DE3884602T2

DE3884602T2 - Körnerverlustmonitoren für Mähmaschinen.

Info

Publication number: DE3884602T2
Application number: DE19883884602
Authority: DE
Inventors: Gilbert J I Strubbe
Original assignee: Ford New Holland Inc
Current assignee: CNH Industrial Belgium NV
Priority date: 1988-04-26
Filing date: 1988-04-26
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2008-04-27
Also published as: DE3884602D1; EP0339140B1; EP0339140A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung von Körnerverlusten in Erntemaschinen. Insbesondere kann diese Vorrichtung zur Messung der Körnerverluste verwendet werden, die am Auslaßende einerseits des Dresch- und Trennmechanismus und/oder andererseits der Reinigungsvorrichtung derartiger Erntemaschinen auftritt. Verlorene Körner sind die Körner, die entweder dadurch verloren gehen, daß sie von dem Stroh mitgenommen werden, das aus dem Trennmechanismus des Mähdreschers auf den Boden abgegeben wird, oder dadurch, daß sie zusammen mit der Spreu und anderen Verunreinigungen von der Reinigungsvorrichtung des Mähdreschers ausgeworfen werden.
In der gesamten Beschreibung soll der Ausdruck 'Körner' den Teil des Erntematerials bezeichnen, der von dem ausgeschiedenen Teil des Erntematerials ausgedroschen und getrennt wird, wobei dieser ausgeschiedene Teil als 'Stroh' bezeichnet wird. In der folgenden Beschreibung werden Ausdrücke wie zum Beispiel 'vorwärts', 'rückwärts', 'links', 'rechts' usw. verwendet, die lediglich der Zweckmäßigkeit dienen und die nicht als beschränkend aufzufassen sind.
Wie dies aus beispielsweise der DE-A-2 632 507 und der GB-A-2 002 903 ersichtlich ist, sind Körnerverlust- Überwachungsvorrichtungen für Erntemaschinen in der Technik bekannt, und diese versuchen, die Größe des Körnerverlustes dadurch zu überwachen, daß auf Aufpralldetektoren zurückgegriffen wird, die einen Bruchteil der Körner 'zählen', der am Ende der Maschine ausgeworfen wird. Der Betreiber ist jedoch nicht in der Lage, das Relativverhältnis zwischen dem Teil der Körner, die auf den Körnerverlustdetektor oder die Detektoren auftreffen, einerseits und den gesamten tatsächlichen Verlusten andererseits festzustellen. Dies führt zu dem wohl größten Problem vorhandener Körnerverlust-Überwachungsvorrichtungen in der Hinsicht, daß keine Überwachungsvorrichtung zur Verfügung steht, die in absoluten Werten die Menge an Körnern anzeigt, die während des Erntevorganges verloren gehen. Bekannte Überwachungsvorrichtungen waren lediglich in der Lage, eine gewisse Anzeige zu liefern, die sich mehr oder weniger proportional mit Änderungen der Größe der tatsächlichen Körnerverluste ändert.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich jedoch nicht mit diesem speziellen Problem, sondern vielmehr mit zwei weiteren Problemen, die in gleicher Weise bei bekannten Überwachungsvorrichtungen auftreten, wie sie beispielsweise in der oben genannten DE-A-2 632 507 und der GB-A-2 002 903 gezeigt sind. Das erste dieser weiteren Probleme besteht in der relativ komplizierten Betriebsweise bekannter Körnerverlust- Überwachungsvorrichtungen, während das andere Problem sich auf das Fehlen einer Genauigkeit der Messungen bezieht, insofern, als bekannte Überwachungsvorrichtungen nicht in der Lage sind, in ausreichender Weise zwischen Körnern und Stroh zu unterscheiden. Das letztere Problem ist besonders kritisch, wenn das Erntematerial relativ feucht ist.
Hinsichtlich des Problems der Kompliziertheit bekannter Körnerverlust-Überwachungsvorrichtungen ist feszustellen, daß eine Vielzahl von Steuereinrichtungen von dem Betreiber betätigt werden muß, um die Überwachungsvorrichtung für irgendwelche vorgegebenen Bedingungen einzustellen.
Beispielsweise ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Art des geernteten Erntematerials eingestellt werden muß. Diese Steuereinrichtung legt den Signalschwellenwert fest, der für relativ kleine Körner niedriger sein muß, und der für relativ große Körner höher sein muß. Diese Einstellung ist weiterhin besonders kritisch in Verbindung mit dem zweiten Problem, wie dies weiter unten erläutert wird.
Eine weitere Steuereinrichtung stellt die Empfindlichkeit der Überwachungsvorrichtung ein und sollte unter anderem den Zustand des geernteten Erntematerials berücksichtigen, und zwar dahingehend, ob dies Erntematerial als trocken oder als feucht zu betrachten ist. Es ist nicht immer einfach, zu unterscheiden, ob ein Erntematerial beispielsweise feucht oder trocken ist, und in jedem Fall können sich die Bedingungen ändern, während der Erntevorgang fortschreitet, so daß in idealer Weise die Einstellungen der Überwachungsvorrichtung entsprechend eingestellt werden sollten.
Eine dritte Steuereinrichtung ist weiterhin in Abhängigkeit davon zu betätigen, ob ein zu überwachender Detektor entweder ein dem Trennmechanismus und/oder ein den Reinigungssieben der Erntemaschine zugeordneter Detektor ist.
Die Einstellung dieser Steuereinrichtungen erfordert Zeit und Erfahrung, weil sie in der Praxis ein relativ kompliziertes Vorgehen erfordert. Entsprechend diesem Vorgehen muß der Betreiber die Überwachungsvorrichtung für jede der Einstellungen einer dritten Steuereinrichtung eichen, d.h. für die Steuerung der Auswahl zwischen den dem Trennmechanismus und/oder den den Reinigungssieben zugeordneten Detektoren. Als ersten Schritt bei diesen Eichvorgängen muß der Betreiber die erste Steuereinrichtung einstellen, d.h. die Steuerung des Signalschwellenwertes gemäß der Art von zu erntendem Erntematerial. Diese Steuereinrichtung sollte ausreichend niedrig eingestellt werden, so daß die durch die Körner bedingten Aufprallvorgänge auf den Detektor oder die Detektoren Signale in den Schaltungen erzeugen, die diesem Detektor oder den Detektoren zugeordnet sind. Dies ändert sich entsprechend mit dem spezifischen Gewicht der geernteten Körner.
Als nächstes muß der Betreiber die Erntemaschine mit einem Kapazitätswert betreiben, von dem er erwartet, daß er dem Körnerverlustwert entspricht, den er als gerade innerhalb annehmbarer Grenzwerte liegend betrachtet. Er stellt dann die zweite Steuereinrichtung, d.h. die Steuereinrichtung zur Einstellung der Empfindlichkeit der Überwachungsvorrichtung derart ein, daß eine geeignete 'Ablesung' der Überwachungsvorrichtung erzielt wird. Als nächstes überprüft er körperlich das Stroh, die Spreu und andere Abfälle, die von der Maschine abgegeben werden, und er nutzt sein erfahrenes Auge, um zu entscheiden, ob das Ausmaß des Körnerverlustes, das tatsächlich auftritt, wirklich dem Wert entspricht, den er als annehmbar gewählt hat. Wenn dies nicht der Fall ist, so muß ein weiterer Testlauf bei einem anderen Kapazitätswert durchgeführt werden, von dem erwartet wird, daß er den Körnerverlustwert mit sich bringt, der annehmbar ist. Die zweite Steuereinrichtung wird neu eingestellt, um eine geeignete 'Ablesung' der Überwachungsvorrichtung zu erzeugen, und die körperliche Überprüfung des von der Erntemaschine abgegebenen Materials wird wiederholt. Diese Schritte werden wiederholt, bis einerseits der maximale Kapazitätswert für einen vorgegebenen Körnerverlustwert, der noch als annehmbar betrachtet wird, erzielt wird, und bis andererseits die zweite Steuereinrichtung so eingestellt ist, daß eine 'Ablesung' der Überwachungsvorrichtung erzeugt wird, die bei diesem annehmbaren Körnerverlust angemessen ist.
Wenn der Betreiber entscheidet, daß der Körnerverlust den annehmbaren Wert aufweist, so versucht er die Maschine so zu betreiben, daß die 'Ablesung' der Körnerverlust-Überwachungsvorrichtung auf dem gleichen Wert gehalten wird. Wenn der Betreiber nicht sein erfahrenes Auge verwendet, um diese Eichung einer bekannten Körnerverlust-Überwachungseinrichtung zu bewirken, so kann der Körnerverlust relativ hoch sein, selbst wenn die Überwachungsvorrichtung eine andere Anzeige liefert. Weiterhin kann der entgegengesetzte Fall auftreten, insofern, als die Körnerverlust-Überwachungsvorrichtung möglicherweise anzeigen könnte, daß sich ein Körnerverlust ergibt, der obwohl er gut ist, einen Wert hat, der beträchtlich kleiner als der als annehmbar betrachtete Wert ist. Dies würde unnötigerweise die Kapazität der Erntemaschine beschneiden. Diese Eichung ist insbesondere deshalb schwierig, weil eine tatsächliche Quantifizierung der Körnerverlustrate durch eine ausschließliche physikalische Kontrolle des an der Rückseite der Erntemaschine ausgeworfenen Materials nicht möglich ist, was den Grund dafür darstellt, daß das erfahrene Auge des Betreibers für die Eichung benötigt wird. Die Kompliziertheit dieser Eichung ist auch der Hauptgrund, warum die Steuereinrichtungen bekannter Überwachungsvorrichtungen häufig von dem Betreiber nicht benutzt werden, mit dem Ergebnis, daß bekannte Körnerverlust- Überwachungsvorrichtungen von geringem praktischen Wert sind.
Weiterhin leidet, selbst wenn die Steuereinrichtungen in einer geeigneten Weise betätigt werden, der angezeigte Körnerverlust immer noch an dem Problem, daß er ungenau ist, insofern, als der oder jeder Detektor nicht immer in ausreichender Weise zwischen Aufprallvorgängen von Stroh im Gegensatz zu Aufprallvorgängen von Erntematerial unterscheiden kann. Die Schwierigkeit ergibt sich daraus, daß die Stengel eines vorgegebenen Erntematerials Knollen oder Knoten entlang ihrer Länge aufweisen können und Stengel sehr oft an diesen Knoten brechen. Dies führt zu Strohteilen, die einen Knoten an einem Ende aufweisen. Wenn ein derartiges Strohteil mit dem Knoten voran auf einen Detektor auftrifft, so kann dies zu einem Signal führen, das in gewisser Weise ähnlich dem ist, das durch den Aufprall eines Korns hervorgerufen wird. Entsprechend zählt der Detektor solche auftreffenden Strohteile als Körner und zeigt somit einen größeren Körnerverlust an, als dieser tatsächlich auftritt, mit dem Ergebnis, daß der Betreiber die Betriebsbedingungen ändern kann, um den Körnerverlust auf einen Wert zu verringern, den er als annehmbar betrachtet und den er in Wirklichkeit bereits erzielt. Eine Betriebsbedingung, die zu diesem Zweck geändert werden kann, ist die Vorwärtsgeschwindigkeit der Maschine, die verringert werden könnte und damit die Erntezeit vergrößert, mit dem sich daraus ergebenden Aufwand, was in vielen Fällen unnötig ist, weil der tatsächliche Körnerverlust innerhalb eines Bereiches liegen kann, der für den Betreiber annehmbar ist.
Eine Unterscheidung zwischen Aufprallvorgängen, die durch Körner und Strohteile hervorgerufen werden, kann bei bekannten Körnerverlust-Überwachungseinrichtungen durch eine Einstellung der ersten Steuereinrichtung erzielt werden, d.h. der Steuereinrichtung zur Einstellung des Signalschwellenwertes. Idealerweise sollte diese Steuereinrichtung derart eingestellt werden, daß die Überwachungsvorrichtung einerseits alle Körner- Aufprallvorgänge aufzeichnet und andererseits alle Stroh- Aufprallvorgänge unterdrückt. Es wurde jedoch festgestellt, daß in der Praxis eine 'Ablesung' oder Anzeige einer Überwachungsvorrichtung relativ häufig teilweise durch Stroh- Aufprallvorgänge und teilweise durch Körner-Aufprallvorgänge erzeugt wird. Es ist jedoch sehr schwierig, wenn nicht sogar vollständig unmöglich für den Betreiber, genau abzuschätzen, welcher Teil der 'Ablesung' der Überwachungsvorrichtung durch Stroh-Aufprallvorgänge erzeugt wird, und welcher andere Teil der 'Ablesung' der Überwachungsvorrichtung durch Aufprallvorgänge von Körnern erzeugt wird.
Dieses Problem wird weiterhin durch die Tatsache verstärkt, daß der Unterscheidungspunkt zwischen dem Aufprall von Körnern und dem Aufprall von Stroh stark in Abhängigkeit von den Erntebedingungen schwankt, wie zum Beispiel in Abhängigkeit von dem Feuchtigkeitsgehalt des geernteten Erntematerials. Bedingungen mit feuchtem Erntematerial erfordern eine niedrigere Schwellenwerteinstellung als Bedingungen mit trockenem Erntematerial, und zwar aufgrund der relativen Weichheit feuchter Körner und Strohteile. Eine Schwellenwerteinstellung, die für Bedingungen mit trockenem Erntematerial annehmbar ist, d.h. die in ausreichender Weise zwischen trockenen Körnern und trockenen Strohteilen unterscheidet, kann zur Feststellung des Aufpralls von feuchten Körnern zu hoch sein. Weiterhin kann eine annehmbare Einstellung für Bedingungen mit feuchtem Erntematerial Aufprallvorgänge, die durch trockene Strohteile hervorgerufen werden, als Aufprallvorgänge von Körnern anzeigen. Als Folge hiervon ist es damit auch für den Betreiber sehr schwierig, eine Entscheidung über die Schwellenwerteinstellung der Überwachungseinrichtung zu treffen.
Die vorstehenden Probleme werden weiterhin durch die Tatsache noch weiter kompliziert, daß einerseits bei trockenen Erntebedingungen das Stroh wesentlich stärker brüchig ist. Dies führt dazu, daß wesentlich mehr Strohteile mit einem Knoten an einem Ende gebildet werden. Entsprechend wird auch bei trockenen Erntebedingungen ein relativ höherer Anteil der auf den Körnerverlustdetektoren auftretenden Aufprallvorgänge durch Strohteile hervorgerufen. Andererseits ist es bei Bedingungen mit feuchtem Erntematerial für die Körner weiterhin wesentlich schwieriger, sich von der Strohschicht zu trennen, die am hinteren Ende der Erntemaschine ausgeworfen wird, so daß proportional eine kleinere Anzahl von Körnern auf die Detektoren bei Bedingungen mit feuchtem Erntematerial auftrifft, obwohl der Körnerverlustpegel zu hoch sein kann.
Im Hinblick auf die hohen Kosten eines Erntevorganges ist es äußerst wichtig, die Kapazität einer vorgegebenen Erntemaschine so groß wie möglich zu halten, und zwar unter Einhaltung einer Körnerverlustrate, die einen Sollwert nicht überschreitet. Entsprechend ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Körnerverlust-Überwachungsvorrichtung zu schaffen, die im Betrieb einfach ist und die eine Anzeige der Größe der tatsächlich auftretenden Körnerverluste liefert, die in geringerem Ausmaß durch den Aufprall von anderem Material als Körnern verfälscht ist, als dies bei bisher bekannten Überwachungsvorrichtungen der Fall ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Körnerverlust- Überwachungsvorrichtung für eine Erntemaschine geschaffen, die zur Trennung von Körnern von Erntematerialabfällen betreibbar ist, wobei die Könerverlust-Überwachungsvorrichtung folgende Teile umfaßt:
Detektoreinrichtungen zur Feststellung eines Körnerverlustes von der Erntemaschine, mit einer Meßfühlerplatte und damit betriebsmäßig verbundenen Wandlereinrichtungen, wobei die Meßfühlerplatte derart angeordnet ist, daß Körner enthaltendes Erntematerial auf diese Platte auftrifft, während es aus der Erntemaschine abgegeben wird, und wobei die Wandlereinrichtung betreibbar ist, um physikalische Schwingungen der Meßfühlerplatte, die durch den Aufprall des Erntematerials auf diese hervorgerufen werden, in elektrische Ausgangssignale umzuwandeln, und
Schaltungseinrichtungen, die zur Verarbeitung der elektrischen Ausgangssignale derart betreibbar sind, daß eine Anzeige der Größe des Körnerverlustes von der Erntemaschine erzeugt wird,
wobei die Überwachungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß
die Wandlereinrichtungen eine Resonanzfrequenz im Bereich von 8 bis 25 kHz aufweisen und die Schaltungseinrichtungen einen hierauf abgestimmten Frequenzbereich aufweisen, wobei der Resonanzfrequenzbereich der Wandlereinrichtungen derart ausgewählt ist, daß in diesem Bereich die elektrischen Ausgangssignale, die durch den Aufprall von Körnern in dem Erntematerial auf die Meßfühlerplatte erzeugt werden, gegenüber den elektrischen Ausgangssignalen überwiegen, die durch den Aufprall von Abfällen in diesem Erntematerial auf die Meßfühlerplatte erzeugt werden.
Die Resonanzfrequenz der Wandlereinrichtungen liegt vorzugsweise im Bereich von 12 bis 25 kHz, beispielsweise im Bereich von 15 kHz.
Die Auswahl des Resonanzfrequenzbereiches der Wandlereinrichtungen ist das Ergebnis einer sehr ausführlichen Untersuchung der Signale, die durch eine Meßfühlerplatte hindurch übertragen werden, wenn auf diese ein Gegenstand wie zum Beispiel ein Strohteil oder ein Korn auftrifft. Es wurde festgestellt, daß eine über eine Meßfühlerplatte als Ergebnis eines Aufpralls auf diese übertragene Welle eine hochfrequente Wellenform aufweist, auf die ein niederfrequenter Hauptteil folgt. Dieser Wellenhauptteil ist durch das Modenverhalten der Meßfühlerplatte bestimmt. Der Erfinder richtete seine Aufmerksamkeit auf diese spezielle Charakteristik und untersuchte weiter, ob die hochfrequente Wellenfront in vorteilhafter Weise zur Lösung der derzeitigen Schwierigkeiten von Körnerverlust-Überwachungsvorrichtungen verwendet werden könnte oder nicht. Diese Untersuchungsarbeiten umfaßten eine Fourieranalyse der Wellenformen der Signale, die in der Detektorplatte durch den Aufprall von Körnern (sowohl trockene als auch feuchte) und Stroh (mit Knoten) auf die Platte hervorgerufen werden. Es wurde festgestellt, daß die hochfrequenten Wellenfronten von Körneraufprallsignalen und von Stroh-Aufprallsignalen unterschiedliche Frequenzen aufweisen; die Stroh-Aufprallsignale weisen Wellenfronten mit niedrigerer Frequenz auf, als die Korn-Aufprallsignale. Entsprechend war es dann möglich, einen Bereich von Resonanzfrequenzen zu bestimmen, auf den die Detektoreinrichtungen und die zugehörigen Schaltungen abgestimmt werden konnten und der dazu führt, daß der Aufprall von Körnern bei allgemeinem Ausschluß des Aufpralls von Stroh 'gezählt' wurde. In dieser Hinsicht wurde der Aufprall von trockenen Körnern genauso 'gezählt', wie der Aufprall von trockenen Körnern.
Die Wandlereinrichtungen umfassen entweder einen einzelnen Wandler oder eine Mehrzahl von Wandlern, die vorzugsweise vom Keramikkristallwandlertyp sind. Die Auswahl eines Keramikkristalls für den Wandler führt zu einer Anzahl von Vorteilen. Dies ergibt sich daraus, daß zur Erzielung einer ausreichenden Selektivität und zur gleichzeitigen Erzielung einer annehmbaren Empfindlichkeit es vorteilhaft ist, wenn die charakteristische Funktion des Detektors zur Signalaufbereitung beiträgt. Ein normales Mikrophon weist einen ebenen Frequenzgang oder Frequenzverlauf und einen vergleichsweise niedrigen Signalausgang mit einer hohen Eingangsimpedanz auf. Diese Charakteristik ist nicht selektiv genug, zumindestens nicht für die Zwecke einer Körnerverlustüberwachung. Weiterhin ist die Konstruktion eines normalen Mikrophons gleichermaßen nicht robust genug für die Verwendung an einer schwingenden Anordnung, wie zum Beispiel einem Mähdrescher.
Die Frequenzcharakteristik eines Keramikkristalls zeigt jedoch eine Resonanzfrequenz, die für die Signalverarbeitung nützlich ist. Ein Keramikkristall verhält sich als Resonanzschaltung und verstärkt die Signalfrequenzen in seinem Resonanzbereich. Im Gegensatz zu Schwingungsmeßgeräten, bei denen Resonanzbereiche des Aufnehmers vermieden werden, um eine gleichförmige Frequenzempfindlichkeit zu erzielen, wird die Frequenzcharakteristik eines Keramikkristalls bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dazu verwendet, ein selektives Ausgangssignal zu schaffen. Der Kristall empfängt die Aufprallsignale aufgrund von physikalischen Schwingungen von der Detektorplatte, an der er befestigt ist, und wandelt sie in elektrische Ausgangssignale um, in denen die Frequenzen im Resonanzbereich des Kristalls überwiegen. Entsprechend ist die Verwendung eines Keramikkristallwandlers oder von Keramikkristallwandlern besonders nützlich bei der praktischen Ausführung des grundlegenden erfinderischen Konzeptes der Auswahl einer Resonanzfrequenz des Detektors im Bereich von 8 bis 25 kHz.
Die Schaltungseinrichtungen umfassen vorzugsweise ein Hochpaßfilter, mit dem der Ausgang der Wandlereinrichtungen verbunden ist. Dieses Hochpaßfilter weist einen Frequenzbereich auf, der einerseits auf die Resonanzfrequenz der Wandlereinrichtungen und andererseits auf den Frequenzbereich der Wellenfronten der Signale abgestimmt ist, die in den Wandlereinrichtungen durch den Aufprall von Körnern auf die Detektorplatte der Detektoreinrichtungen hervorgerufen werden. Dieses Filter ist vorzugsweise ein Filter sechster Ordnung und weist einen steilen Gradienten im Frequenzbereich von 10 bis 15 kHz auf.
Eine Körnerverlust-Überwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird im folgenden ausführlicher in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die begefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Figuren 1 bis 5 und Figur 8 zu Erläuterungszwecken dienende graphische Darstellungen, die zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung nützlich sind,
Figur 6 ein Diagramm, das die Erkennungsraten verschiedener Arten von Körnern und Stroh unter Verwendung der vorliegenden Erfindung zeigt, und
Figur 7 ein Blockschaltbild einer Körnerverlust- Überwachungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Unter Betrachtung der Figur 1 der Zeichnungen ist festzustellen, daß diese zwei Kurven zeigt, die durch eine Fourieranalyse der Signale gewonnen wurden, die in einem Aufpralldetektor durch den Aufprall eines Weizenkorns bzw. eines Weizenstrohteils mit einem Knoten an einem Ende induziert werden, wenn diese aus einer vorgegebenen Höhe auf den Detektor fallengelassen werden. Figur 1 zeigt eine allgemeine Größenskala auf der Ordinatenachse und die Frequenz in Hertz entlang der Abszissenachse. Die mit vollen Linien ausgezogene Kurve 1 ist diejenige, die gewonnen wird, wenn ein Weizenkorn mit einem Feuchtegehalt von 11% aus einer Höhe von 10 cm über der Detektorplatte herunterfällt, mit der eine Wandler- oder Lastzelle verbunden ist, die einen breiten und konstanten Frequenzbereich aufweist. Die mit strichpunktierten Linien dargestellte Kurve 2 wurde dadurch gewonnen, daß ein Weizenstengel (Stroh) mit einem Knoten an einem Ende mit dem Knoten voran aus der gleichen Höhe auf die gleiche Detektoranordnung fällt. Die Kurve 1 zeigt, daß die Größe des Signals, das durch den Aufprall eines Weizenkorns erzielt wird, relativ konstant bis hinauf zu zumindestens 25 kHz ist. Das durch das Stroh erzeugte Signal weist jedoch zu Anfang eine relativ hohe Größe bis zu ungefähr 5 kHz auf und fällt dann stark ab, so daß sich im Bereich von 15 kHz praktisch kein Signalpegel ergibt.
Die Tatsache, daß das Strohsignal 2 das Kornsignal 1 im Niederfrequenzbereich stark übersteigt, stellt keine Überraschung dar, weil das Gewicht des Strohteils mit dem Knoten ebenfalls stark das Gewicht des Getreidekorns übersteigt. Diese Feststellungen zeigen weiterhin, daß ein Körnerverlustmeßfühler, der auf den Niederfrequenzbereich abgestimmt ist, hauptsächlich Stroh-Aufprallvorgänge anstelle von Körner-Aufprallvorgängen aufzeichnen würde. Dies ist in keiner Weise annehmbar. Wenn andererseits die Kurven 1 und 2 beispielsweise am 15 kHz-Punkt verglichen werden, so ist zu erkennen, daß der Signalpegel der Stroh-Aufprallvorgänge verglichen mit dem Signalpegel der Weizenkörner vernachlässigt werden kann, der in der Größenordnung von 10 liegt. Die absolute Größe der beiden Signale ist ohne Bedeutung; der wesentliche Punkt besteht darin, daß das Verhältnis des Getreidekornsignals zum Strohsignal in einem vorgegebenen Frequenzbereich hoch ist, so daß es möglich ist, die einen niedrigen Pegel aufweisenden Signale zu entfernen und sich damit auf die Signale mit hohem Pegel zu konzentrieren.
Die in den nachfolgend betrachteten Figuren 2 bis 4 gezeigten Kurven wurden unter Verwendung eines Detektors in Form einer Platte gewonnen, an der ein Kristalldetektor mit einer Resonanzfrequenz im Bereich von 15 kHz befestigt ist. Dies steht damit im Gegensatz zur der Anordnung, mit der die Signale nach Figur1 abgeleitet wurden und die einen Detektor mit einer Lastzelle aufweist, der eine breiten und konstanten Frequenzbereich hat. Figur 2 ist eine graphische Darstellung im Zeitbereich, wobei die Größe gegenüber der Zeit in Sekunden aufgetragen ist. Die strichpunktierte Kurve 3 ergab sich aus dem Aufprall von Stroh, während sich die mit vollen Linien dargestellte Kurve 4 aus dem Aufprall eines Weizenkorns auf den Detektor ergab. Aus einem Vergleich der Kurven 3 und 4 nach Figur 2 ist zu erkennen, daß von diesen keine brauchbare Information zur Messung von Körnerverlusten abgeleitet werden kann, weil sich beide Kurven im wesentlichen überlappen. Figur 2 ist jedoch dennoch nützlich, weil sie zu einer Bestätigung der Feststellungen führt, die aus Figur 1 abgeleitet werden können, nach denen einerseits ein Getreidekorn-Aufprall ein Signal erzeugt, bei dem die hochfrequenten Schwingungen proportional relativ groß sind, während andererseits ein Strohaufprall ein Signal erzeugt, bei dem die niederfrequenten Schwingungen proportional ebenfalls relativ groß sind.
Figur 3 zeigt eine der Figur 1 insoweit ähnliche graphische Darstellung, als eine allgemeine Größenskala auf der Ordinatenachse und eine Frequenzskala in Hertz entlang der Abszissenachse gezeigt sind. Auch hier zeigt die strichpunktierte Kurve 5 wieder das Stroh-Aufprallsignal, während die voll ausgezogene Kurve 6 das Getreidekorn- Aufprallsignal zeigt. Aus diesen Kurven ist zu erkennen, daß um den 15 kHz-Punkt herum ein Signalpegel von mehr als 2,5 durch das Weizenkorn erzeugt wird, während der von dem Stroh erzeugte Signalpegel in der Größenordnung von 0,4 liegt. Daher ist das Verhältnis dieser Signale bei 15 kHz ausreichend hoch. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Signalamplitude des Getreidekornsignals in dem Hochfrequenzbereich hoch ist, während in diesem gleichen Frequenzbereich die Amplitude des Strohsignals niedrig ist. Diese graphische Darstellung bestätigt weiterhin, daß die Amplitude des Strohsignals im niederfrequenten Bereich die des Getreidekornsignals beträchtlich übersteigt.
Figur 4 ist sehr ähnlich zur Figur 3, mit der Ausnahme, daß sie die Ergebnisse einer Fourieranalyse der Signale nach Figur 2 zeigt, nachdem sie ein Hochpaßfilter durchlaufen haben, dessen Charakteristik in Figur 8 gezeigt ist. Auch hier zeigt die gestrichelte Kurve das Signal, das sich aus dem Aufprall von Stroh (mit dem Knoten voran) ergibt, während die voll ausgezogene Kurve 8 das Signal zeigt, das sich aus dem Aufprall des Weizenkorns ergibt. Figur 4 zeigt, daß die Größe des von dem aufprallenden Weizenkorn erzeugten Signals eine erhebliche Spitze um 15 kHz und eine Größe von mehr als 60 aufweist, während das von dem aufprallenden Stroh erzeugte Signal einen stärker gleichförmigen Größenpegel aufweist. Es ist damit zu erkennen, daß am 15 kHz-Punkt das Verhältnis der Größe des Weizenkornsignals zu der des Strohsignals relativ hoch ist, was mit den Kurven nach Figur 3 übereinstimmt.
Das zur Filterung der Signale verwendete Hochpaßfilter ist vorzugsweise von sechster Ordnung, so daß ein relativ steiler Gradient in dem ausgewählten Freqquenzbereich erzielt wird, wobei dieser Bereich bei der Anordnung, deren Charakteristik in Figur 8 gezeigt ist, zwischen 10 und 15 kHz liegt. Die graphische Darstellung nach Figur 8 zeigt den Verstärkungsfaktor des Filters auf der Ordinatenachse gegenüber den Frequenzwerten auf der Abszissenachse an, wobei tatsächlich die Figur 4 als Ergebnis der Multiplikation der Signale nach Figur 3 mit den in Figur 8 gezeigten Verstärkungsfaktoren betrachtet werden kann.
Es wurde festgestellt, daß bei der Verwendung eines Hochpaßfilters der vorstehend beschriebenen Art hauptsächlich lediglich die Wellenfronten der Getreidekorn-Aufprallsignale betrachtet werden, weil diese Wellenfronten eine hohe Frequenz aufweisen, so daß sie das Filter durchlaufen und verstärkt werden. Im Gegensatz dazu hat der verbleibende Teil der Getreidekorn-Aufprallsignale eine niedrigere Frequenz, so daß dieser Rest ausgefiltert wird. Insofern als die Stroh- Aufprallsignale insgesamt eine wesentlich niedrigere Frequenz aufweisen (selbst auch deren Wellenfronten), werden auch diese Signale in gleicher Weise in erheblichem Ausmaß ausgefiltert. Zusammenfassend ist festzustellen, daß es die Verwendung eines Hochpaßfilters der vorstehend beschriebenen Art ermöglicht, hauptsächlich die Wellenfronten der Getreidekorn-Aufprallsignale zu betrachten, während der Rest dieser Signale sowie die gesamten Stroh-Aufprallsignale weitgehend ignoriert werden.
Die im folgenden betrachtete Figur 5 faßt die Ergebnisse eines Aspektes der Untersuchung zusammen, die durchgeführt wurde und die in ihrem verschiedenen Gesichtspunkten in den Figuren 1 bis 4 der Zeichnungen dargestellt ist. Insbesondere zeigt diese Figur die Fähigkeit zur Unterscheidung zwischen Körnern und Stroh in einem vorgegebenen Zustand. Es zeigt die Erkennungsrate oder prozentuale Erkennung (Ordinatenachse) der Aufprallvorgänge von Weizenkörnern und Stroh gegenüber Schwellenwertspannungen (Abszissenache) bei einer Körnerverlust-Überwachungsvorrichtung, die einen Aufpralldetektor vom Typ mit einem Kristallwandler mit einer Resonanzfrequenz von 15 kHz einerseits und mit einem Hochpaßfilter zumindestens sechster Ordnung andererseits aufweist.
Unter prozentualer Erkennung oder Erkennungsrate wird der Anteil der Signale verstanden, der von der Überwachungsvorrichtung aufgezeichnet wird, wenn diese auf irgendeine vorgegebene Schwellenwertspannung eingestellt ist. Als Beispiel bedeutet eine Erkennungsrate von 80% bei einer Schwellenwertspannung von 1 Volt, daß wenn die Überwachungsvorrichtung auf eine Schwellenwertspannung von 1 Volt eingestellt ist, die Überwachungsvorrichtung auf 80 Aufprallvorgänge von einer Gesamtzahl von 100 Aufprallvorgängen anspricht und diese aufzeichnet, die auf den Aufpralldetektor erfolgt sind. Dies bedeutet weiterhin, daß 20 Aufprallvorgänge von der Überwachungsvorrichtung ignoriert werden. Mit anderen Worten heißt dies, daß 80 Aufprallvorgänge von 100 Aufprallvorgängen auf den vorgegebenen Aufpralldetektor in Signale von zumindestens 1 Volt umgesetzt werden.
Um die graphische Darstellung nach Figur 5 zu erstellen, wurde die Schwellenwertspannung für die Signale, die an dem Detektor durch aufprallende Weizenkörner und Stroh erzeugt wurden, zwischen 0,1 und 2 Volt geändert, um festzustellen, ob die Schwellenwerte als solche Körnersignale klar von Strohsignalen unterscheiden würden. Weiterhin wurde die Länge der Detektorplatte des Aufpralldetektors geändert, um den möglichen Einfluß dieser Variablen zu prüfen. Vier Kurven sind in Figur 5 gezeigt, die folgendes zeigen:

Kurve 9:

Die Erkennungsrate von Aufprallvorgängen von Weizenstrohteilen, die aus einer Höhe von 100 mm auf eine Detektorplatte mit einer Länge von 265 mm fallen, wobei ein einzelner Kristallwandler verwendet wird und die Strohteile Knoten aufweisen, mit denen sie auf die Detektorplatte auftreffen.

Kurve 10:

Die Erkennungsrate der Aufprallvorgänge von Weizenkörnern, die aus einer Höhe von 100 mm auf eine Detektorplatte mit einer Länge von 265 mm fallen, bei der ein einzelner Kristallwandler verwendet wird.

Kurven 11 und 12:

Das gleiche wie Kurve 10, jedoch mit der Ausnahme, daß die Detektorplatte eine Länge von 850 mm bzw. 1400 mm hat.
Die Kurve 9 zeigt, daß für einen niedrigen Schwellenwert die prozentuale Erkennung von Strohaufprallvorgängen bei 75% relativ hoch ist. Dies zeigt weiterhin, daß mit einer Überwachungsvorrichtung, die auf einen niedrigen Schwellenwert eingestellt ist (unterhalb von 0,5 Volt), die 'Ablesung' der Überwachungsvorrichtung sehr stark durch die Menge des auf die Detektoroberfläche aufprallenden Strohs beeinflußt wird. Dies ist selbstverständlich nicht annehmbar. Die Erkennungsrate von Stroh-Aufprallvorgängen fällt jedoch dramatisch von einer Schwellenspannung von 0,3 an ab und sie beträgt weniger als 20% bei einer Schwellenspannung, die auf 0,7 Volt oder höher eingestellt ist. Bei Betrachtung des Schwellenspannungsbereichs zwischen 0,7 Volt und 1,2 Volt ist festzustellen, daß die Erkennungsrate von Strohaufprallvorgängen relativ konstant bei ungfähr 12% zu liegen scheint, was als annehmbar betrachtet wird.
Aus der Kurve 10 ist zu erkennen, daß die prozentuale Erkennung von Korn-Aufprallvorgängen bei der gleichen Detektoranordnung wie für die Kurve 9 in der Größenordnung von 95% bei Schwellenspannungen in dem Bereich von 0,7 bis 1,12 Volt ist, so daß, wenn dieser Schwellenwertbereich verwendet wird, die Erkennung von Körnern überwiegt.
Aus einem Vergleich der Kurven 10, 11 und 12 ist weiterhin zu sehen, daß die Erkennungsrate im wesentlichen unabhängig von der Breite der Detektorplatte ist, und zwar trotz der Verwendung von lediglich einem Wandler pro Aufpralldetektor. Tatsächlich ist, obwohl es zu erkennen ist, daß die Erkennungsrate für den längsten (breitesten) untersuchten Detektor (Kurve 12) in der Größenordnung von 80% (im Gegensatz zu 95% für den kürzesten Detektor) im Schwellenspannungsbereich von 0,7 bis 1,2 Volt liegt, dies immer noch beträchtlich höher als die 12% Stroh- Erkennungsrate in dem gleichen Schwellenspannungsbereich ist. Diese 80%-Erkennungsrate ergibt immer noch ausreichende Ergebnisse gegenüber der Erkennungsrate von 12% für Stroh in dem gleichen Bereich.
Die vorstehende Analyse scheint damit anzuzeigen, daß es möglich sein muß, eine Körnerverlust-Überwachungsvorrichtung aufzubauen, die für einen vorgegebenen Zustand bis zu einem befriedigenden Pegel zwischen Korn und Stroh unterscheidet. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, eine Überwachungsvorrichtung zu schaffen, die einerseits einen Aufpralldetektor mit einem Kristalldetektor mit einer Resonanzfrequenz im Bereich von 15 kHz und andererseits ein Hochpaßfilter einschließt, das ebenfalls auf diesen Frequenzbereich abgestimmt ist. Die Überwachungsvorrichtung sollte jedoch auch in der Lage sein, zwischen Korn und Stroh in eeinem weiten Bereich von Bedingungen zu unterscheiden.
Bisher wurden die Einflüsse von unterschiedlichen Erntematerialien und Erntematerialbedingungen noch nicht betrachtet. Dies erfolgt jedoch im folgenden unter Bezugnahme auf Figur 6, die die prozentuale Erkennung von unterschiedlichen Arten von Erntematerial (Körnern) und Stroh zeigt. Der Erfassungspunkt auf dem zur Erzeugung dieser Darstellungen verwendeten Detektor lag 150 mm auf einer Seite des einzigen verwendeten Kristalldetektors, der eine Resonanzfrequenz in der Größenordnung von 15 kHz hatte. Die verwendete Aufbereitungsschaltung wies ein Filter sechster Ordnung auf und war auf einen Schwellenwert von 1 Volt eingestellt. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Schwellenwerteinstellung für die Überwachungsvorrichtung sich über den gesamten Vergleichstest nicht änderte.
In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß bei Körnerverlust- Überwachungsvorrichtungen, die bisher bekannt sind, es immer erforderlich war, die Schwellenwerteinstellung zu ändern, wenn von einem Erntematerial oder einem Erntematerialzustand zu einem stark abweichenden Erntematerial oder Erntematerialzustand gewechselt wurde. Tatsächlich zeichnete, wenn die Überwachungsvorrichtung beispielsweise für den Betrieb mit Weizen eingestellt war, und Hafer geerntet wurde, die Überwachungsvorrichtung aufgrund des Unterschiedes der Erntematerialcharakteristik (Hafer ist wesentlich weicher als Weizen) überhaupt keine Aufprallvorgänge von Haferkernen auf. Entsprechend bewirkte dies eine Anzeige, daß keine Körnerverluste auftreten würden, obwohl tatsächlich ein erheblicher Körnerverlust auftreten konnte. In gleicher Weise sprach, wenn die Überwachungsvorrichtung für den Betrieb mit Hafer eingestellt war und Weizen geerntet wurde, die Überwachungsvorrichtung sehr stark auf den Weizenstrohaufprall zusätzlich zu dem Aufprall von Weizenkörnern an. Als Folge hiervon mußte die Schwellenwerteinstellung der Überwachungsvorrichtung in Abhängigkeit von dem geernteten Erntematerial eingestellt werden.
Bei einer näheren Betrachtung der Figur 6 ist zu erkennen, daß die Erkennungsraten für vier unterschiedliche Erntematerialien, nämlich Weizen, Hafer, Mais und Rapssamen verglichen wurden. Dieser kleine Bereich von Erntematerial kann als repräsentativ für die große Vielzahl von Erntematerialien betrachtet werden, die mit Mähdreschern geerntet werden können. Weiterhin vergleicht Figur 6 auch die Erkennungsraten bei unterschiedlichen Erntematerialbedingungen.
Wenn zunächst die vier Spalten auf der linken Seite der Figur 6 betrachtet werden, so ist zu erkennen, daß die Feuchtigkeit lediglich einen minimalen Einfluß auf die Erkennungsrate von Weizenkörnern hat, weil diese Erkennungsrate ungefähr 90% für relativ trockenen Weizen (12% Feuchtigkeitsgehalt) beträgt und immer noch ungefähr bei 80% für feuchten Weizen (26% Feuchtigkeitsgehalt) liegt. Dies ist im Vergleich zur Erkennungsrate von 12% für trockenes Weizenstroh sehr vorteilhaft, wobei die Erkennungsrate für feuchtes Weizenstroh noch kleiner ist. Abgesehen von diesen Feststellungen sei bemerkt, daß eine Verringerung der Körnererkennungsrate bei einem Anstieg des Feuchtigkeitsgehaltes nicht überraschend ist, weil ein erhöhter Feuchtigkeitsgehalt die Getreidekörner erweicht. Die weesentliche Feststellung besteht jedoch darin, daß selbst unter den schlechtesten Bedingungen immer noch ein großer Unterschied zwischen den Erkennungsraten von Weizenkörnern und Stroh besteht, ohne daß der Schwellenwert auf den speziellen Zustand eingestellt werden muß, so daß immer ein zuverlässiges Signal gewonnen wird. Tatsächlich ist Weizen wahrscheinlich das Erntematerial, bei dem es am schwierigsten ist, zwischen den Getreidekörnern und Stroh zu unterscheiden, weil die physikalischen Eigenschaften der Knoten in den Halmen sehr nahe an die physikalischen Eigenschaften von Weizenkörnern heranreichen, insbesondere dann, wenn feuchte Weizenkörner mit trockenen Knoten verglichen werden.
Wenn als nächstes die beiden Spalten betrachtet werden, die die Erkennungsraten von Haferkörnern darstellen, so ist festzustellen, daß ohne eine Neueinstellung des Schwellenwertes dieser Überwachungsvorrichtung diese Erkennungsrate immer noch ungefähr 60% für trockenen Hafer (12% Feuchtigkeitsgehalt) beträgt und auf ungefähr 20% für feuchten Hafer (21% Feuchtigkeitsgehalt) absinkt. Dies wird als eine beträchtliche Verbesserung betrachtet, obwohl diese Erkennungsraten beträchtlich niedriger sind, als die Erkennungsraten für Weizen, weil bekannte Überwachungsvorrichtungen eine Erkennungsrate von null für Haferkörner hatten, wenn der Schwellenwert nicht für diese Art von Erntematerial neu eingestellt wurde. Weiterhin, und obwohl die Erkennungsrate von Haferstroh in Figur 6 nicht gezeigt ist, sei bemerkt, daß aufgrund dessen physikalischer Eigenschaften Haferstroh mit der Einstellung der Überwachungsvorrichtung wie sie weiter oben beschrieben wurde, nicht erfaßt wird. Entsprechend ergibt sich absolut kein Problem hinsichtlich der Unterscheidung zwischen Haferkörnern und Haferstroh. Die vorstehenden Feststellungen zeigen weiterhin, daß einerseits die Schwellenwerteinstellung entfallen kann, wenn von Weizen auf Hafer übergegangen wird, und daß andererseits der Abfall der Getreidekörnererkennungsraten beim Übergang von Weizen auf Hafer durch Einstellung der Empfindlichkeitseinstellung der Überwachungsvorrichtung kompensiert werden kann. Weiterhin kann der erhebliche Abfall der Erkennungsraten beim Übergang von trockenem Hafer zu feuchtem Hafer auf diese Weise kompensiert werden; der wesentliche Punkt ist jedoch, daß kein Schwellenwertabgleich erforderlich ist.
Bei nachfolgender Betrachtung der Spalten, die die Erkennungsraten von trockenem und feuchtem Mais zeigen (12% bzw. 27% Feuchtigkeitsgehalt), so ist festzustellen, daß diese Erkennungsraten immer oberhalb von 80% liegen. Maisstengel und Maisabfälle, wie zum Beispiel Teile der Maiskolben werden mit der Überwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung bei der vorstehend beschriebenen Einstellung nicht festgestellt.
Bei abschließender Betrachtung der Spalte, die die Erkennung von Rapssamen zeigt, ist es sehr bemerkenswert und überraschend, daß ohne irgendeine Schwellenwerteinstellung die Überwachungsvorrichtung immer noch eine Erkennungsrate von ungefähr 15% bei den relativ kleinen Rapssamenkörnern hat.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß die vorstehend beschriebenen Untersuchungen zeigen, daß die Körnerverlust- Überwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung, wie sie im vorstehenden beschrieben wurde, d.h. eine Körnerverlust- Überwachungseinrichtung mit einem Hochpaßfilter und einem Aufpralldetektor mit einer Detektorplatte und einem damit verbundenen Kristallwandler mit einer Resonanzfrequenz im Bereich von 15 kHz, in ausreichender Weise zwischen dem Aufprall von Körnern und Stroh bei einer großen Vielzahl von Erntematerialien und Erntematerialbedingungen unterscheidet, ohne daß es erforderlich ist, den Schwellenwert auf diese Erntematerialien und Erntematerialbedingungen einzustellen, wobei die einzige Einstellung, die noch erforderlich ist, die Empfindlichkeitseinstellung ist. Diese Empfindlichkeitseinstellung erfordert noch die Eichung der Überwachungsvorrichtung, was eine tatsächliche Überprüfung der jeweils auftretenden Verluste am hinteren Ende der Erntemaschine umfaßt. Zu diesem Zweck ist die Überwachungsvorrichtung mit einer einzigen Steuereinrichtung versehen, und dies hat den Einstellvorgang stark vereinfacht.
Im folgenden wird Figur 7 der Zeichnungen betrachtet. Diese Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild einer Körnerverlust- Überwachungsvorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Die Schaltung umfaßt zwei Kanäle 14 und 15, von denen einer für einen Detektor oder Detektoren bestimmt ist, die am Auslaßende des (nicht gezeigten) Trennmechanismus angeordnet sind, während der andere Kanal für einen Detektor oder Detektoren bestimmt ist, die am Auslaßende des oberen Siebes des (wiederum nicht gezeigten) Reinigungsmechanismus eines Mähdreschers angeordnet sind. Die Detektoren sind derart angeordnet, daß ein Teil der Körner, die von dem an der Rückseite der Maschine ausgeworfenen Stroh, der Spreu und anderen Abfällen mitgenommen werden, und die von dem Stroh, der Spreu und anderen Abfällen getrennt sind, auf den Detektoren zum Aufprall gebracht wird. Im Fall eines üblichen Mähdreschers sind der Detektor oder die Detektoren, die dem Trennmechanismus zugeordnet sind, üblicherweise an einem oder mehreren Strohschüttlern an Positionen befestigt, die benachbart zu und hinter sowie leicht unterhalb der Auslaßenden dieser Strohschüttler liegen. Im Fall von rotierenden Mähdreschern, die keine Strohschüttler verwenden, sind der Detektor oder die Detektoren vorzugsweise unterhalb des hinteren Endteils oder der Endteile der Trennkörbe angeordnet.
Die in den Kanälen 14 und 15 verwendeten Detektoren sind in den Zeichnungen nicht dargestellt, doch können sie die Form von Edelstahlplatten aufweisen, mit denen Kristallwandler verbunden sind, wobei derartige Detektoren in der EP-A-0 339 142 mit dem gleichen Anmeldetag und dem Titel 'Impact Detectors' beschrieben sind. Der Inhalt dieser gleichzeitig anhängigen Anmeldung wird durch diese Bezugnahme hiermit aufgenommen.
Mit jeder Detektorplatte ist ein einzelner Keramikkristallwandler 16 mit einer Resonanzfrequenz im Bereich von 8 bis 25 kHz verbunden. Vorzugsweise liegt diese Resonanzfrequenz in dem Bereich von 12 bis 25 kHz. Sehr gute Ergebnisse wurden mit einem Kristall mit einer Resonanzfrequenz von ungefähr 15 kHz erzielt. Noch bessere Ergebnisse wurden mit einem Aufpralldetektor erzielt, der zwei Keramikkristallwandler aufweist, die in einem einzigen Wandlergehäuse vorgesehen sind, das mit der Detektorplatte verbunden ist. Bei dieser Doppelwandleranordnung hatten die Kristallwandler eine Resonanzfrequenz von 11,6 kHz bzw. von 19,5 kHz. Dies heißt mit anderen Worten, daß die jeweiligen Resonanzfrequenzen an den entgegengesetzten Enden des ausgewählten Bereiches liegen.
Das Ausgangssignal des Kristalls 16 für jeden der Kanäle 14 und 15 wird einem Hochpaßfilter 17 zugeführt, und der Ausgang dieses Hochpaßfilters wird einem ersten Vergleicher 18 zugeführt, mit den eine einstellbare Schwellenwerteinrichtung 19 verbunden ist. Der Ausgang des ersten Vergleichers 18 wird einem zweiten Vergleicher 21 mit einer festen Schellenwerteinrichtung 22 zugeführt, die vorgesehen ist, um irgendwelche Störungen an der relativ langen Leitung 20 zu beseitigen, die den Vergleicher 18 mit dem Vergleicher 21 verbindet, von denen der erstere mechanisch an der Detektorplatte angeordnet ist, während der letztere in der (nicht gezeigten) Kabine des Mähdreschers angeordnet ist. Das Ausgangssignal des Vergleichers 21 wird einem Integrator 23 zugeführt, der mit einer einstellbaren Verstärkungssteuerung 24 versehen ist. Der Ausgang des Integrators 23 wird entweder einer Gruppe von Leuchtdioden (LED's) 25 und/oder einer Meßeinrichtung 26 zugeführt. Der Amplitudenpegel des Signals am Ausgang des Integrators 23 bestimmt, wie viele der Leuchtdioden beleuchtet oder angesteuert werden, wodurch sich eine Anzeige der Körnerverluste ergibt, die überwacht werden. In gleicher Weise ergibt das Ausmaß der Bewegung des Zeigers des Meßinstrumentes 26, wenn dieses verwendet wird, eine ähnliche Anzeige.
Das Hochpaßfilter 17 in jedem der Kanäle 14 und 15 ist auf den Kristallwandler 16 abgestimmt, mit dem es verbunden ist, und es ist von einem Typ, der einen relativ steilen Gradienten zwischen 10 und 15 kHz aufweist. Um diese Charakteristik zu erzielen wird vorzugsweise ein Filter zumindestens sechster Ordnung verwendet. Die charakteristische Kurve dieses Hochpaßfilters ist in Fig. 8 gezeigt, und es ist zu erkennen, daß unterhalb von 5 kHz ein Signal nicht verstärkt wird. Im Gegensatz hierzu ergibt sich ein Verstärkungsfaktor im Bereich 70 bis 80 für Signale im Bereich von oberhalb 15 kHz.
Es ist weiterhin möglich, ein Bandpaßfilter zu verwenden, das auf die Resonanzfrequenz des Kristallwandlers 16 abgestimmt ist. Es ist jedoch nicht immer einfach, sicherzustellen, daß der richtige Durchlaßbereich erzielt wird, und dies ist der Grund, weshalb ein Hochpaßfilter der vorstehend beschriebenen Art bevorzugt wird.
Die Verwendung des Hochpaßfilters 17 ermöglicht es, im Grunde lediglich die Wellenfronten der Getreidekörner-Aufprallsignale zu betrachten, die eine Frequenz aufweisen, die höher als die Frequenz sowohl des Restes der Getreidekörner-Aufprallsignale als auch der gesamten Stroh-Aufprallsignale ist, die daher praktisch vernachlässigt werden. Dies stellt einen wesentlichen Grund dafür dar, daß die Überwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung in der Lage ist, in ausreichender Weise zwischen Körnern und Stroh zu unterscheiden, ohne daß die Überwachungseinrichtung jedesmal neu eingestellt werden muß, wenn sich das Erntematerial und die Erntematerialbedingungen ändern.
Es sei weiterhin bemerkt, daß die einstellbare Schwellenwerteinrichtung 19 für den vergleicher 18 im Werk bei der Herstellung eingestellt wird und fortgelassen werden kann. Die einzige Einstellung der Körnerverlust-Überwachungseinrichtung, die von dem Betreiber durchgeführt werden muß, besteht in der Verstärkungssteuerung 23, die erforderlich ist, um ein Signal mit einem ausreichenden Pegel (Empfindlichkeit) zu erzielen, um die Leuchdioden 25 oder das Meßinstrument 26 für alle die Erntematerialien und Erntematerialbedingungen anzusteuern.
Obwohl die Schwellenwerteinrichtung 22, die mit dem zweiten Vergleicher 21 verbunden ist, als fest eingestellt gezeigt und beschrieben ist, kann auch diese Schwellenwerteinrichtung 22 dennoch einstellbar gemacht werden, um es zu ermöglichen, alle Störungen an der Leitung 20 zu beseitigen, die von einer Maschine zur anderen verschieden sein können. Diese Art von Einstellung erfolgt jedoch normalerweise nicht durch den Betreiber. Statt dessen wird sie von dem Hersteller und/oder dem Händler durchgeführt. In jedem Fall hat diese Art der Einstellung nichts mit der Anpassung der Überwachungsvorrichtung an das Erntematerial und den Zustand des Erntematerials zu tun, das geerntet wird.
Die Tatsache, daß jeder Kristallwandler 16 und die damit verbundenen Bearbeitungsschaltungen, insbesondere das Hochpaßfilter 17, auf eine Frequenz von 8 bis 25 kHz abgestimmt sind (vorzugsweise auf 12 bis 25 kHz, idealerweise auf 15 kHz) bedeutet, daß lediglich die Aufprallvorgänge von Körnern auf dem oder jedem Detektor festgestellt werden, während Aufprallvorgänge von Stroh (selbst mit den Knoten voran) systematisch ignoriert oder unterdrückt werden, ohne daß der Betreiber den Schwellenwert der Überwachungsvorrichtung einstellen muß, um die Überwachungsvorrichtung an das Erntematerial und den Erntematerialzustand anzupassen. Damit ist die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildete Körnerverlust- Überwachungsvorrichtung wesentlich genauer als bekannte Überwachungsvorrichtungen und stellt einen beträchtlichen Fortschritt in der Technik dar.
Um die Bedeutung des Fortschrittes in der Technik zu erkennen, der sich durch die Erfindung ergibt, kann es zweckmäßig sein, den folgenden Vergleich zu betrachten, der zwischen der Überwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung einerseits und verschiedenen Körnerverlust-Überwachungsvorrichtungen andererseits durchgeführt wurde, die auf dem Markt erhältlich sind. Die Einstellung der verschiedenen Überwachungsvorrichtungen wurde während des gesamten Vergleichs nicht neu eingestellt. Erfindung Resonanzfreq. des Wandlers Aufbereitungsschaltung Erkennungsrate Weizen b. 12% Feuchtigk. Erkennungsrate v.Weizenstroh m.Knoten voran b. 12% Feuchtigkeit Erkennungsrate Weizen b. 26% Feuchtigk. Verhältnis Hochpaß 6. Ordnung üblicher Verstärk. höher als 25 kHz Tiefpaß 1. Ordn. Hochpaß 4.Ordn.
Es ist aus dem vorstehenden Vergleich zu erkennen, daß die meisten bekannten Körnerverlust-Überwachungsvorrichtungen einen Detektorwandler mit einer niedrigen Resonanzfrequenz aufweisen, und daß lediglich eine bekannte Körnerverlust-Überwachungsvorrichtung einen Detektorwandler mit einer Resonanzfrequenz von mehr als 100 kHz aufweist. In jedem Fall hat keine der bekannten Überwachungsvorrichtungen einen Detektorwandler und eine Aufbereitungsschaltung, die aufeinander abgestimmt sind.
Es ist weiterhin aus dem vorstehenden Vergleich zu erkennen, daß lediglich die Überwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung in der Lage ist in ausreichender Weise zwischen Aufprallsignalen von trockenen Körnern und Stroh zu unterscheiden; das Verhältnis der Erkennungsraten von Körnern zu Stroh liegt bei den angegebenen Umständen im Bereich von 7,5. Die bekannte Anordnung, die diesem Verhältnis am nächsten kommt, ist die Körnerverlust-Überwachungsvorrichtung C mit einem Verhältnis im Bereich von nur 2,4. Verschiedene bekannte Körnerverlust-Überwachungsvorrichtungen haben sogar nur ein Körner-Stroh-Erkennungsverhältnis von weniger als 1, was ersichtlich in keiner Weise annehmbar ist.
Der vorstehende Vergleich zeigt weiterhin, daß selbst bei Bedingungen mit feuchtem Erntematerial die Körnerverlust- Überwachungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die einzige Überwachungsvorrichtung darstellt, die in ausreichender Weise zwischen Getreidekörner- und Stroh-Aufprallvorgängen unterscheiden kann; das Verhältnis der Erkennungsraten von Körnern zu Stroh ist bei den vorgegebenen Umständen immer noch im Bereich von 6,5, während für andere Körnerverlust- Überwachungsvorrichtungen diese Verhältnisse ungefähr bei 0,7 bis 0,8 (dreimal) und 2,1 (einmal) zu liegen. Es sei berücksichtigt, daß diese Vergleiche tatsächlich ohne jede Neueinstellung der Überwachungsvorrichtungen durchgeführt wurden. Dies beinhaltet, daß mit der Überwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung keine Notwendigkeit besteht, die Einstellung zu ändern, wenn sich die Erntematerialbedingungen von trocken auf feucht ändern.
Bei Betrachtung der Feststellungen anhand der Überwachungsvorrichtung D, d.h. der einzigen Überwachungsvorrichtung mit einem Kristalldetektor mit einer Resonanzfrequenz von mehr als 100 kHz, ist zu erkennen, daß die Körnererkennungsrate sehr stark absinkt, wenn sich der Körnerzustand von trocken auf feucht ändert. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Überwachungsvorrichtung D gegenüber Änderungen in dem Feuchtigkeitsgehalt der Getreidekörner sehr empfindlich ist. Es wurde tatsächlich festgestellt, daß feuchte Weizenkörner Signale erzeugen, die einen Spitzenwert bei niedrigeren Frequenzen aufweisen, als trockene Weizenkörner. Dies kann einer der Gründe für das erhebliche Absinken der Erkennungsraten der Überwachungsvorrichtung D sein. Es wurde weiterhin festgestellt, daß die Resonanzfrequenz des Kristalldetektors und die Frequenz der damit verbundenen Aufbereitungsschaltung 25 kHz nicht überschreiten sollte, um das vorstehend beschriebene Problem zu vermeiden, daß der Aufprall feuchter Weizenkörner nicht in ausreichender Weise erfaßt wird.
Der vorstehende Vergleich zeigt weiterhin, daß die Erkennungsraten als solche nicht von großer Bedeutung sind, weil, wenn niedrige Erkennungsraten erzielt werden, ein ausreichendes Signal hiervon immer noch dadurch abgeleitet werden kann, daß die Empfindlichkeitseinstellung geändert wird, die, wie dies bereits erwähnt wurde, die einzige mögliche Einstellung ist, die beibehalten wurde. Der wichtigere Aspekt besteht darin, daß das Verhältnis zwischen den Aufprallvorgängen von Körnern und Stroh hoch ist und unter allen Bedingungen hoch bleibt. Es kann daher allgemein gesagt werden, daß die Überwachungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit ihrem Verhältnis der Erkennungsraten von Körnern zu Stroh von weit über 4 unter den meisten oder allen Umständen einen beträchtlichen Fortschritt in der Technik darstellt.
Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin einen Fortschritt in der Technik hinsichtlich der Einfachheit der Einstellungen dar, die der Betreiber ausführen muß, wenn er die Körnerverlust- Überwachungsvorrichtung verwendet. Dies ergibt sich daraus, daß es nicht mehr erforderlich ist, eine Beurteilung hinsichtlich der Art des geernteten Erntematerials und dessen Feuchtigkeitsgehalt durchzuführen. Alles was der Benutzer einstellen muß, ist die Verstärkung am Ausgang des Systems, um einen sinnvollen Signalpegel zu gewinnen, der wirklich die Körnerverluste anzeigt, die tatsächlich am hinteren Ende der Maschine auftreten. Weiterhin verringert die Tatsache, daß lediglich ein einzelner Wandler unabhängig von der Breite (Länge) der Detektorplatte verwendet werden muß, die Herstellungskosten.
Es wurde auf die Verwendung von zwei Kanälen für die Körnerverlust-Überwachungsvorrichtung Bezug genommen, doch ist es zu erkennen, daß schließlich auch lediglich ein Kanal verwendet werden kann, beispielsweise in Verbindung mit dem Trennmechanismus der Erntemaschine, wenn der Betreiber dies wünscht. Es ist weiterhin zu erkennen, daß alternativ zusätzliche Kanäle verwendet werden können, wenn mehr als zwei Detektorpunkte erforderlich sind.
Auf der Grundlage von zwei Kanälen werden jedoch die Ausgangssignale der jeweiligen Integratoren 23 gemittelt, wobei zu diesem Zweck zwei Widerstände 29 und 30 verwendet werden, und die gemittelten Signale werden einem dritten Vergleicher 31 zugeführt, dem eine fest eingestellte Schwellenwerteinrichtung 32 zugeordnet ist. Der Vergleicher 31 vergleicht die gemittelten Signale von den Integratoren 23 mit dem festen Schwellenwert, um festzustellen, ob das gemittelte Signal größer oder kleiner als der feste Schwellenwert ist. Wenn ein gemitteltes Signal größer als der Schwellenwert ist, so erzeugt der Vergleicher 31 ein Ausgangssignal, das einem Verstärker 33 und dann einer Alarmeinrichtung zugeführt wird, die die Form von einer oder mehreren Lampen 34 und/oder eines (nicht gezeigten) akustischen Alarms aufweisen kann. Bei dieser Anordnung wird der Betreiber jedesmal dann gewarnt, wenn das Körnerverlustsignal von einem oder beiden der Kanäle 14 und 15 relativ hoch ist. Der Schwellenwert für den Vergleicher 31 ist derart eingestellt, daß wenn das Signal von einem Kanal relativ hoch ist und das Signal von dem anderen Kanal relativ niedrig ist, der Alarm betätigt wird. Weiterhin wird, wenn die Signale von den beiden Kanälen derart sind, daß sie innerhalb eines im wesentlichen annehmbaren Bereiches liegen, der Alarm ebenfalls angesteuert, weil der Mittelwert noch als hoch betrachtet wird, obwohl jedes Signal als solches als annehmbar betrachtet wird.
Obwohl die bevorzugte Struktur, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung umfaßt, im vorstehenden beschrieben und in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, ist es verständlich, daß die Erfindung nicht auf die speziellen Einzelheiten beschränkt ist, wie sie vorstehend beschrieben und in den Zeichnungen gezeigt sind, sondern daß tatsächlich sehr unterschiedliche Einrichtungen bei der praktischen Ausführung der breiteren Grundgedanken der Erfindung verwendet werden können.
Die vorliegende Erfindung kann in vorteilhafter Weise bei dem Körnerverlust-Meßsystem der EP-A-0 339 141 mit dem gleichen Anmeldetag und mit dem Titel 'Method and Apparatus for Measuring Grain Loss in Harvesting Machines' verwendet werden.

Claims

1. Körnerverlust-Überwachungsvorrichtung für eine Erntemaschine, die zur Trennung von Körnern von Erntematerialabfällen betreibbar ist, wobei die Körnerverlust-Überwachungsvorrichtung folgende Teile umfaßt:

Detektoreinrichtungen zur Feststellung eines Körnerverlustes von der Erntemaschine, mit einer Meßfühlerplatte und mit dieser betriebsmäßig verbundenen Wandlereinrichtungen (16), wobei die Meßfühlerplatte so angeordnet ist, daß Körner enthaltendes Erntematerial bei seinem Auswurf aus der Erntemaschine auf die Meßfühlerplatte auftrifft, und wobei die Wandlereinrichtungen (16) zur Umwandlung von physikalischen Schwingungen der Meßfühlerplatte, die durch den Aufprall des Erntematerials auf diese hervorgerufen werden, in elektrische Ausgangssignale betreibbar sind, und

Schaltungseinrichtungen (17 - 34), die zur Verarbeitung der elektrischen Ausgangssignale in einer derartigen Weise betreibbar ist, daß eine Anzeige der Größe des Körnerverlustes von der Erntemaschine erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

die Wandlereinrichtungen (16) eine Resonanzfrequenz im Bereich von 8 bis 25 kHz aufweisen und die Schaltungseinrichtungen (17 - 34) einen hierauf abgestimmten Frequenzbereich aufweisen, wobei der Resonanzfrequenzbereich der Wandlereinrichtungen so ausgewählt ist, daß in diesem Bereich die elektrischen Ausgangssignale, die durch den Aufprall der Körner in dem Erntematerial auf die Meßfühlerplatte erzeugt werden, gegenüber den elektrischen Ausgangssignalen überwiegen, die durch den Aufprall des Abfalls in diesem Erntematerial auf die Meßfühlerplatte erzeugt werden.

2. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz der Wandlereinrichtung (16) im Bereich von 12 bis 25 kHz liegt.

3. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtung (16) eine Resonanzfrequenz von ungefähr 15 kHz aufweist.

4. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtung (16) die Form eines einzigen Keramikkristallwandlers aufweist.

5. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtung (16) die Form von zwei Keramikkristallwandlern aufweist, die in Serie in einem einzigen Wandlergehäuse angeordnet sind, wobei die Wandler Resonanzfrequenzen aufweisen, die allgemein an oder benachbart zu den entgegengesetzten Enden des ausgewählten Frequenzbereiches liegen.

6. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung (17 - 34) ein Hochpaßfilter (17) umfaßt, mit dem der Ausgang der Wandlereinrichtung (16) verbunden ist.

7. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochpaßfilter (17) zumindestens von sechster Ordnung ist.

8. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochpaßfilter (17) einen steilen Gradienten im Frequenzbereich von 10 bis 15 kHz aufweist.

9. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochpaßfilter (17) auf den Frequenzbereich der Wellenfronten der Signale abgestimmt ist, die in der Wandlereinrichtung (16) durch den Aufprall von Getreidekörnern auf die Meßfühlerplatte der Detektoreinrichtung hervorgerufen werden.

10. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtungen (17 - 34) folgende Teile umfassen:

- einen Vergleicher (18) mit einer zugeordneten Schwellenwerteinrichtung (19), wobei der Vergleicher (18) mit der Wandlereinrichtung (16) über das Hochpaßfilter (17) verbunden ist, um dessen Ausgangssignal zu empfangen, und

- einen Integrator (23), der mit einer einstellbaren Verstärkungssteuereinrichtung (24) versehen ist, wobei der Ausgang des Integrators (23) den Anzeigeeinrichtungen (25; 26) zugeführt wird.

11. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Vergleicher (18) zugeordnete Schwellenwerteinrichtung (19) einstellbar ist.

12. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Hochpaßfilter (17) zusammen mit dem Vergleicher (18) und der diesem zugeordneten Schwellenwerteinrichtung (19) eine Signalaufbereitungsschaltung bilden, wobei die Signalaufbereitungsschaltung in der unmittelbaren Nähe der Wandlereinrichtung (16) angeordnet ist, und

- die Schaltungseinrichtungen (17 - 34) ebenfalls einen weiteren Vergleicher (21) umfassen, mit dem der Integrator (23) gekoppelt ist und der ebenfalls eine ihm zugeordnete Schwellenwerteinrichtung (22) aufweist, wobei der weitere Vergleicher (21) und die zugehörige Schwellenwerteinrichtung (22), der Integrator (23), die Verstärkungssteuereinrichtung (24) und die Anzeigeeinrichtungen (25; 26) zusammen eine Anzeigeschaltung bilden, die an einer von der Signalaufbereitungsschaltung entfernten Stelle angeordnet und mit dieser über eine lange Leitung (20) zum Empfang der Signale von dieser gekoppelt ist.

13. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtungen (25; 26) eine Gruppe von Leuchtdioden (25) umfassen, wobei die Anzahl der durch den Ausgang des Integrators (23) angesteuerten Leuchtdioden (25) durch die einstellbare Verstärkungssteuereinrichtung (24) einstellbar ist, die mit dem Integrator (23) verbunden ist.

14. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtungen (25, 26) ein Meßinstrument (26) umfassen, dessen Zeiger durch den Ausgang des Integrators (23) angesteuert ist, wobei die Position des Zeigers durch die einstellbare Verstärkungssteuereinrichtung (24) einstellbar ist, die mit dem Integrator (23) verbunden ist.

15. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Integrator (23) verbundene einstellbare Verstärkungssteuereinrichtung (24) die einzige von dem Betreiber zur Einstellung der Überwachungsvorrichtung zu betätigende Steuereinrichtung ist.

16. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Getreidekörner-Aufprallerkennungsrate zur Stroh-Aufprallerkennungsrate größer als 4 ist.

17. Überwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrzahl von Kanälen (14, 15) aufweist, wobei jeder Kanal (14, 15) eine Detektoreinrichtung und eine Schaltungseinrichtung (17 - 34) aufweist.

18. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 17 unter direkter oder indirekter Rückbeziehung auf Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß:

- zwei Kanäle (14, 15) vorgesehen sind, wobei die Ausgangssignale von den jeweiligen Integratoren (23) dieser beiden Kanäle (14, 15) gemittelt werden und die gemittelten Signale einem dritten Vergleicher (31) zugeführt werden, mit dem eine Schwellenwerteinrichtung (32) verbunden ist, und

- Alarmeinrichtungen (34) vorgesehen sind, die jedesmal dann angesteuert werden, wenn das Ausgangssignal von dem dritten Vergleicher (31) den durch die Schwellenwerteinrichtung (32) festgelegten Schwellenwert überschreitet.