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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf landwirtschaftliche Ballenpressen,
die rechtwinklige Ballen erzeugen, und insbesondere auf eine Anordnung
eines Sensors, der zur Steuerung der Dichte eines hergestellten
Ballens verwendet wird.
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In
einer landwirtschaftlichen Ballenpresse wird Material, wie zum Beispiel
Heu, Stroh, Silage oder ähnliches
Erntegut, das vorher gemäht
und in einem Schwad angeordnet wurde, von dem Feld durch eine Aufnahmeeinheit
aufgenommen, in einen Kanal eingespeist und in eine langgestreckte
Presskammer geladen. Ein Presskolben, der sich in dem vorderen Teil
der Presskammer hin- und herbewegt, komprimiert das neu eingeführte Material
gegen das vorher eingeführte
Material in eine Packung mit einer Parallelepiped-Form und bewegt
gleichzeitig die Packung in Richtung auf den Auslass der Ballenkammer vorwärts. Wenn
die Packung eine vorgegebene Länge
erreicht, wie sie durch eine Messvorrichtung bestimmt wird, wird
eine Bindevorrichtung betätigt,
um Schnur, Bindegarn oder ein anderes flexibles Bindematerial um
den Packen zu wickeln und um die Enden des Bindematerials aneinander
zu befestigen, um einen stabilen Ballen zu bilden.
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Üblicherweise
hat die Ballenpresskammer zumindest einen beweglichen Wandabschnitt,
dessen Position geändert
werden kann, um den Auslassquerschnitt der Presskammer zu ändern. Ein
vergrößerter Auslassquerschnitt
verringert die Kräfte, die
zur Vorwärtsbewegung
der Ballen in der Ballenpresse erforderlich sind, und verringert
damit die Dichte der neu geformten Ballen. Im Gegensatz hierzu vergrößert ein
verringerter Querschnitt erheblich die Reibungskräfte des
Ballens entlang der Presskammer und vergrößert daher die Kompressionskräfte, die
von dem Presskolben auf das Erntegut ausgeübt werden. Entsprechend steigt
die Dichte der neuen Ballen an.
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Es
ist in der Technik gut bekannt, die Position der beweglichen Wand
in Abhängigkeit
von einem Signal von einem Lastsensor einzustellen, um Ballen mit
einer vorgegebenen Dichte herzustellen. Typischerweise wird die
Position des hinteren Abschnitts der Ballenpresskammer durch einen
Hydraulikzylinder in Abhängigkeit
von einem Sensor gesteuert, der die von den Presskolben ausgeübten Kräfte überwacht.
Die EP-A-0 379 230 zeigt eine Ballenpresse mit einem Presskolben,
der über
ein Paar von Schwenkbolzen mit einem Paar von Pleuelstangen verbunden
ist, die ihrerseits mit einem Paar von rotierenden Kurbeln auf einem
Getriebekasten verbunden sind. Die Schwenkzapfen sind mit Dehnungsmessem zum Überwachen
der Kräfte
ausgerüstet,
die von dem Presskolben ausgeübt
werden. Weil die gesamte Kompressionskraft auf den Kolben über die Schwenkzapfen übertragen
wird, müssen
sie eine robuste Konstruktion haben. Es muss jedoch eine gewisse
Verformung zugelassen werden, damit der Sensor unterscheidbare Signale
liefert, die bei der Einstellung der Auslassfläche der Ballenpresskammer verwendet
werden können.
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Andere
Sensor-Ausführungsformen
sind in der US-A-5 123 338 erläutert.
Gemäß einer
Ausführungsform
reagiert ein im wesentlichen mechanischer Sensor auf die Kräfte, die
von dem Presskolben auf die Pleuelstange ausgeübt werden. Das Ergebnis ist
ein einfaches EIN-/AUS-Signal, das keine zwischenliegenden Daten über die
tatsächliche Presskolben-Last
liefert. Ein derartiges Ausgangssignal kann nicht für eine verfeinerte
Einstellung der Ballendichte verwendet werden. Der Kompressionsgrad, der
mit diesem Steuersystem erzielt wird, muss durch mechanische Einrichtungen
auf der Ballenpresse selbst eingestellt werden.
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Eine
weitere Ausführungsform
in dem gleichen Dokument zeigt einen Lastsensor, der zwischen dem
Getriebekasten, der den Presskolben antreibt, und dem Hauptrahmen
der Ballenpresse angeordnet ist. Die Reaktionskräfte des Presskolbens auf den Getriebekasten
werden durch Dehnungsmessgeräte gemessen,
die an einem Arm befestigt sind, der die Oberseite des Getriebekastens
und den Rahmen miteinander verbindet. Das Ausgangssignal ist veränderlich,
so dass es zum Einstellen eines weiten Bereiches von Dichten verwendet
werden kann. Bei Ausfall irgendeines der Dehnungsmessgeräte muss jedoch
die gesamte Baugruppe aus dem Arm und den Dehnungsmessern ersetzt
werden, was aufwendig und mühsam
ist.
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Entsprechend
besteht ein Bedarf an einer Sensoranordnung, die einen einfachen
Ersatz des Sensorelements ermöglicht
und die keine robusten und relativ unempfindlichen Sensoren mehr
erfordert.
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Gemäß der Erfindung
wird eine landwirtschaftliche Ballenpresse geschaffen, die folgendes umfasst:
- ein Fahrgestell;
- eine Aufnahmebaugruppe zum Aufnehmen von Erntematerial von einem
Feld;
- eine Ballenpresskammer zur Aufnahme von Erntegut von der Aufnahmebaugruppe,
wobei die Ballenpresskammer zumindest einen beweglichen Wandabschnitt
aufweist;
- einen Presskolben, der für
eine Hin- und Herbewegung in der Ballenpresskammer zum Komprimieren des
darin befindlichen Ernteguts befestigt ist, wobei der Presskolben
durch ein Getriebe angetrieben wird, das an dem Fahrgestell befestigt
ist; und
- Steuereinrichtungen zur Einstellung der Position des beweglichen
Wandabschnittes in Abhängigkeit
von dem Signal von einem Lastsensor, der zumindest einen Teil der
Reaktionskräfte
des Ernteguts auf den Presskolben während dessen Kompressionshubs misst,
wobei der Lastsensor an Hebeleinrichtungen zur Messung des Teils
der Reaktionskräfte
befestigt ist;
- dadurch gekennzeichnet, dass die Hebeleinrichtungen schwenkbar
an dem Getriebegehäuse
befestigt sind und einen Hebel umfassen, der einen ersten, mit einem
Teil des Fahrgestells verbundenen Hebelarm und einen zweiten Hebelarm
aufweist, der mit dem Lastsensor verbunden ist, wobei der Sensor
außerdem
mit dem Fahrgestell verbunden ist.
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Die
Hebelanordnung verringert die Kräfte
auf den Lastsensor und ermöglicht
damit die Verwendung von leichteren und empfindlicheren Lastsensoren.
Der Hebeldrehpunkt des Hebels kann mit dem Getriebegehäuse verbunden
sein, und die Anordnung kann ein im wesentlichen längsgerichtetes
Bauteil einschließen,
das einen Arm des Hebels mit dem Rahmen verbindet, während der
andere Arm mit dem Lastsensor verbunden ist. Der Sensor kann mit
dem Fahrgestell über
ein Gestänge verbunden
sein, das eine nach oben gerichtete Bewegung des Getriebegehäuses ermöglicht.
Auf diese Weise haben vertikale Schwingungen des Getriebegehäuses, wie
sie während
der Ballenpressarbeiten hervorgerufen werden, keine Auswirkung auf
die Sensor-Anzeigen. Um die Wirkungen einer seitlich gerichteten
Verformung des Getriebegehäuses
oder des Fahrgestells auszuschließen, kann der Lastsensor auf
einem Gestänge befestigt
sein, das kugelförmige
Lagereinrichtungen einschließt,
wie zum Beispiel ein Kugellager oder eine Baugruppe aus einer konkaven
und einer konvexen Beilagscheibe.
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Der
Lastsensor weist vorzugsweise einen zylindrischen Körper auf,
der in Querrichtung durch den Hebel und das kugelförmige Lager
eingesetzt ist, so dass er sehr einfach ersetzt werden kann.
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In
vorteilhafter Weise umfasst der Sensor einen Hall-Effekt-Sensor
für eine
gute Präzision
und einen zuverlässigen
Betrieb.
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Eine
Lastsensor-Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nunmehr mit weiteren Einzelheiten in Form eines Beispiels,
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Rechteck-Ballenpresse
ist;
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2 eine
vergrößerte Seitenansicht
der Einzelheit II nach 1 ist; und
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3 eine
Querschnittsansicht entlang der Linien III–III nach 2 ist;
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Die
Ausdrücke "vom", "hinten", "vorwärts", "rückwärts", "links" und "rechts", wie sie in dieser
Beschreibung durchgängig
verwendet werden, werden bezüglich
der normalen Bewegungsrichtung der Maschine im Betrieb bestimmt.
Sie sollten jedoch nicht als beschränkende Ausdrücke aufgefasst
werden.
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1 zeigt
eine landwirtschaftliche Ballenpresse 10 mit einem Fahrgestell 11,
das mit einer sich in Vorwärtsrichtung
erstreckenden Zugstange 12 versehen ist, die an ihrem vorderen
Ende mit (nicht gezeigten) Anhängeeinrichtungen
zum Kuppeln der Ballenpresse 10 mit einem schleppenden
Traktor versehen ist. Eine Aufnahmebaugruppe 14 nimmt in einem
Schwad angeordnetes Erntematerial von dem Feld auf, während die
Ballenpresse 10 über
das Feld bewegt wird, und liefert dieses Material in das vordere
Ende eines nach hinten und nach oben gekrümmten, Ladungen bildenden Zuführungskanals 16.
Der Kanal 16 steht an seinem oberen Ende mit einem darüber angeordneten,
sich in Vorwärts-/Rückwärts-Richtung
erstreckenden Ballenpresskanal 18 in Verbindung, in die
Erntegut-Ladungen durch einen zyklisch arbeitenden Stopfmechanismus 20 geladen werden.
Ein kontinuierlich arbeitender Packermechanismus 22 an
dem unteren vorderen Ende des Zuführungskanals 16 speist
kontinuierlich Material in den Kanal 16 ein und packt dieses,
um zu bewirken, dass Ladungen des Ernteguts die Innenform des Kanals 16 übernehmen
und annehmen, bevor sie periodisch mit dem Stopfer 20 in
Eingriff kommen und in die Ballenkammer 18 eingeführt werden.
Der Zuführungskanal 16 kann
mit (nicht gezeigten) Einrichtungen zur Feststellung ausgerüstet sein,
ob eine vollständige Ladung
in diesem gebildet wurde, und um den Stopfer 20 in Abhängigkeit
hiervon zu betätigen.
Jede Betätigung
des Stopfers 20 führt
eine "Ladung" oder "Schuppe" des Ernteguts von
dem Kanal 16 in die Kammer 18 ein.
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Ein
Presskolben 24 bewegt sich in einer Vorwärts-/Rückwärts-Richtung
innerhalb der Ballenpresskammer 18 unter der Wirkung von
zwei Pleuelstangen oder Lenkern 25, die mit den Kurbelarmen 26 eines
Getriebekastens 27 verbunden sind, der durch eine Antriebswelle 29 angetrieben
wird, die mit der Zapfwelle des Traktors verbunden ist. Der sich hin-
und herbewegende Presskolben 24 drückt jede neue, in die Ballenkammer 18 eingeführte Ladung nach
hinten und formt die aufeinanderfolgenden Ladungen zu einer Parallelepiped-förmigen Packung aus
Erntematerial, das durch die gleiche Wirkung des Presskolbens 24 in
Richtung auf die am weitesten hinten liegende Auslassöffnung 28 der
Presskammer gedrückt
wird.
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Die
Ballenpresskammer 18 umfasst zumindest einen beweglichen
Wandabschnitt 30, dessen Position einstellbar ist, um den
Querschnitt der Öffnung 28 zu ändern. Eine Verringerung
dieses Querschnitts vergrößert den
Widerstand gegen eine nach hinten gerichtete Bewegung der Erntegut-Packen und
vergrößert damit
die Dichte des darin enthaltenen Ernteguts. In ähnlicher Weise verringert eine Vergrößerung des
Querschnitts diesen Widerstand gegen die nach hinten gerichtete
Bewegung und verringert damit in gleicher Weise die Dichte der neu
geformten Packen. Die Position des Wandabschnitts 30 wird
durch Stellgliedeinrichtungen gesteuert, die ein Paar von Hydraulikzylindern 31 umfassen
(von denen lediglich einer in 1 gezeigt
ist), die zwischen dem Rahmen 11 und dem Randabschnitt 30 eingebaut
sind.
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Bevor
er die Umgrenzung der Ballenpresse 10 verlässt, wird
jeder Packen in sicherer Weise in seiner abschließenden verdichteten
Form durch einen Bindemechanismus 32 gebunden. Die Länge jedes
Ballens, der von der Ballenpresse 10 erzeugt wird, kann
in einstellbarer Weise durch übliche,
nicht gezeigte Einrichtungen vorher bestimmt werden. Der Bindemechanismus 32 umfasst
eine Serie von periodisch betätigten
Nadeln 33, die normalerweise in einem Ruhezustand unterhalb
der Kammer 18 angeordnet sind, die jedoch bei ihrer Betätigung nach oben
durch und über
die Ballenpresskammer 18 hinweg verschwenkt werden, um
Bindegarn an eine entsprechende Serie von Knüpfern zu liefern, die auf der Oberseite
der Kammer 18 angeordnet sind und sich über die Breite der letzteren
erstrecken.
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Das
Getriebegehäuse 27 ist
an seinem unteren Abschnitt durch einen Satz von Schrauben 36 an dem
Hauptrahmen 11 befestigt. Der obere Abschnitt des Getriebekastens
wird durch eine Gestänge-
und Sensorbaugruppe an seinem Platz gehalten, die allgemein mit
der Bezugsziffer 38 bezeichnet ist und mit weiteren Einzelheiten
in 2 gezeigt ist. Das Gestänge ist so ausgelegt, dass
es den Reaktionskräften
des Presskolbens 24 auf den Hauptteil des Getriebekastens 27 widersteht.
Es umfasst einen Hebel 40, der durch einen sich in Querrichtung
erstreckenden zylindrischen Bolzen 42 an einem flachen
Vorsprung 44 auf dem oberen Gehäuseteil des Getriebekastens 27 befestigt
ist. Der Hebel 40 kann gegossen oder geschmiedet sein und
umfasst zwei symmetrische, allgemein L-förmige
Teile 46, die sich auf beiden Seiten des Vorsprungs 44 erstrecken,
sowie ein Zwischenelement 47, das die Seitenelemente 46 miteinander
verbindet. Der Bolzen 42 erstreckt sich durch Bohrungen
in den Teilen 46 und dem Getriebekasten- Vorsprung 44 und wird durch
zwei Federstifte 48 an seinem Platz gehalten, die sich
durch Bohrungen in beiden Enden des sich in Querrichtung erstreckenden
Bolzens 42 erstrecken. Die Achse des Bolzens 42 bildet
den Hebeldrehpunkt des Hebels 40.
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Die
Gestängebaugruppe 38 umfasst
weiterhin ein Zugelement 50, das ein vorderes Ende aufweist,
das schwenkbar über
einen zweiten Bolzen 42 mit dem oberen Arm des Hebels 40 verbunden
ist. Das hintere Ende des Zugelements 50 ist über einen dritten
Bolzen 42 zwischen einem Paar von aufrechtstehenden Tragplatten 52 befestigt,
die mit einem Querträger 54 des
Fahrgestells 11 verschweißt sind. Auch die zweiten und
dritten Bolzen 42 sind mit Hilfe von Federstiften 48 an
ihrem Platz festgehalten.
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Die
Stützplatten 52 weisen
Teile auf, die sich über
und unter dem Träger 54 erstrecken,
und zwischen denen eine sich in Querrichtung erstreckende Tragplatte 56 angeschweißt ist.
Diese Platte ist auf das untere Ende des Hebels 40 gerichtet.
Eine Zugschraube 58 erstreckt sich durch eine Bohrung in
der Platte 56 und in den hinteren Teil eines Lagerblocks 60.
An seinem vorderen Ende trägt
der Block 60 ein kugelförmiges
Lager 62, wie zum Beispiel ein Kugelgelenk, das zwischen
den unteren Enden der Hebelelemente 46 befestigt ist. Ein
Lastsensor 64 mit einem zylindrischen Körper ist durch Bohrungen in
diesen unteren Enden und durch das Lager 62 eingesetzt.
Der Sensor ist betreibbar, um die von dem Hebel 40 auf
die Tragplatte 56 ausgeübte
Kraft zu messen. Vorzugsweise misst der Sensor die Kraft in einer im
wesentlichen längsgerichteten
Richtung. Um das Auftreten von quergerichteten Spannungskräften auf den
Lagerblock 60 auszuschließen, wird der Kopf der Zugschraube 58 nicht
direkt gegen die Tragplatte 56 gezogen, sondern gegen eine
zwischenliegende kugelförmige
Lagereinrichtung, die eine konkave Beilagscheibe 66, die
gegen die Platte 56 anliegt, und eine konvexe Beilagscheibe 68 einschließt, die
in dem konkaven Abschnitt der Beilagscheibe 66 ruht. Die
Zugschraube 58 ist in dem Lagerblock 60 eingeschraubt
und wird so eingestellt, dass jedes Spiel zwischen der Gestängebaugruppe 38 und
dem Fahrgestell 11 beseitigt wird, und sie wird durch eine
Kontermutter 70 festgelegt.
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Der
Sensor 64 kann einen Sensor vom Hall-Effekt-Typ umfassen,
wie er in der EP-A-0
713 637, Seite 4, Zeilen 37 bis 51 beschrieben ist, deren Inhalt
hier durch diese Bezugnahme mit aufgenommen wird. Weil diese Sensoren
gegenüber
der Ausrichtung des Sensorkörpers
empfindlich sind, hat der Sensor eine quadratische Einschnürung 72,
auf die eine Gabelplatte 74 aufgeschoben ist. Die Gabelplatte
und damit der Sensor 64 werden mit Hilfe eines Paares von
Schrauben 76 in ihrer Position gehalten, die durch die
Platte 74 in die Seite eines der Hebelelemente 46 eingesetzt
sind.
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Während jedes
Kompressionshubes des Presskolbens 24 werden die Reaktionskräfte des Ernteguts
auf die Presskolben-Stirnfläche
von der Pleuelstange 25 und dem Kurbelarm 26 auf
das Getriebegehäuse 27 übertragen.
Ein Teil dieser Kräfte wird
von der Schraubenbefestigung 36 des unteren Teils des Getriebegehäuses 27 an
dem Fahrgestell 11 aufgenommen. Der Rest der Reaktionskräfte wird von
der Gestängebaugruppe 38 an
der Oberseite des Getriebegehäuses
aufgenommen. Dieser Teil der Last wird nicht von dem Lastsensor 64 allein
aufgenommen, weil der Hebel 46 die Last über die
Verbindung mit diesem Sensor und über die Verbindung mit dem
Zugelement 50 aufteilt. Durch Verwenden eines kurzen Lastarms
zwischen dem Hebeldrehpunkt und dem oberen Bolzen 42 und
eines längeren
Lastarms zwischen dem Hebeldrehpunkt und dem Lastsensor 64 ist
es möglich,
die Belastungen auf den Sensor in dem Ausmaß zu verringern, dass leichte
und weniger aufwendige Sensoren verwendet werden können. Entsprechend
kann die Verwendung von schweren Sensoren mit einer verringerten
Empfindlichkeit vermieden werden.
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Das
Ausgangssignal des Lastsensors 64 wird zur Steuerung der
Ausfahrbewegung der Hydraulikzylinder 31 und damit der
Position des beweglichen Wandabschnitts 30 der Ballenpresskammer 18 verwendet.
Die mit den Zylindern verbundenen Kreise umfassen eine Hydraulikpumpe,
die Öl
von einem Tank abzieht, und ein (nicht gezeigtes) elektrisch gesteuertes
Ventil, wie dies in der EP-A-0 389 322, Spalte 3, Zeilen 36 bis 57 beschrieben
ist, deren Inhalt durch diese Bezugnahme hier mit aufgenommen wird.
Der Betätigungsteil
des Ventils wird durch eine elektronische Steuereinheit gesteuert,
die das Ventil in Abhängigkeit
von dem Lastsignal öffnet
und schließt,
das von dem Sensor 64 geliefert wird. Die Steuereinheit
betätigt
das Ventil, um unter Druck stehendes Strömungsmittel an die Zylinder 31 zu
liefern, so lange wie das Lastsignal unterhalb eines voreingestellten
Schwellenwertes bleibt, und die Zylinder entlastet, wenn das Signal
diesen Schwellenwert übersteigt.
Auf diese Weise kann die Fläche
der Öffnung 28 der
Ballenpresskammer 18 angepasst werden, um die Kompression
oder Verdichtung des neu eingeführten
Ernteguts auszugleichen, und Ballen mit gleichförmiger Dichte herzustellen.
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Es
ist verständlich,
dass die Erfindung in gleicher Weise auf andere Befestigungen für den Lastsensor
anwendbar ist. Beispielsweise ist es vorstellbar, den Presskolben 24 mit
einer Hebeleinrichtung zu versehen, die ein Paar von Vorsprüngen an
dem vorderen Ende des Presskolbens überbrückt. Der Hebel ist mit seinen
Enden mit den Vorsprüngen
verbunden und nimmt in dem zwischenliegenden Teil das Lager für das hintere
Ende der Pleuelstange 25 auf. Der Presskolben 24 wird über diese
Hebeleinrichtungen angetrieben. Die Reaktionskräfte von dem Presskolben auf
die Pleuelstange werden über die
Vorsprünge
verteilt. Ein Lastsensor ist an der Zwischenverbindung eines Hebelendes
und einem der Vorsprünge
vorgesehen, um einen Teil dieser Reaktionskräfte zu messen.