DE19524752B4

DE19524752B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Durchsatzmessung in einer landwirtschaftlichen Erntemaschine

Info

Publication number: DE19524752B4
Application number: DE19524752A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr. Diekhans
Original assignee: Claas KGaA mbH
Current assignee: Claas KGaA mbH
Priority date: 1995-07-07
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2015-07-08
Also published as: GB2303039B; GB2303039A; US5795221A; FR2736243B1; FR2744590B1; GB9613791D0; FR2744590A1; DE19524752A1; FR2736243A1

Abstract

Landwirtschaftliche Maschine zur Aufnahme und Behandlung von Erntegut, insbesondere Feldhäcksler, bestehend aus einem Rahmen, Antriebseinrichtungen, einem Aufnahmevorsatz sowie einer Behandlungseinheit, bestehend aus Vorpresswalzen, zumindest einer Häckseltrommel und einer Auswurfeinrichtung und einer Einrichtung 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 Auslenkung zumindest einer Vorpresswalze in einen Signalwert umsetzt, ein weiteres Element die Durchflussgeschwindigkeit des durch die Maschinen hindurchfließenden Gutstroms misst und den Messwert in einen Signalwert umsetzt und ein weiteres Element in den Bereichen definierter Grenzwerte, in denen sich die gemessene vertikale Auslenkung zumindest einer Vorpresswalze den oberen und/oder unteren Anschlägen nähert oder an diese anschlägt, in einen Signalwert umsetzt und sämtliche Signalwerte kontinuierlich einem Mikroprozessor zugeleitet werden, der die zugeleiteten Signalwerte in einen momentanen Istwert der Durchflussmenge umrechnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine landwirtschaftliche Maschine zur Aufnahme und Behandlung von Erntegut, insbesondere einen 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 DE 11 99 039 B 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 Durchsatzermittlung 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 A wird ein selbstfahrender Feldhäcksler gezeigt, bei dem die Durchsatzmenge in Abhängigkeit von der Fahrtgeschwindigkeit 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 Rahmenbedingung nicht ohne weiteres eine vergleichbare Funktion aufweisen. Soweit als Messstelle die Auslenkung der Schrägelevatorkette vorgeschlagen wird, werden diese Messwerte immer einer relativen Vorfahrtsgeschwindigkeitsregelung zugeführt. Die neuerdings gestellten Anforderungen an die Genauigkeit eines Durchflussmengenmesswertes sind jedoch dadurch gestiegen, dass man einen teilflächenspezifischen Messwert als Vergleichsgröße für ackerbauliche Maßnahmen heranziehen 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 Häckseltrommel 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, Schneidspalt zwischen den Messern und Gegenschneide, Art und Feuchtigkeit des Ernteguts und Schmierung und Verschleiß der Trommellager. Unter Berücksichtigung dieser Einflussfaktoren ist es schwierig, eine Messstelle zur Ermittlung der tatsächlichen Durchflussmenge zu finden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Messung des Durchsatzes 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 Auslenkung zumindest einer Vorpresswalze in einen Signalwert umsetzt, ein weiteres Element die Durchflussgeschwindigkeit des durch die Maschinen hindurchfließenden Gutstroms misst und den Messwert in einen Signalwert umsetzt und ein weiteres Element in den Bereichen definierter Grenzwerte, in denen sich die gemessene vertikale Auslenkung zumindest einer Vorpresswalze den oberen und/oder unteren Anschlägen nähert oder an diese anschlägt, in einen Signalwert umsetzt und sämtliche Signalwerte kontinuierlich einem Mikroprozessor zugeleitet werden, der die zugeleiteten Signalwerte in einen momentanen Istwert der Durchflussmenge 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 Drehbewegung der Potentiometerachse in eine proportionale Spannung umgewandelt 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 Mitteln wie beispielsweise einem Induktivgeber, Tachogenerator, Hallgeber, Reedkontakt oder einer Lichtschranke bestehen. Dabei kann der Induktivgeber bei der Drehzahlmessung auch Bruchteile von Umdrehungen messen, beispielsweise jeweils halbe Umdrehungen. Bei nicht glatten Oberflächen der Transportwalzen wird zur Geschwindigkeitsberechnung des hindurchfließenden Ernteguts der mittlere wirksame Durchmesser der Transportwalze, deren Drehzahl gemessen wird, der Berechnung zugrundegelegt.

Zur Realisierung der Elektronik zur Messung des Durchsatzes ist es vorteilhaft, die Auslenkung der Presswalzen mit einer hohen Abtastrate, vorzugsweise über 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 aufgezeichnet werden. Dabei kann die Aufzeichnung wahlweise entweder in einem zeitlichen Rhythmus oder nach einer vorgegebenen Wegstrecke oder in Abhängigkeit von der Größe der Änderungen des Durchsatzsignals erfolgen.

Zur Korrektur der gemessenen und errechneten Durchflussmenge wird in weiterer Ausgestaltung 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 Antriebriemens der Häckseltrommel, den ermittelten Messwert zu berichtigen. So kann als Maß für die Drehmomentmessung des Motors das anhand der Motordrehzahl gemessene Maß der Drehzahldrückung verwendet werden oder die Einspritzmenge eines elektronischen Motorreglers (E-Gas) ermittelt und ausgewertet werden.

Da die Belastung der Sensorik zur Belastungserfassung der überwachten Maschinenelemente 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 Häckseleinrichtung anzupassen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung des Durchsatzes vergleicht ein Mikroprozessor in den Bereichen definierter Grenzwerte, in denen sich die gemessene vertikale Auslenkung zumindest einer Vorpresswalze den oberen und unteren Anschlägen nähert oder an diese anschlägt, die von der Durchsatzmesseinrichtung ermittelten Signalwerte mit den von einer Sensorik zur Belastungserfassung ermittelten Messwerten. 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 ermittelten Signalwerte mit den von der Sensorik zur Belastungserfassung ermittelten Messwerte verrechnet werden, einen aus den von der Sensorik zur Belastungserfassung ermittelten Messwerten abgeleiteten Korrekturfaktor errechnen, der bei Erreichen der definierten Grenzwerte 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 zeigt:
1 einen Feldhäcksler in Seitenansicht,
2 eine vergrößerte Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 eine schematische Darstellung unterschiedlicher Programmstufen eines Verfahrens zur möglichst genauen Berechnung der absoluten Durchflussmenge.
Der Feldhäcksler 1 in 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 zwischen 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 der 2 ist an die Vorpresswalze 7 ein Hebelgestänge 8 angebracht, das den vertikalen Hubweg der Vorpresswalze 7 auf die Drehachse 9 des Potentiometers 10 überträgt. Die vom Potentiometer erzeugte proportionale Spannung wird in einen Signalwert umgesetzt, der über die Leitung 11 an den Mikroprozessor 12 weitergegeben wird. Auch der Induktivgeber 13 erzeugt aus einen 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 Leistung 16 können die errechneten Gutflussmengendaten an Anzeige- oder Maschinenmanagementsysteme weitergeleitet werden.
Zusätzlich zu den Signalwerten für Volumen und Geschwindigkeit können dem Mikroprozessor 12 Signalwerte 17 von einem oder mehreren an sich bekannten Sensoren zur Belastungserfassung zugeleitet werden, so beispielsweise von einer Drehmo mentmessung 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 Istdrehzahl errechnet, die von Drehzahlsensoren des Motors und der Häckseltrommel gemessen werden. Diese Signalwerte 17 können in Bereichen definierter Grenzwerte, in denen sich die gemessene vertikale Auslenkung zumindest einer Vorpresswalze 7 den oberen und unteren Anschlägen nähert oder an diese anschlägt, als Korrekturwert genutzt werden. Ein Korrekturwert ist erforderlich, da bei einer Bewegung der Vorpresswalze 7 im Bereich des unteren Anschlags oder einem Aufliegen der Vorpresswalze 7 auf dem unteren Anschlag eventuell zuwenig Erntegut in den von Vorpresswalzen gebildeten Spalt 4 einfließt, um den Querschnitt des Spalts 4 vollständig ausfüllen zu können. Der aus gemessenem Volumen und Geschwindigkeit ermittelte Messwert würde dann einen zu hohen Betrag 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 3 ist beispielhaft schematisch dargestellt, welcher Programmstufen sich ein Verfahren zur möglichst genauen Ermittlung des momentanen Istwertes der 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 des momentanen Istwertes der Durchflussmenge nutzt, korrigiert der Mikroprozessor die Messwerte der Durchsatzmesseinrichtung in den Bereichen II – vorzugsweise zwischen 0% und 10 % Auslenkung – 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 taufend angepassten Korrelation der von der Sensorik zur Belastungserfassung und der Durchsatzmesseinrichtung ermittelten Messwerte der sich verändernden 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 den Bereichen definierter 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

Landwirtschaftliche Maschine zur Aufnahme und Behandlung von Erntegut, insbesondere Feldhäcksler, bestehend aus einem Rahmen, Antriebseinrichtungen, einem Aufnahmevorsatz sowie einer Behandlungseinheit, bestehend aus Vorpresswalzen, zumindest einer Häckseltrommel und einer Auswurfeinrichtung und einer Einrichtung 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 Auslenkung zumindest einer Vorpresswalze in einen Signalwert umsetzt, ein weiteres Element die Durchflussgeschwindigkeit des durch die Maschinen hindurchfließenden Gutstroms misst und den Messwert in einen Signalwert umsetzt und ein weiteres Element in den Bereichen definierter Grenzwerte, in denen sich die gemessene vertikale Auslenkung zumindest einer Vorpresswalze den oberen und/oder unteren Anschlägen nähert oder an diese anschlägt, in einen Signalwert umsetzt und sämtliche Signalwerte kontinuierlich einem Mikroprozessor zugeleitet werden, der die zugeleiteten Signalwerte in einen momentanen Istwert der Durchflussmenge umrechnet.
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 von dem Hebelgestänge bewirkte Drehbewegung der Potentiometerachse vom Potentiometer in eine proportionale Spannung umgewandelt wird.
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.
Landwirtschaftliche Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalwert für die Durchflussgeschwindigkeit des durch die Maschine hindurchfließenden Gutstromes von zumindest einem Drehzahlsensor erzeugt wird, dem eine Vorpresswalze direkt oder indirekt zugeordnet ist.
Landwirtschaftliche Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl über einen Induktivgeber gemessen wird, der Bruchteile von Umdrehungen misst.
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 zugrunde liegt.
Landwirtschaftliche Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass 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 gleichmäßiges Ertragssignal erhalten wird.
Landwirtschaftliche Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ertragssignal zusammen mit der zugehörigen Position des Feldhäckslers auf einem Bordcomputer und/oder anderen Datenträgern aufgezeichnet wird.
Landwirtschaftliche Maschine nach Anspruch 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.
Landwirtschaftliche Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Messwert 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 Häckseltrommelberichtigt wird.
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.
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.
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.
Verfahren zur Messung des Durchsatzes von Erntegut in einer landwirtschaftlichen Maschine, insbesondere 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 ein Mikroprozessor in den Bereichen definierter Grenzwerte, in denen sich die gemessene vertikale Auslenkung zumindest einer Vorpresswalze den oberen und unteren Anschlägen nähert oder an diese anschlägt, die von der Durchsatzmesseinrichtung ermittelten Signalwerte mit den von einer Sensorik zur Belastungserfassung ermittelten Messwerten vergleicht.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor laufend die Korrelation der von der Sensorik zur Belastungserfassung und der Durchsatzmesseinrichtung ermittelten Messwerte an die sich verändernde Schärfe der Schneidmesser der Häckseleinrichtung anpasst.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der 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 gemessenen Auslenkung einer Vorpresswalze als Verrechnungsfaktor genutzt wird.