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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erfassung der Schärfe und/oder des Abstands von Messern einer Häckseltrommel eines Feldhäckslers, umfassend:
- eine drehbar und antreibbar gelagerte Häckseltrommel, um deren Umfang eine Anzahl an Messern verteilt sind;
- einen Sensor, der konfiguriert ist, mit den Messern zusammenzuwirken, indem er durch die Spitze eines vorbeilaufenden Messers bewirkte Änderungen in einem Magnetfeld erfasst; und
- eine Auswertungseinrichtung, die konfiguriert ist, anhand eines Signals des Sensors einen Ausgangswert hinsichtlich der Schärfe der Messer und/oder des Abstands der Messer vom Sensor bereitzustellen.
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Stand der Technik
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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 Häckseltrommel zugeführt werden, deren um den Umfang und ggf. in axialer Richtung verteilten Messer die Pflanzen im Zusammenwirken mit einer Gegenschneide zerschneiden. Anschließend werden die zerschnittenen Pflanzen oder -teile optional einer Nachzerkleinerungseinrichtung zugeführt und durch eine Nachbeschleunigungseinrichtung in einen Auswurfkrümmer gefördert, der sie auf ein Transportfahrzeug überlädt. Die zerkleinerten Pflanzen dienen üblicherweise als Viehfutter oder zur Biogaserzeugung.
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Obwohl die Messer in der Regel mit einer die eigentliche Schneidkante bildenden Beschichtung aus einem harten Material, wie beispielsweise Wolframkarbid, ausgestattet sind, stumpfen sie während des Erntevorgangs nach und nach ab, sodass von Zeit zu Zeit ein Schleifvorgang vorzunehmen ist. Um bei der Wahl des richtigen Zeitpunkts für einen Schleifvorgang und/oder der zugehörigen Schleifdauer nicht von einer Beurteilung der Schärfe der Messer durch den Bediener abzuhängen, sind im Stand der Technik eine Reihe von Sensoren vorgeschlagen worden, die in der Lage sind, die Schärfe (Radius der Schneidkante) und auch den Abstand zwischen Messern und Gegenschneide zu erkennen, um selbsttätig oder nach Bedienereingabe einen Schleifvorgang und/oder einen Einstellvorgang der Gegenschneide zu veranlassen.
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Derartige Sensoren beruhen insbesondere auf induktiven Prinzipien (vgl.
DE 10 2011 005 317 A1 oder
DE 10 2014 218 408 A1 ) und erfassen durch die vorbeilaufenden Spitzen der Messer bedingte Änderungen in einem statischen Magnetfeld. Diese Sensoren können mit einer einzigen (um den Umfang der Häckseltrommel verteilten) Reihe an Messern oder überlappend mit zwei benachbarten Reihen zusammenwirken oder über die Breite der Häckseltrommel verfahren werden. Zudem sind diese Sensoren auch in der Lage, einzelne Messer zu erkennen, die stumpfer als andere Messer sind oder einen anderen Abstand zur Gegenschneide haben als andere Messer.
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Dem Bediener kann somit über eine Bedienerschnittstelle ein Hinweis gegeben werden, falls einzelne Messer nachzuschleifen, auszutauschen oder nachzustellen sind. Hierbei besteht jedoch das Problem, die Position des jeweiligen Messers in Umfangsrichtung der Häckseltrommel zu identifizieren und dem Bediener anzugeben, damit er nicht alle Messer einer oder mehrerer Reihen durchsehen muss, um das betroffene Messer zu finden.
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Im Stand der Technik erfolgt die Zuordnung der Messwerte des Sensors zum jeweiligen Messer (bei einem Feldhäcksler mit einem Kontaktsensor zur Erfassung der Messerschärfe) anhand einer Messung des Drehwinkels der Häckseltrommel (
EP 2 527 087 A1 ), während die
DE 10 2019 112 968 A1 und
DE 10 2019 125 624 A1 zwar eine Erfassung und Anzeige von Messwerten der jeweiligen Messer beschreiben, aber nicht aufzeigen, wie die Zuordnung erfolgen soll.
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Eine Erfassung des Drehwinkels der Häckseltrommel wäre nicht nur zur Identifizierung einzelner Messer sinnvoll, sondern auch zur Erkennung der Anzahl um den Umfang der Häckseltrommel verteilter Messer, da man hierfür nicht nur die Anzahl von einzelnen Messern zuordenbaren, mit einem Sensor erfassten Impulsen, sondern auch die zugehörige Drehzahl benötigt (vgl.
DE 10 2009 046 821 A1 mit einer Erfassung der von vorbeilaufenden Messern in einer Gegenschneide induzierten mechanischen Schwingungen). Ähnliches gilt für eine Regelung der Vorpresswalzendrehzahl, um eine gewünschte Schnittlänge einzuhalten, wozu man direkt (
DE 196 32 977 A1 ) oder indirekt die Drehzahl der Häckseltrommel erfasst (
DE 102 45 885 A1 ).
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Aufgabe
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Um eine Zuordnung der Messwerte des Schärfensensors zu einzelnen Messern zu ermöglichen, benötigt man somit einen Sensor zur Erfassung des absoluten Drehwinkels der Häckseltrommel, denn ein reiner Drehzahlsensor, wie er in
DE 10 2009 046 821 A1 ,
DE 196 32 977 A1 und
DE 102 45 885 A1 beschrieben wird, der nur einen relativen Wert abgibt, reicht hierzu nicht hin. Ein separater Winkelsensor, wie in er
EP 2 527 087 A1 erwähnt wird, bedeutet jedoch einen größeren Aufwand, denn er ist in unmittelbarer Nähe der Häckseltrommel anzubringen, d.h. an einer Stelle, an der nur wenig Platz zur Verfügung steht und an welcher er durch das Emtegut und daraus austretende Säfte beschädigt werden kann, und durch Kabel mit einer Auswertungseinrichtung zu verbinden ist. Auch wenn ein solcher Drehwinkel- oder Drehzahlsensor vorhanden ist, kann er ausfallen, was dazu führt, dass der Feldhäcksler nicht mehr benutzt werden kann, sondern bis zur Reparatur ausfällt.
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Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird darin gesehen, die besagten Probleme zu vermeiden oder zumindest zu vermindern.
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Lösung
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
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Eine Anordnung zur Erfassung der Schärfe und/oder des Abstands von Messern einer Häckseltrommel eines Feldhäckslers umfasst eine drehbar und antreibbar gelagerte Häckseltrommel, um deren Umfang eine Anzahl an Messern verteilt sind; einen Sensor, der konfiguriert ist, mit den Messern zusammenzuwirken, indem er durch die Spitze eines vorbeilaufenden Messers bewirkte Änderungen in einem Magnetfeld erfasst; und eine Auswertungseinrichtung, die konfiguriert ist, anhand eines Signals des Sensors einen Ausgangswert hinsichtlich der Schärfe der Messer und/oder des Abstands der Messer vom Sensor bereitzustellen. Dieser Ausgangswert kann in an sich bekannter Weise zur Ansteuerung einer Bedienerschnittstelle und/oder zur selbsttätigen Aktivierung einer Schleifeinrichtung und/oder einer Gegenschneideneinstellroutine dienen. An der Häckseltrommel ist zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Messern ein Referenzkörper angeordnet, der beim Vorbeilaufen am Sensor ein nachweisbares Signal des Sensors bewirkt. Die Auswertungseinrichtung ist konfiguriert, das beim Vorbeilaufen des Referenzkörpers am Sensor entstehende Signal zu identifizieren und zur Bestimmung eines Werts hinsichtlich der Drehstellung und/oder Drehzahl der Häckseltrommel zu verwenden.
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Mit anderen Worten dient der Sensor nicht nur dazu, die Schärfe der Messer und/oder deren Abstand vom Sensor (bzw. einem anderen Referenzpunkt, der sich in einem bekannten Abstand vom Sensor befindet, z.B. der der Häckseltrommel zugewandten Kante einer Gegenschneide) zu erfassen, sondern auch zur Messung der Drehzahl und/oder Drehstellung (Drehwinkel in einem absoluten Koordinatensystem) der Häckseltrommel. Hierzu ist wenigstens ein Referenzkörper an der Häckseltrommel angebracht, nämlich im sensitiven Bereich des Sensors zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Messern. Der Referenzkörper ist durch den Sensor nachweisbar, d.h. aus einem geeigneten - insbesondere ferromagnetischem- Material hergestellt und erzeugt, wenn er am Sensor vorbeiläuft, analog zu den Messern ein Signal im Sensor. Die Amplitude des vom Referenzkörper erzeugten Signals wird in der Regel kleiner als das von einem Messer erzeugte Signal sein und das Signal wird auch eine andere, insbesondere längere, Zeitdauer umfassen, ist aber durch die Auswertungseinrichtung erkennbar. Letztere ist somit eingerichtet, anhand des beim Vorbeilaufen des Referenzkörpers im Sensor erzeugte Signal nachzuweisen und darauf basierend einen Wert hinsichtlich der Drehzahl und/oder des Drehwinkels der Häckseltrommel zu erzeugen. Auf diese Weise vermeidet man die erwähnten Nachteile und erspart sich einen separaten Sensor zur Erfassung der Drehzahl und/oder des Drehwinkels der Häckseltrommel.
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Die Auswertungseinrichtung kann konfiguriert sein, anhand des identifizierten Werts für die Drehstellung der Häckseltrommel den Ausgangswert einzelnen Messern zuzuordnen. Hierzu kann die Auswertungseinrichtung anhand der Drehstellung und des Ausgangswertes eine den einzelnen Messern zugeordnete Anzeige hinsichtlich der Schärfe und/oder Abstands zum Sensor und/oder aus diesem Anzeigewert abgeleitete Hinweise für einen Bediener auf einer Bedienerschnittstelle bereitstellen. Der Bediener kann somit beispielsweise darauf hingewiesen werden, ein Messer auszutauschen, das wesentlich stumpfer als die anderen Messer ist, oder falls sich seine Spitze wesentlich weiter außen oder innen befindet als die Spitzen der anderen Messer, das Messer nachzustellen. Hierbei ist eine eindeutige Kennzeichnung des Messers möglich, z.B. anhand der Position des Messers in (oder gegen) der Drehrichtung, gezählt vom Referenzkörper an. Der Bediener muss somit nicht mehr lange danach suchen, welches Messer zu warten ist, sondern findet es schnell und unproblematisch. Auch kann die identifizierte Drehzahl der Häckseltrommel auf der Bedienerschnittstelle angezeigt werden.
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Weiterhin kann die Auswertungseinrichtung konfiguriert sein, anhand des Werts der identifizierten Drehzahl und des Signals des Sensors die Anzahl der um den Umfang der Häckseltrommel verteilten Messer zu identifizieren. Anhand der identifizierten Anzahl der Messer kann die Auswertungseinrichtung die Anzeige konfigurieren, d.h. Messwerte hinsichtlich Schärfe und/oder Abstand für genau die Anzahl an Messern anzeigen, die gemäß der Messung auch vorhanden sind. Auch kann die Auswertungseinrichtung den Wert der Drehzahl und die identifizierte Anzahl der Messer einer Schnittlängenkontrolle zuführen und die von der Auswertungseinrichtung ermittelte Drehzahl der Häckseltrommel als einziger Drehzahlsensor oder nötigenfalls als Rückfallsensor (analog zur Vorgehensweise nach
DE 102 45 885 A1 ) für den Fall eines Ausfalls eines anderen Drehzahlsensors zur Erfassung der Drehzahl der Häckseltrommel zur Ansteuerung der Schnittlängenkontrolle dienen.
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Der Sensor kann in an sich bekannter Weise als induktiver Sensor ausgeführt sein und einen Elektro- oder Permanentmagneten zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds und einen im durch die vorbeilaufenden Schneidkanten der Messer und den Referenzkörper beeinflussten Magnetfeld angeordneten Magnetfeldsensor umfassen, der ein der Auswertungseinrichtung zugeführtes Signal ausgibt. Der Sensor kann einer oder mehreren Reihen von Messern zugeordnet sein.
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Ausführungsbeispiel
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In den Zeichnungen ist ein nachfolgend näher beschriebenes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
- 1 einen Feldhäcksler in Seitenansicht und in schematischer Darstellung, und
- 2 eine perspektivische Ansicht der Häckseltrommel des Feldhäckslers mit einer Anordnung zur Erfassung der Schärfe und/oder des Abstands von Messern.
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Ein in der 1 gezeigter, selbstfahrender Feldhäcksler 10 baut sich auf einem Rahmen 12 auf, der von vorderen und rückwärtigen Rädern 14 und 16 getragen wird. Die Bedienung des Feldhäckslers 10 erfolgt von einer Fahrerkabine 18 aus, von der aus eine Emtegutaufnahmevorrichtung 20 in Form einer Pickup einsehbar ist. Mittels der Emtegutaufnahmevorrichtung 20 vom Boden aufgenommenes Gut, z. B. Gras oder dergleichen, wird einer mit Messern 40 besetzten Häckseltrommel 22 zugeführt, die es im Zusammenwirken mit einer Gegenschneide 38 in kleine Stücke häckselt und es einer Fördervorrichtung 24 aufgibt. Das Gut verlässt die Erntemaschine 10 zu einem nebenher fahrenden Anhänger über einen positionsverstellbaren Auswurfkrümmer 26. Zwischen der Häckseltrommel 22 und der Fördervorrichtung 24 befindet sich eine Nachzerkleinerungsvorrichtung 28 zum Anschlagen im Emtegut enthaltener Körner für die Maisernte, durch die das zu fördernde Gut der Fördervorrichtung 24 tangential zugeführt wird. Zwischen der Emtegutaufnahmevorrichtung 20 und der Häckseltrommel 22 wird das Gut durch untere Vorpresswalzen 30, 32 und obere Vorpresswalzen 34, 36 transportiert. Die Messer 40 können mittels einer Schleifeinrichtung 58 geschärft werden.
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Die
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Häckseltrommel 22. Sie umfasst eine im Rahmen 12 drehbar abgestützte Welle 44, auf der Stützscheiben 46 montiert sind, um deren Umfang die Messer 40 verteilt sind. Die Messer 40 sind an Messerhaltern 48 angeschraubt, die wie hier dargestellt, an den Stützscheiben 46 angeschraubt sind. Die Messerhalter 48 könnten aber auch in an sich bekannter Weise auf einem separaten Trommelmantel (nicht gezeigt) aufgeschweißt sein. Es ist erkennbar, dass jeweils zwölf Messer 40 in jeweils einer einzigen Reihe um den Umfang der Häckseltrommel 22 verteilt sind, und dass die Häckseltrommel 22 insgesamt vier Reihen von jeweils zwölf Messern 40 umfasst. Die Messer 40 benachbarter Reihen sind in Umfangsrichtung zueinander jeweils versetzt, sodass sie jeweils nacheinander mit der Gegenschneide 38 zusammenwirken. In
2 sind die Schneidkanten der Messer 40 axial orientiert, was zu einem hackenden Schnitt des Ernteguts im Zusammenwirken mit der Gegenschneide 38 führt, obwohl die Schneidkanten der Messer 40 in an sich bekannter Weise auch in einem Winkel zur Gegenschneide 38 orientiert sein könnten, um einen ziehenden Schnitt zu erzielen (s.
DE 44 18 697 A1 ).
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Zur Erfassung der Schärfe der Schneidkanten der Messer 40 und ihrem Abstand von der Gegenschneide 38 sind an der Gegenschneide 38 zwei Sensoren 42 angebracht oder darin eingelassen. Die Sensoren 42 haben jeweils einen sensitiven Bereich, der sich über die Messer 40 zweier Reihen erstreckt, d.h. wirken mit den inneren Endbereichen der Messer 40 der äußeren Reihen und den äußeren Endbereichen der Messer 40 der inneren Reihen zusammen.
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Bei einer anderen Ausführungsform können die Sensoren 42 jedoch nurje einer Reihe zugeordnet sein (dann könnten vier Sensoren 42 entlang der Gegenschneide 38 bereitgestellt werden) oder es wird nur ein einziger Sensor 42 verwendet, der einer einzigen Reihe an Messern 40 zugeordnet ist oder über die Breite der Häckseltrommel 22 verfahren wird, indem er beispielsweise an einem Schlitten der Schleifeinrichtung 58 angebracht wird.
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Die Sensoren 42 arbeiten, wie an sich hinreichend bekannt, auf induktive Weise und umfassen einen Permanentmagneten und einen Magnetfeldsensor (z.B. Induktionsspule, Hallsensor oder Magnetowiderstandssensor), der ein Signal ausgibt. Dieses Signal ändert sich, wenn die (ferromagnetische) Schneidkante des Messers 40 am Sensor 42 vorbeiläuft. Anhand des zeitlichen Verlaufs des Signals, z.B. der Höhe und Länge eines Impulses beim Vorbeilaufen eines Messers 40, errechnet eine Auswertungseinrichtung 50 einen Ausgangswert hinsichtlich der Schärfe der Messer 40 und/oder des Abstands der Messer 40 vom Sensor 42 bzw. von der Gegenschneide 38, angesichts einer bekannten Positionierung des Sensors 42 gegenüber der Gegenschneide 38. Zu Einzelheiten der Sensoren und Auswertung der Signale sei auf die Offenbarungen der
DE 10 2011 005 317 B4 und
DE 10 2014 218 408 A1 und der dort zitierten Dokumente verwiesen, die durch Verweis mit in die vorliegenden Unterlagen aufgenommen werden.
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Die Auswertungseinrichtung 50 ist mit einer Bedienerschnittstelle 52 mit einer Anzeigeeinrichtung verbunden, auf welcher die Ausgangswerte hinsichtlich der Schärfe der Messer 40 und/oder des Abstands der Messer 40 von der Gegenschneide 38 separat für jedes Messer 40 angezeigt werden können. Zudem kann die Auswertungseinrichtung 50 auf der Anzeigeeinrichtung der Bedienerschnittstelle 52 anzeigen, wenn es sinnvoll erscheint, an einem Messer 40 Wartungsarbeiten vorzunehmen, insbesondere falls es sehr stumpf und somit auszutauschen ist oder einen übermäßig hohen Abstand von der Gegenschneide 38 aufweist und somit neu zu positionieren ist (vgl.
EP 3 354 126 A1 ).
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Um nun die einzelnen Ausgangswerte hinsichtlich Schärfe und Abstand konkreten Messern 40 zuordnen zu können, ohne einen separaten Sensor zur Erfassung des Drehwinkels der Häckseltrommel 22 zu benötigen, sind an der Häckseltrommel 22 jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Messern 40 zwei Referenzkörper 54 angebracht. Die Referenzkörper 54 sind aus ferromagnetischem Material und innerhalb des sensitiven Bereichs je eines der Sensoren 42 angeordnet und können somit von den Sensoren 42 nachgewiesen werden. Die Form des Referenzkörpers 54 ist grundsätzlich beliebig, solange sie sich von einer Schneidkante eines Messers 40 in einer durch den Sensor 42 und die Auswertungseinrichtung 50 unterscheidbaren Weise unterscheidet. So kann der Referenzkörper 54 beispielsweise zylindrisch sein.
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Wenn somit ein Referenzkörper 54 bei rotierender Häckseltrommel 22 an einem Sensor 42 vorbeiläuft, gibt der Magnetfeldsensor des betroffenen Sensors 42 ein Signal ab, das sich hinsichtlich Breite und/oder Höhe von dem Signal unterscheidet, das eine vorbeilaufende Schneidkante eines Messers 40 erzeugt. Insbesondere wird das Signal eine kleinere Amplitude und eine größere zeitliche Länge aufweisen als jenes der Schneidkante. Der Magnetfeldsensor des Sensors 42 erzeugt somit auch Signale, die es der Auswertungseinrichtung 50 ermöglichen, den Zeitpunkt des Vorbeilaufens des Referenzkörpers 54 zu detektieren und in zeitliche Beziehung zu den Signalen zu setzen, die beim Vorbeilaufen der Schneidkanten der Messer 40 entstehen. Bei bekannter Drehrichtung der Häckseltrommel 22 kann somit den Ausgangswerten hinsichtlich der Schärfe und des Abstands der einzelnen Messer 40 auch die Position des einzelnen Messers 40 gegenüber dem Referenzkörper 54 zugeordnet werden. Somit kann dem ersten Messer 40 der ersten Reihe ein konkreter Wert für Schärfe und Abstand zugeordnet und auf der Anzeige der Bedienerschnittstelle 52 angezeigt werden, was analog für alle anderen Messer 40 gilt. Zudem kann nötigenfalls dem Bediener angezeigt werden, dass das n. Messer der m. Reihe einer Wartung bedarf.
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Die auf dem Referenzkörper 54 basierenden Signale können von der Auswertungseinrichtung 42 auch zur Ermittlung der Drehzahl der Häckseltrommel 22 verwendet werden. Diese Drehzahl kann zur Einstellung bzw. Regelung der Drehzahl der Vorpresswalzen 30 bis 36 dienen, und anhand der Drehzahl und der beim Vorbeilaufen der Schneidkanten der Messer vom Sensor 42 abgegebenen Signale kann die Anzahl der um den Umfang der Häckseltrommel 22 verteilten Messer 40 ermittelt werden. Diese Anzahl dient einerseits zur Steuerung der Anzeige (denn es werden die Ausgangswerte für die ermittelte Anzahl der Messer 40 angezeigt) und andererseits auch zur Kontrolle der Schnittlänge, indem sie einer Schnittlängenkontrolle eine Information hinsichtlich dieser Anzahl zuführt, analog zur Vorgehensweise nach
DE 10 2009 046 821 A1 .
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011005317 A1 [0004]
- DE 102014218408 A1 [0004, 0021]
- EP 2527087 A1 [0006, 0008]
- DE 102019112968 A1 [0006]
- DE 102019125624 A1 [0006]
- DE 102009046821 A1 [0007, 0008, 0025]
- DE 19632977 A1 [0007, 0008]
- DE 10245885 A1 [0007, 0008, 0014]
- DE 4418697 A1 [0018]
- DE 102011005317 B4 [0021]
- EP 3354126 A1 [0022]
