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Die vorliegende Erfindung betrifft eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein optisches Messsystem zur Verwendung an einer vorschlagsgemäßen landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine gemäß Anspruch 15.
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Es gibt eine Vielzahl landwirtschaftlicher Arbeitsmaschinen. Dies sind beispielsweise Zugmaschinen, wie Traktoren, Fahrzeuge zum Ausbringen von Gülle und dergleichen und insbesondere die vorliegend im Vordergrund stehenden landwirtschaftlichen Erntemaschinen wie Feldhäcksler und Mähdrescher.
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Bei diesen landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen hat die Messung von Inhaltsstoffen von landwirtschaftlichen Gütern, insbesondere Agrarprodukten, große Bedeutung erlangt. Werden die Inhaltsstoffe der landwirtschaftlichen Güter direkt an der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine gemessen, kann während eines landwirtschaftlichen Arbeitsprozesses bereits auf Änderungen reagiert werden und die lange Wartezeit bei der Nutzung von stationären Laboren entfällt. Bei den landwirtschaftlichen Gütern kann es sich beispielsweise um Mais, Gras, Hülsenfrüchte und Ölfrüchtekörner handeln. Interessante Inhaltsstoffe sind dann beispielsweise ein Feuchtegehalt, Nährstoffe wie beispielsweise Proteine oder Zucker und dergleichen. Zum Messen der Inhaltsstoffe haben sich optische Messsysteme und insbesondere Spektroskope als vorteilhaft erwiesen.
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Bei der Spektroskopie gibt es zwei grundsätzliche Messverfahren. Dies ist einerseits das Transmissionsverfahren und andererseits das Reflexionsverfahren. Bei der Reflexion wird ein landwirtschaftliches Gut durch ein Fenster hindurch mit Licht bestrahlt und das diffus von diesem landwirtschaftlichen Gut reflektierte Licht wird hinter demselben Fenster gemessen. Bei Transmissionsverfahren, die deutlich aufwändiger sind, wird ein Teil des landwirtschaftlichen Guts abgezweigt, gegebenenfalls komprimiert und mit Licht durchstrahlt, um gegenüber der Lichtquelle transmittiertes Licht zu messen. Die so entstehenden Transmissionsspektren sind gegenüber Reflexionsspektren in der Auswertung und Aufnahme häufig vorteilhafter.
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Die bekannte landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (
EP 3 629 006 A1 ), von der die Erfindung ausgeht, weist ein Spektrometer auf, das in einem Transmissionsbetriebsmodus betrieben werden kann, um eine Transmissionsmessung eines landwirtschaftlichen Guts durchzuführen. Generell sind derartige Transmissionsspektrometer und auch Reflexionsspektrometer bekannt. Transmissionsspektrometer benötigen dabei eine dünne Schicht des landwirtschaftlichen Guts, die von Licht durchstrahlt werden kann. Übliche Gutströme, beispielsweise bei Mähdreschern und Feldhäckslern, sind nicht dünn. Deswegen ist es bekannt, Transmissionswege von einem Guttransportweg abzuzweigen und eine dünne Schicht des Gutstroms entlang des Transmissionsweges durch ein Spektrometer zu führen. Problematisch ist allerdings, dass bei manchen landwirtschaftlichen Gütern, beispielsweise feuchtem Mais, der Transmissionsweg verstopfen kann. Dies führt einerseits zu einem hohen Reinigungsaufwand und andererseits zu einem Ausfall der Messung. Da diverse landwirtschaftliche Arbeitsmaschinen jedoch unterschiedliche landwirtschaftliche Güter oder dasselbe Gut mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie Feuchte, verarbeiten, ist ein Transmissionsspektrometer, das im Betrieb regelmäßig ausfällt, unzureichend.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bekannte landwirtschaftliche Arbeitsmaschine derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die Zuverlässigkeit eines optisches Messsystems erhöht wird.
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Das obige Problem wird bei einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Der Erfindung liegt die grundsätzliche Überlegung zugrunde, dass Transmissionsspektrometer bei landwirtschaftlichen Arbeitsmaschinen, bei denen die Transmissionsspektrometer nicht immer oder oft genug einsetzbar sind, regelmäßig gar nicht eingesetzt werden, da die Kosten für zwei unterschiedliche Messsysteme zu hoch sind und gleichzeitig nicht bei manchen landwirtschaftlichen Gütern ganz auf ein Messsystem verzichtet werden soll. Es wurde erkannt, dass es möglich ist, die teuren optischen Komponenten eines Spektrometers oder Teile davon wiederzuverwenden und für das Spektrometer auch einen Reflexionsbetriebsmodus vorzusehen. Dieser Reflexionsbetriebsmodus kann dann als Rückfallmöglichkeit verwendet werden, wenn die Transmissionsmessung nicht möglich oder nicht sinnvoll ist.
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Im Einzelnen wird vorgeschlagen, dass das Spektrometer weiterhin derart an dem Guttransportweg angeordnet ist, dass die Kontrollanordnung in einem Reflexionsbetriebsmodus des optischen Messsystems eine Reflexionsmessung an dem Gutstrom durchführen kann und dass mindestens eine optische Komponente des optischen Messsystems für die Transmissionsmessung und die Reflexionsmessung verwendet wird.
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Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit, zwischen Transmission und Reflexion zu wechseln, bei landwirtschaftlichen Erntemaschinen wie Mähdreschern und Feldhäcksler. Diese Ausgestaltungen sind Gegenstand von Anspruch 2.
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Anspruch 3 betrifft die bevorzugt wiederverwendeten optischen Komponenten, wobei insbesondere der Lichtsensor wesentlich zu den Kosten eines Spektrometers beiträgt, so dass ein optisches Messsystem, das nur einen Lichtsensor aufweist relativ kostengünstig für Reflexions- und Transmissionsmessungen verwendet werden kann.
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Bevorzugt weist das optische Messsystem ein Reflexionsfenster für die Reflexionsmessung und/oder einen Transmissionstunnel für die Transmissionsmessung auf. Entsprechende Ausgestaltungen sind Gegenstand von Anspruch 4. Ein Transmissionstunnel erlaubt, eine qualitativ hochwertige Transmissionsmessung durchzuführen, ist jedoch deutlich verstopfungsanfälliger als ein Reflexionsfenster. Besonders einfach kann die Reflexionsmessung realisiert werden, wenn diese wie im Anspruch 5 vorgeschlagen, am Hauptgutstrom durchgeführt wird.
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Um den Transmissionsweg gegebenenfalls zu verschließen, kann gemäß Anspruch 6 ein Transmissionswegsverschluss vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein Fördersystem zum Fördern der dünnen Schicht des Gutstroms entlang des Transmissionswegs vorgesehen sein. Somit kann der Transmissionsweg vor Verstopfungen geschützt werden, wenn die Transmissionsmessung nicht durchgeführt werden soll.
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Die Ansprüche 7 bis 12 betreffen bevorzugte Ausgestaltungen des optischen Messsystems und seiner optischen Komponenten. Gemäß Anspruch 7 können optische Verschlüsse vorgesehen sein, um zwischen Reflexionsbetriebsmodus und Transmissionsbetriebsmodus umzuschalten. Gemäß Anspruch 8 können die optischen Verschlüsse das Reflexionsfenster und/oder den Transmissionstunnel verschließen. So kann die Absorption von Licht durch Komponenten außerhalb es optischen Messsystems verhindert werden.
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Gemäß Anspruch 9 weist das optische Messsystem vorzugsweise eine Reflexionskammer, insbesondere eine integrierende Sphäre, auf. Diese kann entweder nur der Reflexions- oder nur der Transmissionsmessung zugeordnet sein oder beiden Messungen dienen. Anspruch 10 betrifft dabei die Möglichkeit, zwei integrierende Sphären zu verwenden, die insbesondere gemäß Anspruch 11 auf die Transmissionsmessung und die Reflexionsmessung aufgeteilt sein können. Dabei können optische Verschlüsse vorgesehen sein, die die gesamte Reflexionskammer optisch abtrennen. Gemäß Anspruch 10 kann zwischen den Reflexionskammern ein Verbindungstunnel vorgesehen sein, in dem der Lichtsensor und/oder die Lichtquelle angeordnet sind. Dieser hat gemäß Anspruch 12 vorzugsweise mindestens eine vorgegebene Querschnittsfläche, um so genügend Licht aufzunehmen.
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Anspruch 13 betrifft einen Kalibrationsmodus und bevorzugte Ausgestaltungen seiner Umsetzung. Durch die Kalibration kann sichergestellt werden, dass die Messergebnisse eine hohe Genauigkeit aufweisen.
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Anspruch 14 betrifft die besonders interessante Möglichkeit, eine Verschmutzung des Reflexionsfensters und/oder des Transmissionstunnels zu messen. Dafür kann ein Absorptionsspektrum auf einem optischen Verschluss angebracht sein, das im Testmodus eingebracht wird, um eine definierte Referenz der Absorption zu haben und die Verschmutzung so genau berechnen zu können.
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Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 15, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein optisches Messsystem zur Verwendung an einer vorschlagsgemäßen landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine beansprucht. Auf alle Ausführungen zu der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine darf verwiesen werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
- 1 eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine mit einem an einem Auswurfkrümmer angeordnetem optischen Messsystem,
- 2 eine erste Ausführungsform des optischen Messsystems mit einer integrierenden Sphäre und
- 3 eine zweite Ausführungsform des optischen Messsystems mit zwei integrierenden Sphären.
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Die in 1 dargestellte landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 1 kann jegliche Art von landwirtschaftlicher Arbeitsmaschine 1 sein. Hier und vorzugsweise handelt es sich bei der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 1 um eine Erntemaschine, insbesondere um einen in 1 dargestellten Feldhäcksler oder einen nicht dargestellten Mähdrescher. Die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 1 weist mindestens ein Arbeitsaggregat 2 auf. Sofern die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 1 eine Erntemaschine ist, dient diese zum Abernten und/oder Aufnehmen eines Feldbestands 4. Das Arbeitsaggregat 2 dient zur Verarbeitung von landwirtschaftlichem Gut 3, das insbesondere aus dem Feldbestand 4 gewonnen oder auf diesem verteilt wird.
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Das landwirtschaftliche Gut 3 wird im Betrieb der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 1 in einem Gutstrom 5 entlang eines Guttransportweges 6 durch die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 1 transportiert. Der Guttransportweg 6 kann bei einem Vorsatzgerät 7 zur Aufnahme des Feldbestandes 4, wie in 1 gezeigt, beginnen, kann jedoch auch beispielsweise in einem Tank der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 1 beginnen. Er kann in der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 1 oder, wie hier, insbesondere an einem Auswurf 8 am Ende eines Auswurfkrümmers 9 oder dergleichen der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 1 enden.
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Zur Messung von Inhaltsstoffen des landwirtschaftlichen Guts 3 weist die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 1 eine Kontrollanordnung 10 auf, die ein an dem Guttransportweg 6 angeordnetes optisches Messsystem 11 aufweist. Die Kontrollanordnung 10 weist vorzugsweise eine in der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 1 angeordnete Steuerung, ein Benutzerterminal 12 zur Interaktion mit einem Benutzer B und dergleichen auf.
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Das optische Messsystem 11 weist ein Spektrometer 13, insbesondere ein Nahinfrarot-Spektrometer 13 auf. Derartige Spektrometer 13 sind im landwirtschaftlichen Einsatz bekannt.
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Der in den 2 und 3 dargestellte Guttransportweg 6 weist hier einen Transmissionsweg 14 auf, der in den 2 und 3 als streckenweise vorhandene Abzweigung dargestellt ist, entlang dessen eine dünne Schicht 15 des Gutstroms 5 geführt werden kann. Die in den 2 und 3 dargestellten Größenverhältnisse sind daher nur schematisch zu sehen. In der Realität wird der Transmissionsweg 14 üblicherweise im Vergleich zum Rest des Guttransportweges 6 deutlich kleiner ausfallen.
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Das Spektrometer 13 ist derart an dem Transmissionsweg 14 angeordnet, dass die Kontrollanordnung 10 in einem Transmissionsbetriebsmodus des optischen Messsystems 11 eine Transmissionsmessung an der dünnen Schicht 15 des Gutstroms 5 durchführen kann. Dabei wird die dünne Schicht 15 des Gutstroms 5 von Licht durchstrahlt und das nicht absorbierte Licht wird gemessen. Der Begriff „dünne Schicht“ bezeichnet dabei jede von Licht durchstrahlbare Menge an landwirtschaftlichem Gut 3, unabhängig von der konkreten Ausgestaltung.
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Insbesondere aufgrund eines bekannten Lichtspektrums ohne dünne Schicht 15 und/oder eines bekannten Referenzspektrums diverser Inhaltsstoffe des Guts 3 können so diverse Inhaltsstoffe des Guts 3 bestimmt werden.
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Wesentlich ist nun, dass das Spektrometer 13 derart an dem Guttransportweg 6 angeordnet ist, dass die Kontrollanordnung 10 in einem Reflexionsbetriebsmodus des optischen Messsystems 11 eine Reflexionsmessung an dem Gutstrom 5 durchführen kann und dass mindestens eine optische Komponente des optischen Messsystems 11 für die Transmissionsmessung und die Reflexionsmessung verwendet wird. Sowohl in 2 als auch in 3 werden sowohl eine Lichtquelle 16 als auch ein Lichtsensor 17 sowie zumindest Teile des übrigen optischen Messsystems 11 doppelt verwendet. Grundsätzlich kann aber jegliche Komponente der Doppelnutzung zugeführt werden.
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2d) zeigt hier die Transmissionsmessung und 2e) die Reflexionsmessung.
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Vorzugsweise ist die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 1 ein Mähdrescher oder ein Feldhäcksler. Das landwirtschaftliche Gut 3 kann ein Erntegut und der Gutstrom 5 ein Erntegutstrom sein, wobei insbesondere das Erntegut ein partikuläres Erntegut und der Erntegutstrom ein partikulärer Erntegutstrom sein kann. Beispielsweise bei der Anwendung auf einem Feldhäcksler kann feuchter Mais zu einem Verstopfen des Transmissionsweges 14 führen. Hier kann die Kontrollanordnung 10 das optische Messsystem 11 dann entsprechend, bestenfalls schon vor einem Verstopfen des Transmissionsweges 14, in den Reflexionsbetriebsmodus versetzen und so dennoch Messdaten liefern und das Verstopfen gegebenenfalls verhindern.
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Wie bereits erwähnt ist die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 1 hier und vorzugsweise ein Feldhäcksler oder ein nicht dargestellter Mähdrescher. Die Analyse von Inhaltsstoffen ist besonders bei landwirtschaftlichen Ernteprozessen interessant, da landwirtschaftliche Erntemaschinen eine Vielzahl von verstellbaren Maschinenparametern aufweisen, mittels derer sich eine Qualität eines Ernteguts beeinflussen lässt. Diese Qualität wiederum wird teilweise über die Inhaltsstoffe abgebildet. Durch eine Analyse der Inhaltsstoffe an Bord der landwirtschaftlichen Erntemaschine wird somit eine Korrektur der Maschinenparameter direkt während des Ernteprozesses ermöglicht. Entsprechend kann das landwirtschaftliche Gut 3 hier und vorzugsweise ein Erntegut und der Gutstrom 5 ein Erntegutstrom sein. Vorzugsweise ist das Erntegut dabei ein partikuläres Erntegut und der Erntegutstrom ein partikulärer Erntegutstrom.
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Hier und vorzugsweise werden mittels der Transmissionsmessung Inhaltsstoffe wie Proteine und/oder Kohlenhydrate und/oder Fette und eine Feuchtigkeit des landwirtschaftlichen Guts 3 gemessen. Mit der weniger genauen Reflexionsmessung wird vorzugsweise zumindest eine Feuchtigkeit gemessen und bei den Inhaltsstoffen kann ein Benutzer B beispielsweise gewarnt werden, dass die Messung weniger genau ist.
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Das in den 2 und 3 näher dargestellte optische Messsystem 11 weist hier und vorzugsweise eine Lichtquelle 16 und/oder einen Lichtsensor 17 auf. Vorzugsweise wird die Lichtquelle 16 und/oder der Lichtsensor 17 für die Transmissionsmessung und die Reflexionsmessung verwendet. Vorliegend werden in beiden Ausführungsbeispielen die Lichtquelle 16 und der Lichtsensor 17 für beide Messungen verwendet, wodurch kostengünstig neben der Transmissionsmessung auch eine Reflexionsmessung möglich wird. Es kann vorgesehen sein, dass das optische Messsystem 11 weiterhin einen Lichtblocker 18, hier jeweils zwei Lichtblocker 18, aufweist. Diese verhindern, dass Licht direkt von der Lichtquelle 16 auf den Lichtsensor 17 fällt. Bei der Lichtquelle 16 kann es sich beispielsweise um eine Halogen-Lichtquelle 16 oder eine LED-Lichtquelle 16 handeln. Es ist hier und vorzugsweise so, dass das Spektrometer 13 und somit der Lichtsensor 17 nur eine spektrale Messung ohne Ortsauflösung aufnimmt. Es entsteht dann in örtlicher Dimension nur ein einziger Pixel, während diverse Pixel in Form von unterscheidbaren Wellenlängenbereichen eines Spektrums in spektraler Auflösung vorgesehen sind. Hier und vorzugsweise ist der Lichtsensor 17 ein Lichtsensor 17 auf Siliziumbasis. Alternativ kann auch ein Lichtsensor 17 auf InGaAs-Basis vorgesehen sein.
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Wie in 1 dargestellt, ist das Spektrometer 13 hier und vorzugsweise an einem Auswurfkrümmer 9 der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 1 angeordnet.
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Das optische Messsystem 11 weist hier und vorzugsweise ein Reflexionsfenster 19 auf, das am Guttransportweg 6 angeordnet und durch das die Reflexionsmessung durchgeführt wird. Zusätzlich oder alternativ weist das optische Messsystem 11 einen Transmissionstunnel 20 auf, durch den der Transmissionsweg 14 verläuft und durch den die Transmissionsmessung durchgeführt wird. In 3 sind das Reflexionsfenster 19 und der Transmissionstunnel 20 voneinander getrennt, während diese in 2 nah aneinander liegen. Diese Möglichkeiten werden im Folgenden noch näher erläutert.
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Materialtechnisch können das Reflexionsfenster 19 und/oder der Transmissionstunnel 20, insbesondere vollständig, aus Saphirglas bestehen. Der Transmissionstunnel 20 kann wie in 2 dargestellt von der Lichtquelle 16 durchstrahlt werden und zwischen der Lichtquelle 16 und dem Lichtsensor 17 angeordnet sein. Alternativ können Lichtsensor 17 und Lichtquelle 16 jedoch auch auf der gleichen Seite des Transmissionstunnels 20 angeordnet werden, sofern ausreichend Reflexionsmöglichkeiten für das Licht gegeben sind.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Reflexionsfenster 19 winklig in den Guttransportweg 6 ragt. Dies ist hier nicht dargestellt, führt jedoch zu einem Selbstreinigungseffekt des Reflexionsfensters 19 durch das landwirtschaftliche Gut 3.
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Der Guttransportweg 6 kann einen Hauptguttransportweg 21 aufweisen. Der Gutstrom 5 weist dann einen Hauptgutstrom 22 auf, der entlang des Hauptguttransportweges 21 transportiert wird. Der Hauptguttransportweg 21 und der Transmissionsweg 14 sind gutstromtechnisch miteinander verbunden, wobei der Transmissionsweg 14 vorzugsweise vom Hauptguttransportweg 21 abzweigt und sich hinter dem Transmissionstunnel 20 wieder mit dem Hauptguttransportweg 21 vereint.
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Vorzugsweise ist das optische Messsystem 11 derart am Hauptguttransportweg 21 angeordnet, dass die Lichtreflexionsmessung am Hauptgutstrom 22 durchgeführt werden kann. Bei der Reflexionsmessung wird das Licht vorzugsweise durch das Reflexionsfenster 19 auf den Gutstrom 5 gestrahlt und dort reflektiert. Entsprechend ist die Dicke des Gutstroms 5 dabei nicht von Relevanz. Somit kann auf einfache Art und Weise der Hauptgutstrom 22 für die Reflexionsmessung verwendet werden. Hier und vorzugsweise führt der Hauptgutstrom 22 mindestens 50% des Gutes 3, vorzugsweise mindestens 90%.
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Zum Wechseln zwischen den Transmissionsmodi kann vorgesehen sein, dass die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 1 einen Transmissionswegsverschluss 23, insbesondere eine Klappe, aufweist (2a)). Der Transmissionswegsverschluss 23 ist zum Verschließen und zum Freigeben des Transmissionswegs 14 ansteuerbar. Somit kann der Transmissionsweg 14 auf einfache Art und Weise vor einer Verstopfung geschützt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 1 ein Fördersystem F zum Fördern der dünnen Schicht 15 des Gutstroms 5 entlang des Transmissionsweges 14 aufweisen. Dies ist insbesondere dann hilfreich, wenn eine Abzweigung auf passive Art und Weise schwierig ist. Beispielhafte Fördersysteme F zeigen 2b) und 2c).
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Grundsätzlich könnte der Transmissionsweg 14 auch mit einem Reinigungssystem ausgestaltet sein und das optische Messsystem 11 beispielsweise rein mit den noch zu erläuternden optischen Verschlüssen 24 zwischen dem Reflexionsbetriebsmodus und dem Transmissionsbetriebsmodus umschalten.
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Das optische Messsystem 11 weist hier und vorzugsweise mindestens einen optischen Verschluss 24 auf. Der optische Verschluss 24 weist im Reflexionsbetriebsmodus und im Transmissionsbetriebsmodus unterschiedliche Stellungen auf. Es kann also vorgesehen sein, mittels dieses optischen Verschlusses 24 zwischen den Betriebsmodi umzuschalten. Wie dargestellt, kann auch vorgesehen sein, dass das optische Messsystem 11 mindestens zwei optische Verschlüsse 24 aufweist und dass mindestens einer der optischen Verschlüsse 24 im Reflexionsbetriebsmodus geöffnet und im Transmissionsbetriebsmodus geschlossen und mindestens einer der optischen Verschlüsse 24 im Reflexionsbetriebsmodus geschlossen und im Transmissionsbetriebsmodus geöffnet ist. Ein optischer Verschluss 24 ist dabei ein Verschluss, der die Lichtausbreitung begrenzt und so die Messung beeinflusst.
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Es ist dabei hier und vorzugsweise so, dass einer der optischen Verschlüsse 24 das Reflexionsfenster 19 verschließt und freigibt, und/oder dass einer, vorzugsweise zwei, der optischen Verschlüsse 24 den Transmissionstunnel 20 und vorzugsweise den Transmissionsweg 14 verschließt oder verschließen und freigibt oder freigeben. Die dem Transmissionstunnel 20 zugeordneten optischen Verschlüsse 24 können dabei mit dem Transmissionswegsverschluss 23 koordiniert werden.
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Mit Blick nun zuerst auf 2 ist es hier und vorzugsweise so, dass das optische Messsystem 11 mindestens eine Reflexionskammer 25, insbesondere eine integrierende Sphäre, aufweist. Die Reflexionskammer dient dazu, das Licht zu leiten und/oder zu reflektieren und/oder zu streuen und/oder zu brechen. Die Reflexionskammer 25 kann grundsätzlich spiegelnd oder das Licht diffus brechend ausgestaltet sein. Hier handelt es sich um eine das Licht diffus brechende, integrierende Sphäre, auch Ulbricht-Sphäre genannt. In 2 ist eine derartige Sphäre vorgesehen. Diese weist an einer Seite als Teil ihrer Wand 26 das Reflexionsfenster 19 auf und zusätzlich einen durch sie hindurchführenden Transmissionstunnel 20. Abhängig vom Betriebsmodus wird das Reflexionsfenster 19 verschlossen oder geöffnet. Die optischen Verschlüsse 24 des Transmissionstunnels 20 sind dabei grundsätzlich optional, verbessern jedoch während der Reflexionsmessung die Lichtausbeute, wenn sie vorhanden und geschlossen sind.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Reflexionskammern 25, hier zwei integrierende Sphären, vorgesehen sind. Diese nutzen ebenfalls einen gemeinsamen Lichtsensor 17 und eine gemeinsame Lichtquelle 16, in diesem Fall kann jedoch die gesamte Sphäre mittels eines optischen Verschlusses 24 abgetrennt werden. Entsprechend können die optischen Verschlüsse 24 am Reflexionsfenster 19 und am Transmissionstunnel 20 optional sein. Insbesondere für ein noch zu erläuternden Testmodus können diese jedoch zusätzlich vorteilhaft sein.
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Allgemein ist es nun vorzugsweise so, dass die Reflexionskammer 25 nur der Reflexionsmessung oder nur der Transmissionsmessung oder der Reflexionsmessung und der Transmissionsmessung dient. Vorzugsweise ragt, wie bereits erläutert, der Transmissionstunnel 20 durch die Reflexionskammer 25, insbesondere durch die integrierende Sphäre, hindurch. Zusätzlich oder alternativ kann das Reflexionsfenster 19 Teil einer Wand 26 der Reflexionskammer 25 bilden. Diese Varianten können auch getrennt voneinander jeweils bei einer Sphäre oder einer Reflexionskammer 25 vorliegen.
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Mit Blick auf 3 weist das optische Messsystem 11 vorzugsweise mindestens zwei Reflexionskammern 25, insbesondere mindestens zwei integrierende Sphären, auf. Vorzugsweise weist das optische Messsystem 11 dann eine Verbindungskammer 27, insbesondere einen Verbindungstunnel, auf, die die beiden Reflexionskammern 25 verbindet. Der Lichtsensor 17 und/oder die Lichtquelle 16 können in der Verbindungskammer 27 angeordnet sein. Auch Kombinationen von mehr als zwei Reflexionskammern 25, insbesondere integrierenden Sphären, sind denkbar. Beispielsweise kann eine Reflexionskammer 25 für eine Transmission, eine Reflexionskammer 25 für eine direkte Reflexion und eine Reflexionskammer 25 für eine indirekte Reflexion vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ können mehrere Reflexionskammern 25 für Messungen an verschiedenen Orten in der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 1 vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine Messung vor einer Verarbeitung des Gutes 3 und eine Messung nach einer Verarbeitung des Gutes 3 vorgesehen sein.
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Wie 3 zeigt, kann vorgesehen sein, dass zwischen der Verbindungskammer 27 und mindestens einer, vorzugsweise mindestens zwei, der Reflexionskammern 25, gegebenenfalls jeweils, einer der optischen Verschlüsse 24 angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann eine der Reflexionskammern 25 nur der Transmissionsmessung und eine nur der Reflexionsmessung dienen.
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Hier und vorzugsweise ist im Reflexionsbetriebsmodus und im Transmissionsbetriebsmodus je mindestens einer der an der Verbindungskammer 27 angeordneten optischen Verschlüsse 24 geschlossen und je mindestens einer geöffnet. In 3 ist beispielhaft der optische Verschluss 24 geöffnet, der die Transmissionsmessung ermöglicht.
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Um genügend Licht aufzunehmen, kann vorgesehen sein, dass die Verbindungskammer 27 eine Querschnittsfläche aufweist, die mindestens zweimal, vorzugsweise mindestens fünfmal, so groß ist, wie eine absorbierende Oberfläche einer, insbesondere der größten, der mit dem Verbindungskammer 27 verbundenen Reflexionskammern 25.
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Die absorbierende Oberfläche errechnet sich aus der geometrischen Oberfläche multipliziert mit 1 minus dem mittleren Reflexionsgrad in Prozent. Bei einem mittleren Reflexionsgrad von 95% beträgt die absorbierende Oberfläche beispielsweise 1/20 der geometrischen Oberfläche. Die Querschnittsfläche wird hier und vorzugsweise an der Schnittstelle zwischen der jeweiligen Reflexionskammer 25 und der Verbindungskammer 27 gemessen und bildet die Größe der Öffnung der Reflexionskammer 25 ab, durch die Licht in die Verbindungskammer 27 eintritt.
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Es kann vorgesehen sein, dass optische Messsystem 11 in einem Kalibrationsmodus ein Hellspektrum und/oder ein Dunkelspektrum messen kann. Dafür können in den 2 und 3 beispielsweise jeweils alle optischen Verschlüsse 24 geschlossen werden und für das Hellspektrum kann die Lichtquelle 16 aktiviert werden. Für das Dunkelspektrum wird diese entsprechend deaktiviert. Genauso kann in 3 jedoch auch ein eigenes Hellspektrum und/oder Dunkelspektrum für eine und/oder mehrere Reflexionskammern 25 gemessen werden. Vorzugsweise ist einer, vorzugsweise zwei, der an der Verbindungskammer 27 angeordneten optischen Verschlüsse 24 im Kalibrationsmodus geschlossen. Zusätzlich oder alternativ kann der am Reflexionsfenster 19 angeordnete optische Verschluss 24 und/oder können die am Transmissionstunnel 20 angeordneten optischen Verschlüsse 24 im Kalibrationsmodus geschlossen sein.
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Eine hohe Messgenauigkeit ergibt sich jedoch nicht nur aus einer guten Kalibration, sondern sie hängt auch von einer Verschmutzung des Reflexionsfensters 19 und des Transmissionstunnels 20 ab. Hier und vorzugsweise ist daher vorgesehen, dass das optische Messsystem 11 in einem Testmodus eine Verschmutzung des Reflexionsfensters 19 und/oder des Transmissionstunnels 20 messen kann. Vorzugsweise weist dafür mindestens ein optischer Verschluss 24 ein Absorptionsspektrum 28 auf, das im Testmodus von der Lichtquelle 16 angestrahlt wird. Beispielhaft an 3 kann die Verschmutzung des Transmissionstunnels 20 gemessen werden, wenn der geschlossene optische Verschluss 24 in eine weitere Stellung gebracht wird, in der das Absorptionsspektrum 28 von der Lichtquelle 16 angestrahlt wird. Durch die bekannte, definierte Absorption kann nun der Unterschied in der Absorption gemessen werden, der durch den Transmissionstunnel 20 verursacht wird. Genauso kann stattdessen die Sauberkeit des Reflexionsfensters 19 gemessen werden. Dabei kann das Absorptionsspektrum 28 auf einem dem Reflexionsfenster 19 zugeordneten optischen Verschluss 24 angeordnet sein, sofern dieser auf der Außenseite des Reflexionsfensters 19 angeordnet ist. Die Anordnung in 3 ergibt dabei die Möglichkeit, bei einem Verschluss beider optischer Verschlüsse 24 an der Verbindungskammer 27 eine Funktionstüchtigkeit des optischen Messsystems 11 durchzutesten und so besonders genau Hellspektren und Dunkelspektren zu messen und diese mit Hellspektren und/oder Dunkelspektren abzugleichen, die gemessen werden, wenn mindestens einer der optischen Verschlüsse 24 geöffnet ist. So wird generell eine gute Selbstdiagnose des optischen Messsystems 11 ermöglicht.
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Nach einer weiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein optisches Messsystem 11 zur Verwendung an einer vorschlagsgemäßen landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 1 vorgeschlagen. Das optische Messsystem 11 ist vorzugsweise nachrüstbar an einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 1. Auf alle Ausführungen zu der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 1 darf verwiesen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- landwirtschaftliche Arbeitsmaschine
- 2
- Arbeitsaggregat
- 3
- landwirtschaftliches Gut
- 4
- Feldbestand
- 5
- Gutstrom
- 6
- Guttransportweg
- 7
- Vorsatzgerät
- 8
- Auswurf
- 9
- Auswurfkrümmer
- 10
- Kontrollanordnung
- 11
- optisches Messsystem
- 12
- Benutzerterminal
- B
- Benutzer
- 13
- Spektrometer
- 14
- Transmissionsweg
- 15
- dünne Schicht
- 16
- Lichtquelle
- 17
- Lichtsensor
- 18
- Lichtblocker
- 19
- Reflexionsfenster
- 20
- Transmissionstunnel
- 21
- Hauptguttransportweg
- 22
- Hauptgutstrom
- 23
- Transmissionswegsverschluss
- F
- Fördersystem
- 24
- optischer Verschluss
- 25
- Reflexionskammer
- 26
- Wand
- 27
- Verbindungskammer
- 28
- Absorptionsspektrum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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