DE102022101431B3

DE102022101431B3 - Verfahren zum Ernten von faserhaltigen Pflanzen und Gewinnen der enthaltenen Fasern sowie hierfür geeignete Erntemaschine

Info

Publication number: DE102022101431B3
Application number: DE102022101431.2A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: STECHL, UTA, DE
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2023-07-06
Anticipated expiration: 2042-01-22

Abstract

Um die im Bast-Mantel befindlichen Fasern (203) z.B. einer Hanf-Pflanze (200) zu gewinnen, werden mittels einer Erntemaschine (100) die Stängel (201) - insbesondere nach bereits erfolgter Entfernung der Pflanzen-Spitzen durch ein oberes Schneidmodul (102b) - zunächst hinsichtlich ihres Querschnittes gebrochen, um den Zusammenhalt zwischen Schäben (201b) und Fasern (203) zu lösen und anschließend die Schäben 201 b) von den Fasern (203) entfernt durch Abbürsten, Abschaben und/oder Wegblasen der Schäben (201b), woraufhin die Fasern (203) zu Ballen (300) gewickelt werden können für den leichteren Abtransport vom Feld.

Description

I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft die Ernte und die ersten Verarbeitungsschritte zur Gewinnung der Fasern einer faserhaltigen Pflanze, insbesondere der Hanf-Pflanze.
II. Technischer Hintergrund
Die Hanfpflanze, die im ausgewachsenen Zustand in Form von 2 - 4 m hohen stangenartigen Gewächsen vorliegt, wird seit Jahrhunderten kultiviert und auch heute noch für unterschiedliche Zwecke angebaut.
Dabei werden beispielsweise aus dem Grünanteil die darin enthaltenen, sehr langen Fasern benutzt, um daraus Gewebe, etwa für Bekleidungsstücke, Säcke oder Seile herzustellen oder auch um aus diesen Fasern Formteile herzustellen, zum Beispiel Türverkleidungen für die Automobilindustrie, Isolierungen für Gebäude und Ähnliches.
Die Blätter sind entlang des Stängels verteilt. Unter den obersten Blättern, den Kronblättern, sind die Blüten angeordnet, an denen sich nach dem Verblühen umgeben von den Kelchblättern und/oder auf dem Blütenboden das Samenkorn bildet.
Je nachdem, ob die Blüten oder Samen wegen ihrer Inhaltsstoffe oder die Fasern aus den Stängeln gewonnen werden sollen, erfolgt die Ernte der Hanfpflanzen in unterschiedlichen Reife-Zuständen.
Um die Hanf-Fasern zu gewinnen, war bisher ein hoher manueller Arbeitsaufwand erforderlich. Denn die Fasern befinden sich im Bast-Mantel des hohlen, rohrförmigen Stängels, sind von Bast umgeben und gegeneinander fixiert, und der innere Hohlraum des Stängels ist zusätzlich mit einem brüchigen Schaumholz, den sogenannten Schäben, gefüllt, das ebenfalls an den Fasern haftet.
Deshalb wurden bisher die gesamten Hanfpflanzen knapp über dem Boden abgeschnitten, zu Garben gebunden und dann meist längere Zeit auf den Feldern stehen gelassen, wodurch der Bast sich zumindest teilweise löst und/oder abbaut, beispielsweise durch Fermentieren, und vor allem seine Verbindung zu den Fasern sich lockert, ebenso wie die Verbindung der Schäben zu den Fasern.
Anschließend wurden die Garben manuell auf Transportmittel aufgeladen und vom Feld zu einer Verarbeitungsstelle transportiert, wo dann mit mechanischen als auch chemisch-biologischen Verfahren die Fasern aus dem Bast-Mantel der Stängel herausgelöst wurden, beispielsweise zunächst durch Aufbrechen des Querschnittes des Bast-Mantels in größere, von Bast zusammengehaltene Faser-Stränge mit einer Vielzahl von Fasern und dann weitere Separierung bis zu den einzelnen Fasern.
Aus der US 5 632 135 A ist eine Erntemaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Die DE 60 2005 002 028 T2 , die FR 3 066 881 A1 sowie die FR 1 322 981 A zeigen weiterab liegende Erntemaschinen.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Erntemaschine und entsprechende Verfahrensschritte zur Verfügung zu stellen, sodass zumindest die ersten Verfahrensschritte der Fasergewinnung bereits während des Erntevorganges in der Erntemaschine stattfinden.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 15 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hinsichtlich der Erntemaschine wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass diese neben einem Schneidmodul mit einer unteren Schneideinheit zum Abtrennen der Stängel knapp über dem Boden und einem Einzugsmodul zum Einziehen der Stängel in die Erntemaschine, beispielsweise mithilfe einer Haspel und/oder einem Schrägförderer, bereits ein Brechmodul zum Brechen der Stängel aufweist sowie ein Trennmodul zum Trennen der, meist Bast-umhüllten und gegenseitig mittels Bast verklebten, Fasern von den Schäben.
Das Brechen der Stängel, vorzugsweise deren Querschnitt, bei dem vor allem auch die spröden Schäben gebrochen werden sollen, erfolgt durch Biegen um eine quer zur Längsrichtung der Stängel liegende Biegeachse, wobei die Längsrichtung der Stängel meist auch die Durchlaufrichtung der Stängel durch die Erntemaschine ist.
Vorzugsweise sind in der Erntemaschine mehrere Brechmodule vorhanden, die jedoch von den Stängeln nicht unbedingt hintereinander durchlaufen werden, sondern die parallel arbeiten, sodass ein Teil der - meist in geschindelten Lagen in der Maschine ankommenden - Stängel in das eine Brechmodul und ein anderer Teil in das andere Brechmodul geleitet wird.
Dementsprechend ist meist ein Verteilmodul zwischen dem Einzugsmodul und den Brechmodulen vorhanden zum Verteilen der Stängel auf die mehreren Brechmodule.
Ferner kann das Schneidmodul zusätzlich zu der unteren Schneideinheit auch eine obere Schneideinheit aufweisen, die in einer solchen Höhe angeordnet ist, dass die Pflanzen-Spitzen - in denen die Stängel sehr dünn sind und sich die Kronblätter mit den Blüten befinden - separat abgetrennt und entweder einem Vorratsbehälter der Erntemaschine gesammelt oder unmittelbar nach Abtrennen neben der Erntemaschine auf das Feld oder ein Begleitfahrzeug abgeworfen werden.
Das Brechmodul besteht z.B. aus einem oder mehreren in Förderrichtung/Durchlaufrichtung hintereinander angeordneten Paaren von jeweils zusammenwirkenden, antreibbaren Brechwalzen, die insbesondere Erhebungen und/oder Vertiefungen, beispielsweise in Form von in axialer Richtung verlaufenden Wülsten oder Rinnen, auf ihrer Oberfläche aufweisen.
Vorzugsweise ist der freie Abstand zwischen den zusammenwirkenden Brechwalzen dabei kleiner als der Durchmesser der zu brechenden Stängel, sodass die Stängel hinsichtlich ihres Querschnittes zusammengedrückt und dadurch gebrochen werden.
Das Brechen kann jedoch auch dadurch erfolgen, dass die Stängel hintereinander um einen Umfang einer einzelnen Umlenkstange oder Umlenkwalze, die drehbar und insbesondere antreibbar ist, so herumgeführt werden, dass der Biegeradius, den der Stängel dabei läuft, so gering ist, dass er die Elastizität des Stängels überfordert und der Stängel dadurch bricht.
Dabei muss das Herumführen um einen ausreichend großen Umfangsbereich erfolgen, beispielsweise um mindestens 40°, besser um mindestens 90°.
Vorzugsweise sind zu diesem Zweck die Umlenkwalze in Durchlaufrichtung quer zur Durchlaufrichtung versetzt zueinander angeordnet, um dieses Brechen zu bewirken.
Dabei können die Rotationsachse von in Durchlaufrichtung hintereinander angeordneten Umlenkwalze auch in Durchlaufrichtung betrachtet im Winkel zueinander stehenden, um ein Brechen um unterschiedlich angeordnete Biegeachsen zu bewirken.
Erfindungsgemäss besteht das Brechmodul aus einem Schlagwerk, bei dem Schlegel quer zu ihrer Längserstreckung auf die Stängel geschlagen werden.
Beispielsweise können an einer Schlegel-Welle, die rotierbar um eine Querachse der Erntemaschinen angeordnet ist, im Abstand zur Rotationsachse Schlegel, insbesondere gelenkig, befestigt sein, die bei jeder Umdrehung auf den Stängeln auftreffen, die beispielsweise auf einer Schlegel-Platte als Stützplatte liegen.
Die Schlegelplatte kann sich dabei um den unteren Umfangsbereich der Schlegel-Welle herum erstrecken, z.B. koaxial zur Schlegelwelle als Teil-Trommel oder vollständige Trommel, und ist vorzugsweise gelocht, sodass dabei gelöste Bestandteile wie etwa Stücke von Schäben und Staub, durchfallen und abgeführt werden können.
Die Schlegel sind im Auftreff-Bereich vorzugsweise gerundet, und/oder bestehen vorzugsweise aus Kunststoff wie etwa Gummi, um die Fasern im Bast-Mantel zu schonen.
Alle drei Methoden können auch kombiniert werden, etwa indem einerseits Paare von Brechwalzen so dimensioniert und in einem solchen Abstand angeordnet werden, dass der Querschnitt der Stängel dadurch flachgedrückt wird, und andererseits mehrere aufeinanderfolgende Paare von Brechwalzen quer zur Durchlaufrichtung versetzt angeordnet werden um den gewünschten kleinen Biegeradius für die Stängel beim Hindurchführen zu bewirken.
Vorzugsweise sollen in beiden Fällen die Biegeradien, die die Stängel bewältigen müssen, in Durchlaufrichtung durch das Brechmodul zunehmend kleiner werden.
Das Verteilermodul kann so ausgebildet sein, dass es Leitbleche aufweist, die die einzelnen Lagen des geschindelten Stängel-Teppichs aufnehmen und zu einem entsprechenden Brechmodul leiten.
Stattdessen und/oder zusätzlich kann das Verteilermodul auch eine in Querrichtung verlaufende, oberhalb des Stängel-Teppichs angeordnete Verteiler-Welle aufweisen, von der beispielsweise entlang einer Mantellinie oder auch auf mehrere Mantellinien verteilt, etwa spiralig um den Mantel herum angeordnet, mindestens ein Greifelement radial vorsteht, beispielsweise eine Greifleiste.
Die Verteiler-Welle ist dann in einem solchen Abstand oberhalb des Stängel-Teppichs angeordnet, dass bei einer Drehrichtung, in der sich die Greifelemente in der unteren Hälfte ihres Umlaufs um die Verteiler-Welle entgegen der Durchlaufrichtung bewegen, unter die vorderen Enden der herangeförderten Stängel greifen und diese anheben über die Verteiler-Welle hinweg in die Zufuhröffnung eines in dieser Höhe angeordneten Brechmoduls, während die nicht abgeleiteten Stängel in die Zufuhröffnung eines tiefer, insbesondere darunter, angeordneten anderen Brechmoduls eingeführt werden.
Das Trenn-Modul zum Abtrennen der Schäben von den Fasern kann unterschiedlich gestaltet sein und die im folgenden aufgeführten Elemente einzeln, mehrfach oder in Kombination zueinander aufweisen, nämlich

- eine rotierende antreibbare Bürste zum Abbürsten der Bruchstücke der Schäben von den, meist Bast-ummantelten, Fasersträngen,
- ein Gebläse zum Wegblasen der Bruchstücke der Schäben von den Fasern bzw. Fasersträngen,
- einen Schaber zum Abschaben der Schäben, insbesondere deren Bruchstücke, von den Fasern oder Fasersträngen,
- eine Umlenkwalze zum Umlenken der Fasern, die vorzugsweise so angeordnet ist, dass die Fasern bzw. Fasersträngen zu über die Umlenkwalze laufen, dass die Schäben sich auf der von der Umlenkwalze abgewandten Seite der Fasern bzw. des Faserstranges befinden und mangels Biegsamkeit sich weitestgehend von den Fasern ablösen,
- einen Rüttler, um die Schäben mittels mechanischer Vibrationen von den Fasern zu lösen,

Die Fasern werden nach dem Separieren entweder in einem Vorratsbehälter der Erntemaschine lose durcheinanderliegend gesammelt, dann aber meist bereits zerhäckselt in gegenüber der gesamten Faserlänge kürzere Faser-Abschnitte.
Wenn die Fasern jedoch in ihrer ursprünglichen Länge belassen werden vorzugsweise sollen, werden die separierten Fasern oder Faser-Stränge vorzugsweise bereits in der Erntemaschine auf dort vorhandene Spulen aufgewickelt und als Ballen aus der Erntemaschine auf dem Feld abgelegt oder direkt an ein Begleitfahrzeug übergeben.
Vorzugsweise werden die Fasern dabei auf Spulen, insbesondere hohle Spulen, als Wickelkerne aufgewickelt, durch die hindurch über entsprechende Durchgangs-Öffnungen im Mantel Trocknungsluft und/oder ein Fermenstations-Starter in die Ballen eingebracht werden kann in späteren Verfahrensschritten, meist außerhalb der Erntemaschine .
Die beim Ernten und Gewinnen der Fasern anfallenden Reste, insbesondere die abgetrennten Stängel-Spitzen und/oder Blätter und/oder Schäben werden entweder jeweils in einem - vorzugsweise für die einzelnen Reste getrennten - Vorratsbehälter der Erntemaschine zwischengelagert und/oder direkt auf das Feld abgeworfen.
Hinsichtlich des Verfahrens zum Ernten der Stängel und Separieren des Bast-Mantels, insbesondere der meist noch Bast-umhüllten Fasern aus den Stängeln wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass nach dem bodennahen Abschneiden der Pflanzen deren Stängel, insbesondere hinsichtlich ihres Querschnittes, gebrochen oder geknickt werden und die Fasern von den übrigen Bestandteilen der Pflanze, insbesondere den Schäben, getrennt werden und separat gelagert werden, insbesondere durch Aufwickeln der Fasern oder Faser-Strängen zu Ballen.
Das Brechen der Stängel erfolgt z.B. durch Biegen um eine quer zu deren Längsrichtung verlaufende Biegeachse mit einem so kleinen Biegeradius, dass dies die Elastizität des Stängels überfordert und er bricht.
Alternativ und/oder zusätzlich können die Stängel gebrochen werden durch Zusammendrücken ihres Querschnittes und dadurch Brechen vor allem des rohrförmigen Bast-Mantels, in dem sich die Fasern befinden, aber auch der in dem Innenraum des hohlen Bast-Mantels befindlichen Schäben.
Anschließend werden die Fasern von den Schäben getrennt, und zwar

- entweder durch Ablösen der Schäben von den meist noch vom Bast zusammengehaltenen Fasern und/oder
- durch das Abschaben der Schäben von den Fasern oder Fasersträngen und/oder
- durch Wegblasen der Schäben von den Bruchstücken des Faser-Mantels, und damit von den Fasern.

c) Ausführungsbeispiele
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

1a: eine selbstfahrende Erntemaschine in der Seitenansicht in Prinzip-Darstellung mit bereits geernteten Stängeln,
1b: die Erntemaschine gemäß 1a in der Aufsicht von oben ohne Stängel,
2a: eine andere Bauform der selbstfahrenden Erntemaschine in der Seitenansicht in Prinzip-Darstellung,
2b: Erntemaschine gemäß 2a in der Aufsicht von oben,
3a: eine erste Bauform eines Brechmoduls in der Seitenansicht,
3b: einen ungebrochenen Stängel im Querschnitt,
3c: einen gebrochenen Stängel im Querschnitt,
3d: eine zweite Bauform eines Brechmoduls in der Seitenansicht,
4: ein Trennmodul in der Seitenansicht,
5a - c: ein Verteilmodul in der Seitenansicht in unterschiedlichen Funktionszuständen,
5a1: die Verteilwelle des Verteilmoduls separat in der Aufsicht.

Die 1a, 1b sowie 2a, 2b zeigen leicht unterschiedliche Bauformen von erfindungsgemäßen Erntemaschinen 100 in der Seitenansicht als auch z.T. aufgeschnitten in der Aufsicht von oben.
Eine solche selbstfahrenden Erntemaschine 100 kann Komponenten eines handelsüblichen Mähdreschers für z.B. Getreide aufweisen, insbesondere ein Chassis 110 mit in diesem Fall vier Rädern 101, von denen mindestens zwei angetrieben sind, und welches den gesamten weiteren Aufbau der Erntemaschine 100 trägt.
Dieser Aufbau umfasst zum einen die Fahrerkabine 109 hoch liegend im vorderen Bereich des Aufbaus, in der der Fahrer sitzt und freie Sicht nach vorn vor allem auf das Schneidwerk 102 mit der unteren Schneideinheit 102a am vorderen Ende des Einzugstisches 41 für die abgeschnittenen Pflanzen 200 hat.
Der Einzugstisch 41 erstreckt sich vom Chassis 110 von einer Höhe unterhalb der Fahrerkabine 109 aus schräg nach vorne unten, sodass mit der unteren Schneideinheit 102a die Stängel 201 der Pflanzen 200 knapp über dem Untergrund U abgetrennt werden können und auf den Einzugstisch 41 des Einzugsmoduls 40 fallen - also auf die Erntemaschine 100 zu und entgegen dessen Fahrtrichtung umfallen - unterstützt von einer bekannten Haspel 103, die die oberen Enden der Stängel 201 erfasst und in Richtung Erntemaschine 100 umbiegt, noch bevor diese Stängel 201 am unteren Ende vom Schneidwerk 102 abgetrennt sind.
Dementsprechend liegen danach die Stängel 201 in in Fahrtrichtung geschindelten, mehreren Lagen auf dem Einzugstisch 41 - wie am besten in den 5a bis 5c zu erkennen - und werden von einer Fördervorrichtung des Einzugstisches 41 der beispielsweise als Bandförderer mit einem endlosen, umlaufenden Förderband ausgebildet sein kann, weiter in Richtung Chassis 110 der Erntemaschine 100 transportiert, gegebenenfalls mittels einer Querfördererschnecke 104 in Breiten-Richtung 99' etwas zusammengeschoben auf die Breite des Einlaufes eines nachfolgenden Brechmoduls 1, da die Breite des Schneidwerks 102 mindestens so groß oder größer ist als die äußere Breite des Chassis 110 einschließlich der Räder 101.
Der Weitertransport kann auch unterstützt werden mittels eines Schrägförderers 105, der auf der Oberseite des sich auf dem Einzugstisch 41 bildenden, mehrlagigen, geschindelten Stängel-Teppichs 222 angreift. Der Schrägförderer 105 kann die Form eines endlosen umlaufenden Förderbandes, und/oder einer ebenfalls an der Oberseite des Stängel-Teppichs 222 angreifenden Förderwalze 106 aufweisen, um diesen Stängel-Teppich 222 zunächst in Durchlaufrichtung 100' auf dem Einzugstisch 41 dem Brechmodul 1 zugeführt zum Brechen der Stängel 201 und danach einem Trennmodul 10 zugeführt zum Trennen der Fasern 203 von den restlichen Bestandteilen, insbesondere den Schäben 201 b, der Pflanze 200.
Dabei durchlaufen die Pflanzen 200 die Erntemaschine 100 in einer Durchlaufrichtung 100', die der Fahrtrichtung der selbstfahrenden Erntemaschine 100- die in den 1a bis 2b von rechts nach links verläuftentgegengesetzt gerichtet ist.
Bei der Bauform der 1a, 1b werden die so separierten Fasern 203 oder Faserbündel 203 zunächst stromabwärts des Trennmoduls 10 in kürzere Teil-Abschnitte zerhäckselt im Häckselmodul 50 und danach in einem Vorratsbehälter 108, also Bunker 108, in loser Form zwischengelagert, der immer wieder in ein Begleitfahrzeug entleert werden kann.
Die Bauform der 2a, b unterscheidet sich von derjenigen der 1a, b zum einen dadurch, dass die separierten Fasern oder Faserstränge 203 stromabwärts des Trennmoduls 10 noch in der Erntemaschine 100 in einem Ballenmodul 30 zu Ballen 300 aufgewickelt werden und zu diesem Zweck gerade in ihrer ursprünglichen Gesamtlänge belassen werden, also nicht zerhäckselt werden. Die Ballen 300 können dann über eine Auswurföffnung 111 ausgeworfen werden und auf dem Feld, also dem Untergrund U, liegen bleiben.
Um dabei losen Abfall wie etwa einen Teil des Bastes, der die Fasern oder Faserbündel 203 umhüllt, oder Blatt-Reste oder Staub zu entfernen, werden die Fasern 203 noch vor dem Aufwickeln von Luft aus einem Gebläse 2 - welches auch noch Teil des Trennmoduls 10 sein kann - abgeblasen und der Abfall weggeblasen.
Das Trocknen wird in aller Regel später und außerhalb der Erntemaschinen im aufgewickelten Zustand erfolgen, wenn das Aufwickeln auf eine hohle Spule 301 als Wickelkern, erfolgt ist, kann durch Löcher im Mantel der hohlen Spule 301 hindurch trockene, vorzugsweise warme, Trocknungsluft von Innen mittels eines Gebläses in den Ballen 300 eingebracht werden.
Der weitere Unterschied der Bauform der 2a, b von der Bauform der 1a, b - der von den beschriebenen ersten Unterschieden unabhängig ist - besteht darin, dass das Schneidwerk 102 zusätzlich über eine obere Schneideinheit 102b verfügt, die in Fahrtrichtung über und vor der unteren Schneideinheit 102a positioniert ist in einer solchen Höhe, dass dadurch die Stängel-Spitzen 201.1 abgetrennt werden, noch bevor derselbe Stängel 201 von der unteren Schneideinheit 102a knapp über dem Untergrund U abgetrennt wird.
Die abgetrennten Stängel-Spitzen 201.1 werden separat gesammelt in einer Sammelrinne 9 und mittels eines z.B. Querförderers 10 zu dessen seitlichen Ende transportiert abtransportiert und an ein Begleitfahrzeug übergeben oder auf dem Feld abgeworfen .
Dies hat den Vorteil, dass die in den Stängel-Spitzen 201.1 noch sehr stark ausgeprägte Verbindung der Fasern 203 zueinander, die das Separieren erschweren, beim weiteren Bearbeiten der Stängel 201 nicht mehr vorhanden sind und die im Spitzen-Bereich eventuell noch grünen Blätter nicht in den Verarbeitungsprozess für die Stängel 201 geraten.
3a zeigt in der Seitenansicht eine erste Bauform eines Brechmoduls 1 zum Aufbrechen des Querschnittes der Stängel 201 der Pflanze 200, der gemäß der Darstellung in 3b aus einem hohlen Stängel-Rohr 201a besteht, in dessen Wandbereich sich die Fasern 203 befinden - die in Längsrichtung des Stängels 201 und vorzugsweise über dessen gesamte Länge verlaufen und noch über den Bast-Anteil miteinander verbunden sind - sowie der aus einer Art Schaumholz, den sogenannten Schäben 201b, bestehenden Füllung des Stängel-Rohres 201 a, also des Bast-Mantels 201a.
Wie in 3b am ungebrochenen Stängel 201 angedeutet, soll als Vorstufe der Trennung der einzelnen Komponenten der Stängel 201 voneinander der Querschnitt des Bast-Mantels 201 a zusammengedrückt werden gemäß 3c und dadurch zum einen der spröde Kern aus Schaumholz 201b in kleine Stücke gebrochen werden und zum anderen die Verbindung der Fasern 203 zueinander über den Bastanteil gelöst werden durch die beim Zusammendrücken erfolgende Verformung des Bast-Mantels 201a und der Fasern 203.
Zu diesem Zweck werden die in das Brechmodul 1 eingeführten Stängel 201 des Stängel-Teppichs 222 zunächst zwischen zwei rotierend gegenläufig antreibbaren Brechwalzen 3 hindurchgeführt, deren freier Abstand zwischen einander geringer ist als die Dicke des Stängel-Teppichs 222, insbesondere des Durchmessers eines einzelnen Bast-Mantels 201a, da die Stängel 201 in Breitenrichtung 99' innerhalb des zunächst mehrlagigen Stängel-Teppichs 222 durchaus zunächst zu einem einlagigen Stängel-Teppich 222 durch den Druck der Brechwalzen 3 verteilt werden können. Vorzugsweise sind die beiden Brechwalzen 3 mittels einer, insbesondere einstellbarer, Kraft einer z.B. Feder 6 gegeneinander vorgespannt.
Jeder einzelne Stängel 201 wird dadurch hinsichtlich seines Querschnittes zusammengedrückt und gebrochen. Die Brechwalzen3 und damit deren Rotationsachsen 3' erstrecken sich in Querrichtung 99' zur Durchlaufrichtung 100, meist in einer horizontalen Querrichtung 99', und vorzugsweise über die gesamte Breite des angelieferten Stängel-Teppichs 222.
Vorzugsweise weisen die beiden Brechwalzen 3 über ihren Umfang verteilt angeordnete Vorsprünge 3a, insbesondere in Achsrichtung 3' angeordnete Leisten-förmige, Vorsprünge 3a auf, wobei die Drehlagen der Brechwalzen 3 zueinander so gewählt sind, dass bei synchronem gegenläufigen Antreiben der Vorsprung 3a der einen Brechwalzen 3 in Richtung der Vertiefung zwischen zwei in Umlaufrichtung benachbarte Vorsprünge 3a der anderen Brechwalzen 3 weist, was zusätzlich eine Verformung des Stängel-Rohres 201 bewirkt und damit das Brechen des darin enthaltenen Schaumholzes 201b.
In Durchlaufrichtung 100' hintereinander kann das Brechmodul 1 mehrere zusammenwirkende Paare von Brechwalzen 3 aufweisen, wobei diese Paare vorzugsweise in der Höhe zueinander versetzt angeordnet sind, um dazwischen ein Umlenken und damit Biegen der Stängel- Rohre 201 zu bewirken und damit ein Brechen des Schaumholzes 201b.
Vorzugsweise werden die Durchmesser der in Durchlaufrichtung 100 hintereinander angeordneten Paare von Brechwalzen 3 hinsichtlich ihres Durchmessers zunehmend kleiner, um das Biegen zu forcieren.
3d zeigt eine zweite Bauform des Brechmoduls 1 in Form eines Schlagwerks 60 anstelle der Brechwalzen 3 in 3a.
Dabei erstreckt sich eine Schlegel-Welle 61, die rotierend antreibbar ist um eine in Querrichtung 99' verlaufende Schlegel-Achse 61', über die gesamte Breite des Stängel-Teppichs 222 in der Querrichtung 99'.
An der Schlegel-Welle 61 oder von dieser radial abragenden Schlegel-Armen ist eine Vielzahl von Schlegeln 62, vorzugsweise gelenkig, über den Umfang verteilt befestigt, die bei Rotation der Schlegel-Welle 61 auf den unter der Schlegel-Welle 61, nämlich zwischen den Schlegeln 62 und einer darunter verlaufenden Stützplatte 63.1, hindurchtransportierten Stängel-Teppich 222 aufschlagen und dadurch die Stängel 201 hinsichtlich ihres Querschnittes zerbrechen.
Dabei dreht sich die Schlegel-Welle 61 so, dass sich in ihrem unteren Umfangsbereich die Schlegel 62 in Durchlaufrichtung 100 bewegen und den Stängel-Teppich 222 weiterschieben.
Die Stützplatte 63.1 ist vorzugsweise gelocht, sodass beim Schlegeln aus den Stängeln 201 herausgelöste Bruchstücke der Scheiben 201a durch deren Löcher hindurchfallen können auf die Sammelwanne 4.
Die Stützplatte 63.1 kann - in Querrichtung 99' betrachtet - auch wannenförmig gebogen ausgebildet sein, angepasst an den Radius des Flugkreises der Schlegel 62 und im entsprechenden Abstand dazu angeordnet sein, sodass die Schlegel 62 zuverlässig die Stängel 201 des hindurchgeführten Stängel-Teppichs 222 erreichen.
Stromabwärts der Schlegel-Welle 61 - die in Durchlaufrichtung 100 mehrfach hintereinander vorhanden sein kann - ist vorzugsweise eine Transport-Welle 64 für den Stängel-Teppich 222 vorhanden, die ebenfalls um eine in Querrichtung 99' liegende Achse rotieren angetrieben werden kann und sich ebenfalls über die gesamte Breite des Stängel-Teppichs 222 erstreckt.
Der Stängel-Teppich 222 wird dabei vorzugsweise über diese Transport-Welle 64 hinweg geführt, die mit radial von der Transport-Welle 64 abragenden Transport-Armen 65 dann an der Unterseite des Stängel-Teppichs 222 anliegt, der dabei vorzugsweise nach oben hin von einer darüber verlaufenden weiteren Stützplatte 63.2 als Widerlager geführt wird.
Um die Transport-Aufgabe zu erfüllen, rotiert die Transport-Welle 64 vorzugsweise gegenläufig zur Schlegel-Welle 61.
Die Transport-Arme 65 können nacheilende freie Enden aufweisen und/oder elastisch ausgebildet sein. Auch dadurch lösen sich Bruchstücke der Schäben 201b aus dem Stängel-Teppich 222 und fallen herab in die Sammelwanne 4.
Stromabwärts des Schlagwerks 60 und insbesondere der Transport-Welle 64 kann die gleiche Anordnung mit Umlenkwalze 7 usw. vorhanden sein wie in 3a dargestellt.
Stromabwärts der Paare von Brechwalzen 3 oder auch dazwischen kann der Stängel-Teppich 222 zusätzlich über Umlenkwalzen 7 - die vorzugsweise ebenfalls rotierend antreibbar sind zum Weiterfördern des Stängel-Teppichs 222 in Durchlaufrichtung 100 - ein oder mehrfach umgelenkt werden, indem diese ebenfalls quer zur Durchlaufrichtung 100 verlaufen, vorzugsweise parallel zu den Brechwalzen 3 verlaufend, in Durchlaufrichtung 100 als auch in der Höhe versetzt zueinander angeordnet sind und dadurch jeweils eine starke Biegung der Stängel 201 bewirken, vor allem wenn vorzugsweise die Umlenkwalzen 7 in Durchlaufrichtung 100 einen abnehmenden Durchmesser besitzen.
Ein Teil der Bruchstücke des Schaumholzes 201b, der Schäben 201b, wird sich von selbst von dem gebrochenen Bast-Mantels 201a und damit den Fasern 203 lösen und Schwerkraft-bedingt herabfallen und in einer Sammelwanne 4, die sich unter den Brechwalzen 3 und Umlenkwalzen 7 befindet, aufgefangen werden.
Die Sammelwanne 4 kann zu einem - insbesondere in der Seitenansicht betrachtet - tiefsten mittleren Bereich hin jeweils geneigt sein und im tiefsten mittleren Bereich entweder einen Auslauf besitzen oder vorzugsweise einen Querförderer 11, mit dem die darin gesammelten Schäben 201b zur Seite abtransportiert und beispielsweise aus der Erntemaschine 100 abgeworfen oder in einem separaten, nicht dargestellten, Sammelbehälter gesammelt werden können.
Das Abfallen der Schäben 201b kann dabei unterstützt werden, indem ein mit seiner Schaber-Kante in Querrichtung 99' verlaufender Schaber 8 am Stängel-Teppichs222 angelegt wird und dadurch Schäben 201b quasi von den Fasern 203 oder Fasersträngen 203 abschaben.
Das Ablösen kann ferner durch ein Gebläse 2 gefördert werden, welches einen Luftstrom quer zur Teppich-Ebene 222' abgibt.
Das Ablösen der Schäben 201b von den Fasern 203 ist jedoch primär Aufgabe des Trennmoduls 10, wie es in 4 separat dargestellt ist, aber auch funktionsbedingt mit dem Brechmoduls 1 zusammen ausgebildet sein kann, weshalb insbesondere das Trennmodul 10 einen solchen Schaber 8 und/oder ein solches Gebläse 2 aufweisen kann:

Auch dort werden die Stängel 201 des Stängel-Teppichs 222 mehrfach über analoge Umlenkwalzen 7 - die in der Höhe als auch in Durchlaufrichtung 100 versetzt zueinander angeordnet sind und insbesondere in Durchlaufrichtung 100 einen abnehmenden Durchmesser besitzen - umgeleitet und dadurch jeweils zunehmend gebogen, wobei das Ablösen der Schäben 201b zwar auch durch still stehende Schaber 8 bewirkt werden kann, vorzugsweise stattdessen jedoch rotierende Bürsten 12 verwendet werden, die relativ steife Borsten 12a aufweisen, deren Steifigkeit insbesondere sogar ausreicht, um die Borsten 12a zwischen die Fasern in den Stängel-Teppich 222 eindringen zu lassen. Es können auch Bürsten 12 mit unterschiedlich steifen Borsten 12a eingesetzt werden.

Indem die - mit ihren Rotationsachse 12' wiederum quer zur Durchlaufrichtung des Teppichs 222 angeordneten - Bürsten 12 dabei so angeordnet werden, dass sie sich in der gleichen Richtung wie der Bewegungsrichtung des Teppichs 222 an oder in diesem bewegen, wird vermieden, dass sich die Fasern um die Bürsten 12 wickeln.
Zwischen den Flanken eines in der Seitenansicht U-förmig verlaufenden Abschnittes des Teppichs 222 kann eine Sammelrinne 13 angeordnet werden, die sich möglichst tief in der U-Form, beispielsweise knapp über der im Boden der U-Form befindlichen, unteren Umlenkwalze 7 befindet und in Querrichtung 99' verläuft, sowie mit ihrem vorderen und hinteren Rand bis nahe an oder in Kontakt zu dem Stängel-Teppich 222 heranreicht, um davon abfallende oder abgefallene Schäben 201b nicht nach unten auf die Umlenkwalze 7 fallen zu lassen, was zu einem erneuten entweder Anhaften an der Umlenkwalze 7 oder Anpressen an den Stängel-Teppich 222 führen würde.
Zur Verbesserung des Grips zwischen Umlenkwalzen 7 und Stängel-Teppich 222 können die Umlenkwalzen 7 eine raue Oberfläche besitzen, insbesondere Vorsprünge 7a aufweisen.
Ebenso sollte klar sein, dass eine Umlenkwalze 7 auch Teil eines Paares von zusammenwirkenden, gegensynchron angetriebenen, Transportwalzen 14 sein kann, zwischen denen der dazwischen gehaltene Teppich 222 hindurch transportiert werden kann, insbesondere indem die Transportwalzen 14 mit Vorspannung gegeneinander vorgespannt sind, um Schlupf gegenüber dem Teppich 222 zu vermeiden.
Ein solches Paar von Transportwalzen 14 ist insbesondere am Beginn und/oder am Ende des Trennmoduls 10 angeordnet.
Wie schon am Brechmodul 1 erläutert, kann das Ablösen von Staub und/oder Blatt-Resten und/oder Schäben-Stücken und/oder Bast-Teilen weiterhin durch einen Luftstrom quer zur Teppich-Ebene 222', erzeugt von einem Gebläse 2, unterstützt werden.
Auch mechanische Vibrationen, die in den Teppich 222 - der gegen Ende des Trennmoduls 10 eher ein Bast-Faser-Teppich 222 als ein Stängel-Teppich 222 sein wird - begünstigen das Ablösen der Schäben 201b von den Fasern 203.
Solche Vibrationen können beispielsweise durch rhythmisches Anschlagen eines Klopfers 15, beispielsweise einer im Querrichtung sich über die gesamte Breite des Faserteppichs 222 erstreckenden Klopf-Leiste, bewirkt werden, oder indem eine, mehrere oder alle der Umlenkwalzen 7 und/oder Transportwalzen 14 in einem - nicht dargestellten - Rüttler gelagert sind, der oszillierende Bewegungen quer zur Verpflichtung 100 des Teppichs 222 ausführt.
Die 5a - 5c zeigen weiterhin, wie gegen Ende des Einzugstisches 41 der geschindelte Stängel-Teppich 222 in zwei getrennte, dünnere Teppiche 222a und 222b übereinander aufgeteilt werden kann mittels eines Verteilmoduls 20, um die weitere Bearbeitung dieser Stängel-Teppiche zu verbessern aufgrund ihrer dann geringeren, idealerweise nur aus einer Lage von Stängeln 201 bestehenden, Dicke.
Das Verteilmodul 20 umfasst eine Verteilwelle 21, die in 5a1 separat in der Aufsicht dargestellt ist und deren Rotationsachse 21' in Querrichtung 99' und parallel zur Hauptebene des Einzugstisches 41 im Abstand darüber so angeordnet ist, dass von der Verteilwelle 21 in Achsrichtung 21' und/oder über den Umfang verteilt abragend, vorzugsweise mit den freien Enden in Drehrichtung gebogen, wenigstens ein Greifflügel 22 mit seinem freien Ende in der tiefsten Position sich innerhalb der Dicke des angelieferten Stängel-Teppichs 222 befindet.
Die vorzugsweise mehreren Greifflügel 22 besitzen dabei in Richtung der Rotationsachse 21' insbesondere eine Breite entsprechend der Dicke von mehreren, insbesondere 3 - 7, Stängeln 201.
Obwohl die Greifflügel 22 entlang der Rotationsachse 21' spiralig umlaufend über den Umfang der Verteilerwelle 21 verteilt sein können, wird bevorzugt eine Bauform gewählt, bei der die Greifflügel 22 nur entlang definierter Mantellinien, vorzugsweise nur einer einzigen Mantellinie, angeordnet sind, was das Erzeugen eines abgezweigten zweiten Stängel-Teppichs 222b erleichtert.
Durch Bewegung der Greifflügel 22 in der unteren Hälfte ihres Umlaufs gegen die Transportbewegung des Einzugstisches 111 - der in der Regel ebenfalls ein endloses umlaufende Förderband ist - erfassen die Greifflügel 22 die in Durchlaufrichtung 100 vorderen, freien Enden einiger Stängel 201 (5a), heben sie an und transportieren die Stängel 201 über die Verteilwelle 21 hinweg (5b) und legen sie z.B. auf dem Anfang eines zusätzlichen Einzugstisches 41b ab (5c) zum Weitertransportieren in den Einlauf eines oberen Brechmoduls 1b, während der untere, ausgedünnte, Teppich 222a dem Einlauf eines unter dem oberen Brechmodul 1b angeordneten unteren Brechmoduls 1a zugeführt wird.
Oberhalb des unteren als auch des oberen Einzugstisches 41a, b kann zusätzlich ein weiteres Förderelement vorhanden sein, etwa eine Förderwalze 106, welche in Eingriff mit der Oberseite des jeweiligen Teppichs 222a, b steht und diesen weiter in Förderrichtung 100 transportiert, indem sie beispielsweise synchron mit dem jeweiligen, sich bewegenden, Einzugstisch 41a, b gesteuert wird.
Bezugszeichenliste

1, 1a, 1b: Brechmodul
2: Gebläse
3: Brechwalze
3': Rotationsachse
3a: Vorsprung, Leiste
4: Sammelwanne
5: Leitblech
6: Feder
7: Umlenkwalze
8: Schaber
9: Sammelrinne
10: Trennmoduls
11: Querförderer
12: Bürste
12': Rotationsachse
13: Sammelrinne
14: Transportwalze
15: Klopfer
20: Verteilmodul
21: Verteilwelle
21': Rotationsachse
22: Greifflügel
30: Ballenmodul
31: Gebläse
40: Einzugsmodul
41: Einzugstisch
41b: Einzugstisch
50: Häckselmodul
60: Schlagwerk
61: Schlegel-Welle
61': Rotationsachse
62: Schlegel
63.1, 63.2: Stützplatte, Stützwanne
64: Transport-Welle
65: Transport-Arme
99': Querrichtung
100: Erntemaschine, Vollernter
100': Durchlaufrichtung
100": Längs-Mittelebene
101: Rad
102: Schneidwerk
102a: untere Schneideinheit
102b: obere Schneideinheit
103: Haspel
104: Querfördererschnecke
105: Schrägförderer
106: Förderwalze
107: Steinfang-Mulde
108: Vorratsbehälter, Bunker
109: Fahrerkabine
110: Chassis
111: Auswurföffnung
200: Pflanze
201: Stängel
201.1: Stängel-Spitze, spitze
201a: Stängel-Rohr
201b: Hohlraum, Schaumholz, Schäben
202: Blatt
203: Faser, Faserbündel
222: Stängel-Teppich
300: Ballen
301: Spule, Wickelkern
U: Untergrund

Claims

Erntemaschine (100), insbesondere selbstfahrender Vollernter (100), zum Ernten und Separieren von Fasern oder Faser-Strängen des faserhaltigen Bast-Mantels aus den Stängeln einer Pflanze, insbesondere der Hanfpflanze, mit - einem Schneidmodul (102) mit einer unteren Schneideinheit (102a) und - einem Einzugsmodul (40), insbesondere mit einer Haspel (103) und/oder einem Schrägförderer (105), zum Einziehen der Stängel, - einem Brechmodul (1) zum Brechen der Stängel, wobei das Brechen der Stängel durch Quetschen des Querschnittes der Stängel erfolgt, - einem Trennmodul (10) zum Trennen der Fasern (203) von den Schäben (201b), dadurch gekennzeichnet, dass - das Brechmodul (1) mindestens ein Schlagwerk (60) aufweist, - mit einer um eine Querrichtung (99') rotierbaren Schlegel-Welle (61) mit davon radial abragenden, beweglich an der Schlegel-Welle (61) befestigten, Schlegeln (62) sowie einer Stützplatte (63.1) als Widerlager für einen zwischen Schlegel-Welle (61) und Stützplatte (63.1) hindurchgeführten Stängel-Teppich (222).
Erntemaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - mehrere Brechmodule (1a, 1b) vorhanden sind, insbesondere übereinander und - zwischen dem Einzugsmodul (40) und den Brechmodulen (1a, b) ein Verteilmodul (20) zum Verteilen der Stängel (201) auf die mehreren Brechmodule (1a, b) vorhanden ist.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Erntemaschine (100) ein Ballenmodul (30) zum Aufwickeln der Fasern (203) zu Ballen (300) aufweist und/oder - die Erntemaschine (100) ein Häckselmodul (50) zum Häckseln der Fasern (203) oder Faser-Stränge in kürzere Faser-Abschnitte aufweist.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das Schneidmodul (102) zusätzlich ein oberes Schneidmodul (102b) zum Abschneiden der Pflanzen-Spitzen aufweist, - insbesondere mit einer separaten Abfuhr-Einheit für die Pflanzen-Spitzen.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brechen der Stängel durch Biegen um eine quer zu ihrer Längsachse, insbesondere ihrer Förderrichtung (100') durch die Erntemaschine (100), liegende Biegeachse, erfolgt, wobei - das Brechmodul (1) mindestens ein, vorzugsweise mehrere, in Durchlaufrichtung hintereinander angeordnete, Paare von jeweils zusammenwirkenden, antreibbaren Brechwalzen (3) aufweist, - insbesondere mit in Richtung der Rotationsachse verlaufenden Vorsprüngen (3a) oder Vertiefungen auf ihrer Oberfläche.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Weg in Durchlaufrichtung (100') durch das Brechmodul (1) so gestaltet ist, dass die Stängel (201) zunehmend kleinere Kurvenradien bewältigen müssen, - von denen insbesondere der erste Kurvenradius bereits so gering ist, dass die Schäben (201b) dabei gebrochen werden.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das Brechmodul (1) mehrere, in Durchlaufrichtung (100') hintereinander angeordnete, Schlagwerke (60) aufweist, - insbesondere mit einer Stützplatte (63.1), die eine gelochte Stützplatte (63.1) ist.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Stängel (201) stromabwärts der Schlegel-Welle (61), insbesondere unmittelbar nach der Schlegel-Welle (61), über eine Transport-Welle (64) hinweg geführt werden, die insbesondere eine Vielzahl von radial von der Transport-Welle abragende Transport-Arme (65) aufweist.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmodul (10) - mindestens eine, insbesondere rotierend antreibbare, Bürste (12) aufweist und/oder - mindestens ein Gebläse (2) aufweist und/oder - mindestens eine Umlenkwalze (7) aufweist und/oder - mindestens einen Schaber (8) aufweist.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - das Trennmodul (10) einen Rüttler umfasst, - insbesondere zumindest die Umlenkwalze (7), vorzugsweise auch die Bürsten und/oder der Schaber (8), auf dem Rüttler montiert sind.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Erntemaschine (100) mehrere Brechmodule (1) aufweist, und - ein Verteilmodul (40) vorhanden ist, welches den geschindelten Stängel-Teppich (222) auf die mehreren Brechmodule (1a, b) verteilt.
Erntemaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass - das Verteilmodul (20) eine in Querrichtung (99') verlaufende Verteilwelle (21) aufweist, von der entlang einer Mantellinie verlaufend mindestens ein Greif-Flügel (22) vorsteht und - die Verteilwelle (21) oberhalb des, meist geschindelten, Stängel-Teppichs (222) angeordnet ist in einem solchen Abstand, dass der sich in der unteren Umlaufhälfte der Verteilwelle (21) entgegen der Durchlaufrichtung (100') bewegende Greif-Flügel (22) unter die vorderen Enden einiger Stängel (201) greift.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erntemaschine (100) eine separate Auswurf-Öffnung, insbesondere auch einen separaten Vorratsbehälter, für die Pflanzenspitzen und/oder die Schäben (201b) aufweist.
Erntemaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Fasern (203) auf in der Erntemaschine (100) bevorratete Spulen (301) aufgewickelt werden, - deren Spulen-Mantel insbesondere Durchgangs-Öffnungen zum späteren Zuführen von Trocknungsluft und/oder Fermentations-Starter in die Ballen (300) aufweisen.
Verfahren zum Ernten und Separieren von Fasern (203) oder Faser-Strängen des faserhaltigen Bast-Mantels aus den Stängeln (201) einer Pflanze (200), insbesondere der Hanfpflanze, mit einer Erntemaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, indem - die Pflanzen (200) wenigstens bodennah abgeschnitten werden, - die Stängel (201) der Pflanzen (200) hinsichtlich ihres Querschnittes gebrochen werden, - der gebrochene Bast-Mantel, insbesondere die Fasern (203), von den Schäben (201b) getrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Bast-Mantel, insbesondere die, meist Bast-umhüllten, Fasern (203), zu Ballen (300) aufgewickelt oder in kürzere Faser-Abschnitte gehäckselt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stängel (201) gebrochen werden - durch Biegen um eine quer zu ihrer Längsrichtung verlaufende Biegeachse und/oder - durch Zusammenquetschen ihres Querschnittes, insbesondere zwischen zwei Brechwalzen (3) oder mittels eines Schlagwerkes.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (203) von den Schäben (201b) getrennt werden mittels - Abbürsten der Schäben (201b) von den Fasern (203) und/oder - Abschaben der Schäben (201b) von den Fasern (203) und/oder - Wegblasen der Schäben (201b) von den Fasern (203).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Bast mechanisch von den Fasern (203) entfernt wird, insbesondere innerhalb der Erntemaschine (100).