DE19524752A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Durchsatzmessung in einer landwirtschaftlichen Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine landwirtschaftliche Maschine zur Aufnahme und Behandlung von Erntegut, insbesondere Feldhäcksler, der mit einer Vorrichtung zur Messung des Durchsatzes von Erntegut ausgestattet ist. Feldhäcksler werden eingesetzt, um Gras, Mais oder anderes Erntegut kleinzuhäckseln, damit es verfüttert oder in sonstiger Weise verwertet werden kann.

Zur Regelung der Vorfahrtgeschwindigkeit sind beispielsweise aus der DBP 11 99 039 Einrichtungen bekannt, um die relative Belastung von Maschinenkomponenten zu messen und daraus einen Stellwert zur Regelung der Vorfahrtgeschwindigkeit abzuleiten. Ferner sind in der Zeitschrift "Grundlagen der Landtechnik", Band 16 (1966) Nr. 2, Seite 45, verschiedene Möglichkeiten aufgezählt, an welchen Stellen sich mögliche Messungen zur Durchsatzermitt­ lung an Schneid-, Einzugs- und Dreschorganen eines Mähdreschers anbringen lassen. Unter anderem wird dort vorgeschlagen, die Auslenkung der Schrägelevatorkette als Meßgröße zu verwenden. In der Patentanmeldung GB 2 155 666 wird ein selbstfahrender Feldhäcksler gezeigt, bei dem die Durchsatzmenge in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit der Maschine, der Drehzahl der Häckseltrommel und dem Drehmoment, das zum Antrieb der Häckseltrommel erforderlich ist, gemessen wird.

Die für Mähdrescher vorgeschlagenen Meßstellen zur Ermittlung einer Durchflußmenge können nicht einfach auf einen Feldhäcksler übertragen werden, da dort entweder andere Maschinenkomponenten verwendet werden, die mit denjenigen in Mähdreschern nicht vergleichbar sind, oder zwar ähnliche Komponenten benutzt werden, die jedoch aufgrund der technischen Rahmenbedingungen nicht ohne weiteres eine vergleichbare Funktion aufweisen. Soweit als Meßstellen die Auslenkung der Schrägelevatorkette oder einer Schrägelevator­ schwinge vorgeschlagen werden, werden diese Meßwerte immer einer relativen Vorfahrts­ geschwindigkeitsregelung zugeführt. Die neuerdings gestellten Anforderungen an die Genau­ igkeit eines Durchflußmengenmeßwertes sind jedoch dadurch gestiegen, daß man einen teilflächenspezifischen Meßwert als Vergleichsgröße für ackerbauliche Maßnahmen her­ anziehen möchte. Für solche Verwendungen der Meßwerte genügen solche relativen Signale nicht. Die an den vorgeschlagenen Stellen mit den vorgeschlagenen Mitteln ermittelten Meßwerte sind zu ungenau, um daraus einen korrekten absoluten Meßwert herleiten zu können. Die für einen Feldhäcksler vorgeschlagene Drehmomentmessung an der Häcksel­ trommel kann auch keinen genauen Mengenmeßwert liefern, da das zum Antrieb der Häckseltrommel erforderliche Drehmoment von einer Vielzahl von Faktoren beeinflußt wird, wie beispielsweise Spannung und Schlupf des Antriebsriemens, Schärfe der Messer, Schneid­ spalt zwischen Messern und Gegenschneide, Art und Feuchtigkeit des Erntegutes und Schmierung und Verschleiß der Trommellager. Unter Berücksichtigung dieser Einflußfakto­ ren ist es schwierig, eine Meßstelle zur Ermittlung der tatsächlichen Durchflußmenge zu finden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung des Durch­ satzes von Erntegut in einem Feldhäcksler zu realisieren, deren Meßstellen ein möglichst genaues Messen der absoluten Durchsatzmenge ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die Durchsatzmeßeinrichtung ein Element aufweist, das die durch das eintretende Erntegut verursachte vertikale Bewegung zumindest einer Vorpreßwalze in einen Signalwert umsetzt, und ein zweites Element die Durchflußgeschwindigkeit des durch die Maschine hindurchfließenden Gutstromes mißt und den Meßwert in einen Signalwert umsetzt, und beide Signalwerte kontinuierlich einem Mikroprozessor zugeleitet werden, der diese in einen absoluten Mengenwert umrechnet.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird der Signalwert für die vertikale Bewegung zumindest einer Vorpreßwalze von einem Potentiometer erzeugt, der über ein Hebelgestänge mit einer Vorpreßwalze verbunden ist, wobei die vom Hebelgestänge bewirkte Drehbewe­ gung der Potentiometerachse vom Potentiometer in eine proportionale Spannung umgewan­ delt wird. Die Walze, deren Bewegung gemessen wird, soll möglichst weit hinten im Vorpreßkanal liegen.

Der Signalwert für die Durchflußgeschwindigkeit des durch die Maschine hindurchfließenden Gutstromes wird von zumindest einem Drehzahlsensor erzeugt, der direkt oder indirekt einer Vorpreßwalze zugeordnet ist. Der Drehzahlsensor kann aus an sich bekannten Mittel wie beispielsweise einem Induktivgeber, Tachogenerator, Hallgeber, Reedkontakt oder einer Lichtschranke bestehen. Der Induktivgeber kann Bruchteile von Umdrehungen messen, beispielsweise jeweils halbe Umdrehungen. Bei nicht glatten Oberflächen der Transportwal­ zen wird zur Geschwindigkeitsberechnung des hindurchfließenden Ernteguts der wirksame mittlere Durchmesser der Transportwalze, deren Drehzahl gemessen wird, der Berechnung zugrundegelegt.

Zur Realisierung der Elektronik zur Messung des Durchsatzes ist es vorteilhaft, die Aus­ lenkung der Preßwalzen mit einer hohen Abtastrate < 100 Hz laufend zu messen und dieses Signal dann einer geeigneten Mittelwertbildung zuzuführen, so daß ein gleichmäßiges Ertragssignal erhalten wird. Das Ertragssignal kann zusammen mit der zugehörigen Position des Feldhäckslers auf einem Bordcomputer und oder einem anderen Datenträger aufgezeich­ net werden. Dabei kann die Aufzeichnung wahlweise entweder in einem zeitlichen Rhythmus oder nach einer vorgegebenen Wegstrecke oder in Abhängigkeit von der Größe der Änderun­ gen des Durchsatzsignals erfolgen.

Zur Korrektur der gemessenen und errechneten Durchflußmenge wird in weiterer Ausgestal­ tung der Erfindung vorgeschlagen, durch Zuhilfenahme weiterer an sich bekannter Sensorik zur Belastungserfassung, beispielsweise Drehmomentmessung der Häckseltrommel, des Vorsatzgerätes oder des Motors oder der Schlupfmessung des Antriebsriemens der Häcksel­ trommel, den ermittelten Meßwert zu berichtigen. So kann als Maß für die Drehmomentmes­ sung des Motors das anhand der Motordrehzahl gemessene Maß der Drehzahldrückung verwendet werden oder die Einspritzmenge eines elektronischen Motorreglers (E-Gas) ermittelt und ausgewertet wird.

Da die Belastung der von der Sensorik zur Belastungserfassung überwachten Maschinen­ elemente von der sich verändernden Schärfe der Häckselmesser abhängt, ist es erforderlich, zur Zuordnung einer gemessenen Belastung zu einer konkreten Durchflußmenge laufend die Korrelation der von der Sensorik zur Belastungserfassung und der Durchsatzmeßeinrichtung ermittelten Meßwerte an die sich verändernde Schärfe der Schneidmesser der Häckseleinrich­ tung anzupassen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung des Durchsatzes verwendet ein Mikro­ prozessor zur Berechnung der Durchsatzmenge in einem Bereich, in dem sich die gemessene vertikale Auslenkung einer Vorpreßwalze nicht im Bereich definierter Grenzwerte der oberen und unteren Anschläge bewegt, nur die von der Durchsatzmeßeinrichtung ermittelten Signalwerte, während der Mikroprozessor im Bereich der definierten Grenzwerte, in denen sich die gemessene horizontale Auslenkung der Vorpreßwalze den oberen und unteren Anschlägen nähert oder an diese anschlägt, die von der Durchsatzmeßeinrichtung ermittelten Signalwerte mit den von der Sensorik zur Belastungserfassung ermittelten Meßwerten verrechnet. Dabei kann der Mikroprozessor zusätzlich laufend die Korrelation der von der Sensorik zur Belastungserfassung und der Durchsatzmeßeinrichtung ermittelten Meßwerte an die sich verändernde Schärfe der Schneidmesser der Häckseleinrichtung anpassen. Der Mikroprozessor kann auch bei Annäherung der gemessenen Auslenkung einer Vorpreßwalze an Bereiche definierter Grenzwerte, in denen die von der Durchsatzmeßeinrichtung ermittel­ ten Signalwerte mit den von der Sensorik zur Belastungserfassung ermittelten Meßwerten verrechnet werden, einen aus den von der Sensorik zur Belastungserfassung ermittelten Meßwerten abgeleiteten Korrekturfaktor errechnen, der bei Erreichen der definierten Grenz­ werte der gemessenen Auslenkung einer Vorpreßwalze als Verrechnungsfaktor genutzt wird.

Durch die erfindungsgemäße Einrichtung kann mit kostengünstigen Mitteln ein genauer Wert der tatsächlichen Durchflußmenge an durch die Maschine hindurchfließendem Erntegut gewonnen werden. Die gewählten Komponenten weisen eine hohe Zuverlässigkeit und Wartungsarmut auf. Der vom Mikroprozessor errechnete Mengenwert kann leicht von nachgeordneten Anzeige- oder Maschinenmanagementsystemen weiterverarbeitet oder abgespeichert werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Feldhäcksler in Seitenansicht,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung unterschiedlicher Programmstufen eines Ver­ fahrens zur möglichst genauen Berechnung der absoluten Durchflußmenge.

Der Feldhäcksler (1) in Fig. 1 weist eine Zuführeinrichtung (2) auf, die von mehreren Vorpreßwalzen (3) gebildet wird. Das Erntegut fließt von der nicht näher gezeigten Aufnahmevorrichtung in den Spalt (4), den übereinanderliegende Vorpreßwalzen (3) zwi­ schen sich bilden. Der Gutstrom fließt durch den von den oberhalb und unterhalb des Gutflusses angeordneten weiteren Vorpreßwalzen (3) gebildeten Spalt (4) in Richtung der Häckseltrommel (5), von der der Gutfluß geschnitten und in den Auswurfkanal (6) abgegeben wird.

In Fig. 2 ist an die Vorpreßwalze (7) ein Hebelgestänge (8) angebracht, das den vertikalen Hubweg der Vorpreßwalze (7) auf die Drehachse (9) des Potentiometers (10) übertragt. Die vom Potentiometer erzeugte proportionale Spannung wird in einen Signalwert umgesetzt, der über die Leitung (11) an den Mikroprozessor (12) weitergegeben wird. Auch der Induktivge­ ber (13) erzeugt einen aus der Drehzahl der Vorpreßwalze (14) abgeleiteten Signalwert, der über die Leitung (15) an den Mikroprozessor (12) weitergegeben wird. Im Mikroprozessor (12) wird aus den erhaltenen Signalwerten für Volumen und Geschwindigkeit die in einem Bezugszeitraum in die Maschine eingeflossene Gutflußmenge errechnet. Über die Leitung (16) können die errechneten Gutflußmengendaten an Anzeige- oder nachgeordnete Anzeige­ oder Maschinenmanagementsysteme weitergeleitet werden.

Zusätzlich zu den Signalwerten für Volumen und Geschwindigkeit können dem Mikro­ prozessor (12) Signalwerte (17) von einem oder mehreren an sich bekannten Sensoren zur Belastungserfassung zugeleitet werden, so beispielsweise von einer Drehmomentmessung der Häckseltrommel, des Vorsatzgerätes oder des Motors, oder aus einer Schlupfmessung des Antriebsriemens der Häckseltrommel, wobei sich der Schlupf aus der Differenz von Soll- und Istdrehzahlen errechnet, die von Drehzahlsensoren des Motors und der Häckseltrommel gemessen werden. Diese Signalwerte (17) können in Bereichen definierter Grenzwerte, in denen sich die gemessene Auslenkung einer Vorpreßwalze (7) den oberen und unteren Anschlägen nähert oder an diese anschlägt, als Korrekturwert genutzt werden. Ein Korrektur­ wert ist erforderlich, da bei einer Bewegung der Vorpreßwalze (7) im Bereich des unteren Anschlags oder einem Ausfliegen der Vorpreßwalze (7) auf dem unteren Anschlag eventuell zuwenig Erntegut in den von Vorpreßwalzen gebildeten Spalt (4) einfließt, um den Quer­ schnitt der Spalts (4) vollständig ausfüllen zu können. Der aus gemessenem Volumen und Geschwindigkeit ermittelte Meßwert würde dann einen zu hohen Ertrag vorgeben, während bei einer Bewegung der Vorpreßwalze (7) im oberen Bereich des Anschlags oder einem Aufliegen der Vorpreßwalze (7) auf dem oberen Anschlag eine zusätzliche Preßwirkung auf das durchfließende Erntegut ausgeübt wird, wodurch tatsächlich mehr Erntegut durch die Maschine fließt als der aus Volumen und Geschwindigkeit ermittelte Meßwert anzeigt. In diesen Grenzbereichen führt die zusätzliche Berücksichtigung von Meßwerten der Belastung einzelner Maschinenkomponenten zu einem genaueren Meßergebnis.

In Fig. 3 ist beispielhaft schematisch dargestellt, welcher Programmstufen sich ein Verfahren zur möglichst genauen Ermittlung der absoluten Durchflußmenge bedienen kann. Auf der X- Achse ist die meßbare Auslenkung einer Vorpreßwalze (7) in Prozent dargestellt. Während der Mikroprozessor in dem Bereich I - vorzugsweise zwischen 10% und 90% Auslenkung - ausschließlich die von der Durchsatzmeßeinrichtung ermittelten Signalwerte zur Berechnung der absoluten Durchflußmenge nutzt, korrigiert der Mikroprozessor die Meßwerte der Durchsatzmeßeinrichtung in den Bereichen II - vorzugsweise zwischen 0% und 10% Aus­ lenkung - und III - vorzugsweise zwischen 90% und 100% Auslenkung - anhand der von den Sensoren zur Belastungserfassung erhaltenen Meßwerte. Die von den Sensoren zur Belastungserfassung erhaltenen Meßwerte müssen zur richtigen Interpretation der laufend angepaßten Korrelation der von der Sensorik zur Belastungserfassung und der Durchsatzmeß­ einrichtung ermittelten Meßwerte an die sich verändernde Schärfe der Schneidmesser der Häckseleinrichtung zugeordnet werden, bevor sie als Korrekturwert brauchbar sind.

Um zu vermeiden, daß der Korrekturfaktor erst berechnet wird, wenn die Vorpreßwalze (7) in die Bereiche II und III der definierten Grenzwerte ausgelenkt ist, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, den Korrekturfaktor bereits zu ermitteln, wenn sich die Auslenkung der Vorpreßwalze an die definierten Grenzwerte annähert. Vorzugsweise wird diese Korrekturfaktorberechnung innerhalb des Bereichs I in den Zonen von 10% bis 30% und von 70% bis 90% Auslenkung vorgenommen.

Claims (16)

1. landwirtschaftliche Maschinen zur Aufnahme und Behandlung von Erntegut, ins­ besondere Feldhäcksler, bestehend aus einem Rahmen, Antriebseinrichtungen, einem Aufnahmevorsatz sowie einer Behandlungseinheit, bestehend aus Vorpreßwalzen, zumindest einer Häckseltrommel und einer Auswurfeinrichtung und einer Vorrichtung zur Messung des Durchsatzes an Erntegut durch die Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchsatzmeßeinrichtung ein Element aufweist, das die durch das eintretende Erntegut verursachte vertikale Bewegung zumindest einer Vorpreßwalze in einen Signalwert umsetzt, und ein zweites Element die Durchflußgeschwindigkeit des durch die Maschine hindurch­ fließenden Gutstromes mißt und den Meßwert in einen Signalwert umsetzt, und beide Signalwerte kontinuierlich einem Mikroprozessor zugeleitet werden, der diese in einen absoluten Mengenmeßwert umrechnet.

2. Landwirtschaftliche Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalwert für die vertikale Bewegung zumindest einer Vorpreßwalze von einem Potentiometer erzeugt wird, der über ein Hebelgestänge mit einer Vorpreßwalze verbunden ist, wobei die vom Hebelgestänge bewirkte Drehbewegung der Potentiometerachse vom Potentiometer in eine proportionale Spannung umgewandelt wird.

3. Landwirtschaftliche Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze, deren Bewegung gemessen wird, eine möglichst weit hinten im Vorpreßkanal liegende Walze ist.

4. Landwirtschaftliche Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalwert für die Durchflußge­ schwindigkeit des durch die Maschine hindurchfließenden Gutstromes von zumindest einem Drehzahlsensor erzeugt wird, der einer Vorpreßwalze direkt oder indirekt zugeordnet ist.

5. Landwirtschaftliche Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktivgeber Bruchteile von Umdrehungen mißt.

6. Landwirtschaftliche Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit nicht glatter Oberfläche der drehzahlgemessenen Transportwalze, dadurch gekennzeichnet, daß zur Geschwindigkeitsberechnung des hindurchfließenden Ernteguts der mittlere wirksame Durchmesser der Transportwalze, deren Drehzahl gemessen wird, der Berechnung zugrundeliegt.

7. Landwirtschaftliche Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslenkung der Preßwalzen mit einer hohen Abtastrate, vorzugsweise über 100 Hz, laufend gemessen wird und dieses Signal dann einer geeigneten Mittelwertbildung zugeführt wird, so daß ein gleichmä­ ßiges Ertragssignal erhalten wird.

8. Landwirtschaftliche Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ertragssignal zusammen mit der zugehörigen Position des Feldhäckslers auf einem Bordcomputer und/oder anderen Datenträger aufgezeichnet wird.

9. Landwirtschaftliche Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnung entweder in einem zeitlichen Rhythmus oder nach einer vorgegebenen Wegstrecke oder in Abhängigkeit von der Größe der Änderungen des Durchsatzsignals erfolgt.

10. Landwirtschaftliche Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß unter Zuhilfenahme weiterer an sich bekannter Sensorik zur Belastungserfassung, beispielsweise der Drehmomentmessung der Häckseltrommel, des Vorsatzgerätes oder des Motors oder der Schlupfmessung des Antriebsriemens der Häckseltrommel, der ermittelte Meßwert berichtigt wird.

11. Landwirtschaftliche Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für die Drehmomentmessung des Motors das anhand der Motordrehzahl gemessene Maß der Drehzahldrückung verwendet wird.

12. Landwirtschaftliche Maschine nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Maß für die Drehmomentmessung des Motors die Einspritzmenge eines elektronischen Motorreglers ermittelt und ausgewertet wird.

13. Landwirtschaftliche Maschine nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelation der von der Sensorik zur Belastungserfassung und der Durchsatzmeßeinrichtung ermittelten Meßwerte laufend an die sich verändernde Schärfe der Schneidmesser der Häckseleinrichtung angepaßt wird.

14. Verfahren zur Messung des Durchsatzes von Erntegut durch eine landwirtschaftliche Maschine, insbesondere Feldhäcksler, bestehend aus einem Rahmen, Antriebsein­ richtungen, einem Aufnahmevorsatz sowie einer Behandlungseinheit bestehend aus Vorpreßwalzen, zumindest einer Häckseltrommel und einer Auswurfeinrichtung und einer Vorrichtung zur Messung des Durchsatzes an Erntegut durch die Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikroprozessor zur Berechnung der Durchsatzmenge in einem Bereich, in dem sich die gemessene vertikale Aus­ lenkung einer Vorpreßwalze nicht im Bereich definierter Grenzwerte der oberen und unteren Anschläge bewegt, nur die von der Durchsatzmeßeinrichtung ermittelten Signalwerte verwendet und in den Bereichen definierter Grenzwerte, in denen sich die gemessene horizontale Auslenkung einer Vorpreßwalze den oberen und unteren An­ schlägen nähert oder an diese anschlägt, die von der Durchsatzmeßeinrichtung ermittelten Signalwerte mit den von der Sensorik zur Belastungserfassung ermittelten Meßwerten verrechnet.

15. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikroprozessor laufend die Korrelation der von der Sensorik zur Belastungserfassung und der Durchsatzmeß­ einrichtung ermittelten Meßwerte an die sich verändernde Schärfe der Schneidmesser der Häckseleinrichtung anpaßt.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikroprozessor bei Annäherung der gemessenen Auslenkung einer Vorpreßwalze an Bereiche definierter Grenzwerte, in denen die von der Durchsatzmeßeinrichtung ermittelten Signalwerte mit den von der Sensorik zur Belastungserfassung ermittelten Meßwerten verrechnet werden, einen aus den von der Sensorik zur Belastungserfassung ermittelten Meßwerten abgeleiteten Korrekturfaktor errechnet, der bei Erreichen der definierten Grenzwerte der gemesse­ nen Auslenkung einer Vorpreßwalze als Verrechnungsfaktor genutzt wird.