Erntevorgang auf dem Feld.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte (a) bis (f) durch eine elektronische Steuereinrichtung (42) kontrolliert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt (a) anhand einer Bedienereingabe in eine Bedienerschnittstelle (58) und/oder einer in einem Speicher (60) abgespeicherten Karte und/oder anhand eines vorausschauenden Sensors (64) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Sensor (44) den Volumendurchsatz erfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Volumendurchsatz im Schritt (f) anhand eines Dichtewerts in einen Massendurchsatz umgerechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Erntemaschine (10) ein Feldhäcksler ist und der Sensor (44) den Abstand zwischen Vorpresswalzen (30, 32) erfasst, zwischen denen das Erntegut hindurchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Durchsatz im Schritt (f) georeferenziert abgespeichert wird und/oder zur Kontrolle eines Überladevorgangs dient und/oder zur Steuerung der Zugabe eines Siliermittels verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Schritten (e) und (f) weitere Ernteguteigenschaften, wie Massendichte (p) und/oder Feuchtigkeit, ermittelt und berücksichtigt werden.
Anordnung zur Erfassung eines Durchsatzes einer Erntemaschine (10), die konfiguriert ist, eines der Verfahren der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Erntemaschine (10) mit einer Anordnung nach Anspruch 8.