DE60130059T2

DE60130059T2 - Verfahren und Vorrichtung um eine Schlepper-Ballenpresse Kombination zu kontrollieren

Info

Publication number: DE60130059T2
Application number: DE60130059T
Authority: DE
Inventors: Adrianus Naaktgeboren; Bert J.F. Paquet; John C. Lowe; Andrew J Shefford Scarlett; David A. Silsoe Semple
Original assignee: CNH Belgium NV
Current assignee: CNH Industrial Belgium NV
Priority date: 2000-05-13
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2021-05-09
Also published as: GB2362127A; GB0011522D0; EP1153538B1; EP1153538A3; EP1153538A2; DE60130059D1; ATE370647T1; GB2362127B; US6546705B2; US20010042362A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Traktor-/Ballenpressen-Kombination.
Auf dem Gebiet von landwirtschaftlichen Fahrzeugen ist es gut bekannt, eine Ballenpresse zu schaffen, die hinter einem Traktor geschleppt werden kann, um biologisches Material, das nach einem Ernte- oder Mähvorgang zurückbleibt, zu sammeln und in Ballen zu formen. „Biologisches Material", wie es hier verwendet wird, schließt ohne Beschränkung hierauf Stroh, Gras, Heu, Futtermittel und Silage ein. Der Begriff „Traktor", wie er hier verwendet wird, schließt irgendein Fahrzeug ein, das in der Lage ist, eine Ballenpresse zu schleppen und Leistung an diese zu liefern.
Eine Ballenpresse wird im Gebrauch an die Traktor-Anhängekupplung angehängt und bezieht Leistung von der Traktor-Zapfwelle (PTO), um biologisches Material zu sammeln und zu verdichten. Das biologische Material liegt typischerweise in Schwaden oder Streifen auf einem Feld. Die Ballenpresse sammelt das biologische Material, das typischerweise über eine Strecke von mehreren zehn Metern liegt, in einem Einlass an der Vorderseite der Ballenpresse ein. Die Ballenpresse verdichtet das biologische Material zu einem Ballen mit vorgegebener Form. Die Ballenpresse schließt Mechanismen zum Binden der Ballen mit starkem Bindematerial und zum Verknoten des Bindematerials und zum nachfolgenden Auswerfen jedes fertiggestellten Ballens nach der Formung an der Rückseite der Ballenpresse ein.
Eine Entwicklung zeichnete sich in der Technik der Ballenpressen in den späten 1970er Jahren ab. Dies war die Einführung von sogenannten „großen Rechteck-Ballenpressen" oder „großen Quader-Ballenpressen". Einige bekannte große Rechteck-Ballenpressen sind in der Lage, würfelförmige Ballen zu erzeugen, die jeweils eine Tonne oder mehr wiegen. Dies stellte eine beträchtliche Vergrößerung der Ballenpresskapazität gegenüber bisher verfügbaren Ballenpressen dar.
Es wird jedoch zunehmend für Betreiber üblich, sogenannte „Midi"-Ballenpressen zu verwenden, die typischerweise Ballen-Massen im Bereich von 250–750 kg erzeugen. Die Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich für die Verwendung in derartigen Midi-Ballenpressen geeignet.
Im Gebrauch überführt die Vorkompressionskammer, die einen Teil einer Rechteck-Ballenpresse bildet, periodisch biologisches Material an eine Haupt-Ballenpresskammer. Ein Kolben in der Ballenpresskammer, der sich unter der Antriebsleistung von der Traktor-Zapfwelle hin- und herbewegt, komprimiert das biologische Material zu einem Ballen, dessen Dichte durch verschiedene Faktoren bestimmt ist, einschließlich des Volumens jeder Ladung von der Vorkompressions-Kammer.
Rechteck-Ballenpressen arbeiten am effizientesten, wenn die Schwaden von biologischem Material, durch die sie geschleppt werden, eine konstante Dichte haben. Dies stellt sicher, dass die Vorkompressions-Kammer mit einer im Wesentlichen konstanten Rate gefüllt wird. Im praktischen Gebrauch von großen Rechteck-Ballenpressen ist die Schwade-Dichte jedoch selten über ein gesamtes Feld oder selbst von Stelle zu Stelle in einer Schwade konstant. Dies kann sich aus einer Anzahl von Gründen ergeben, unter Einschluss von Änderungen der Erntematerial-Dichte vor dem Ernten; und Änderungen der Effizienz des Erntevorganges, der unterschiedliche Mengen an biologischem Material an unterschiedlichen Stellen der Schwaden zurücklässt. Derartige Änderungen in den Schwaden treten in vielen Fällen auf, wenn während des Erntens eine Erntemaschine (typischerweise ein Mähdrescher) seine Fahrt verlangsamen oder an einer Stelle entlang eines Teils der Erntematerial-Reihe anhalten muss. Die Änderungen entstehen weiterhin aus Verbindungen zwischen Schwaden in nicht rechtwinkligen Feldern.
Bisher musste sich der Fahrer einer Traktor-/Ballenpressen-Kombination auf die optische Inspektion der Schwaden verlassen, während sich der Traktor diesen näherte, um die Schwade-Dichte zu beurteilen. Wenn der Fahrer einen Bereich mit geringer Schwade-Dichte erkannte, würde er versuchen, die Traktor-Vorwärtsgeschwindigkeit zu vergrößern, um zu versuchen, vorübergehend die Rate der Aufnahme des biologischen Materials in die Vorkompressions-Kammer zu vergrößern, mit dem Ziel, einen im Allgemeinen konstanten Durchsatz von biologischem Material durch die Ballenpresse aufrecht zu erhalten.
In ähnlicher Weise würde, wenn der Fahrer einen Bereich von hoher Dichte in der Schwade erkennen würde, er versuchen, die Traktor-Geschwindigkeit in einem passenden Ausmaß zu verringern.
Dieses Verfahren zum Regeln des Durchsatzes von biologischem Material ist aus verschiedenen Gründen wenig effizient, unter Einschluss von Folgendem:

– Ein Fehlen einer Gleichförmigkeit in der Abhilfe-Maßnahme, die getroffen wird, um niedrige und hohe Schwade-Dichten zu überwinden.
– Die Möglichkeit einer Überlastung des Traktor-Motors, wenn versucht wird, den Traktor zu beschleunigen, beispielsweise als Ergebnis der Durchführung von Getriebe-Schaltvorgängen, die nicht zeitlich korrekt gesteuert sind und entsprechend mit Spitzen-Zapfwellen-Belastungen zeitlich zusammenfallen. Dies kann eine nachteilige Wirkung auf die Motor-Last haben und kann in jedem Fall bewirken, dass sich der Traktor verlangsamt oder stoppt, wodurch die Arbeitsgeschwindigkeit verringert wird.
– Fehlendes Feststellen oder in ausreichender Weise Reagieren auf hohe Schwade-Dichten, die zu Blockierungen in der Vorkompressions-Kammer führen, und die das Anhalten des Ballenpressvorganges zur Beseitigung der Blockierung erfordern.
– Der Traktor-Fahrer trifft Abhilfemaßnahmen für eine zu lange oder zu kurze Zeitperiode

In geneigten Feldern sind die vorstehend genannten Probleme häufiger akut, als in ebenen Feldern.
Im Allgemeinen ist es wünschenswert, die Arbeitsrate während der Ballenpress-Operationen zu einem Maximum zu machen. Ein Grund hierfür besteht darin, dass der Feuchtegehalt des biologischen Materials in vielen Fällen dessen spezifische Masse, Qualität und Wert beeinflusst. Es ist wahrscheinlich, dass Verzögerungen und fehlende Effizienz bei der Ballenpress-Operation zu unannehmbaren Feuchtigkeitsgehalt-Änderungen führen können, insbesondere in Ländern, wie denen in Nordeuropa, deren Klima zu den meisten Jahreszeiten veränderlich ist.
Der Stand der Technik beschreibt verschiedene Versuche zur Verbesserung der Konsistenz der Ladung, die von der Vorkompressions-Kammer an die Ballenpress-Kammer geliefert wird.
In der GB-A-1 575 243 und der US-A-4 034 543 halten Mechanismen vorübergehend sowohl den Ballenpresskolben als auch die Stopfergabel, die Ladungen des biologischen Materials von der Vorkompressions-Kammer zuführt, an, wenn ein Massen-Sensor eine Unterbelastung der Kammer feststellt.
Die US-A-4 135 444 führt jedoch aus, dass die Technik der GB-A-1 575 243 und der US-A-4 034 543 weniger als optimal ist, weil die Notwendigkeit einer Beschleunigung und Abbremsung des massiven Presskolbens zum Ausfall von mechanischen Komponenten, wie z.B. Kupplungen, in der Ballenpresse führt.
Die US-A-4 135 444 schlägt das vorübergehende Anhalten lediglich der Stopfergabeln vor, während der Presskolben weiter hin- und herbewegt wird, bis die Ladung in der Vorkompressions-Kammer ausreichend ist. Es gibt jedoch keinen Hinweis in der US-A-4 135 444, wie Schwaden mit hoher Dichte berücksichtigt werden können, die zu einer Überlastung der Vorkompressions-Kammer und/oder des Traktor-Motors führen.
Aus der US-A-5 752 374 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine selbstfahrende Ballenpresse durch eine Schwade bewegt wird, und wobei die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges als eine Funktion der sich ansammelnden Menge des geernteten Erntematerials gesteuert wird. Es wird keine Angabe darüber gemacht, wie diese Menge gemessen werden kann.
In der US-A-6 036 597 ist ein selbstfahrender Mähdrescher beschrieben, der ein elektronisches Erntematerial-Zuführungsraten-Steuersystem umfasst, das das Drehmoment misst, das erforderlich ist, um den Mähdrescher-Rotor anzutreiben, und das die Fahrgeschwindigkeit entsprechend ändert. Es wird jedoch kein Vergleich mit einer optimalen Strömungsrate gemacht.
Weiterhin beschreibt keines der Dokumente eine Vorrichtung oder ein Verfahren, deren bzw. dessen Ziel in einer Maximierung der Gesamt-Arbeitsgeschwindigkeit der Traktor-/Ballenpressen-Kombination besteht, und keines dieser Dokumente beschreibt ein Verfahren oder eine Vorrichtung, das bzw. die die Wirkungen der Neigung eines Feldes auf dem Ballenpressen-Durchsatz kompensieren kann.
Gemäß der Erfindung in einem ersten Gesichtspunkt wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Der Schritt des Vergleichens der geschätzten Strömungsgeschwindigkeit mit einer optimalen Strömungsgeschwindigkeit und die Einstellung der Traktorgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs stellt in vorteilhafter Weise sicher, dass die Traktorgeschwindigkeit nur dann geändert wird, wenn dies erforderlich ist, wie dies durch die geschätzte Strömungsgeschwindigkeit des biologischen Materials bestimmt wird.
Das Verfahren der Erfindung stellt in vorteilhafter Weise die Strömungsgeschwindigkeit durch Einstellen der Traktor-Vorwärtsgeschwindigkeit ein, sowohl wenn die Strömungsrate des Materials durch die Ballenpresse zu hoch ist, als auch wenn die Strömungsrate zu niedrig ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung optimiert somit die Strömungsrate oder Strömungsgeschwindigkeit und verhindert eine Blockierung der Vorkompressions-Kammer.
Wenn die Verfahrensschritte zyklisch wiederholt werden, beispielsweise in Abhängigkeit von den Taktimpulsen eines Mikroprozessors, der zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet ist, kann die Korrektur, die durch die Einstellung der Fahrzeuggeschwindigkeit bewirkt wird, lediglich für die Dauer der sub-optimalen Strömungsgeschwindigkeit durch die Ballenpresse wirksam werden.
Vorzugsweise ist der Schritt der Änderung der Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung der Traktor-/Ballenpressen-Kombination so, wie dies im Anspruch 2 definiert ist.
Die Verwendung von Getriebe-Schaltvorgängen zum Ändern der Fahrzeuggeschwindigkeit ermöglicht es, dass der Traktor-Motor mit einer konstanten Drehzahl in der nachfolgend beschriebenen Weise arbeitet. Dies stellt in vorteilhafter Weise sicher, dass sich die Zapfwellen-Drehzahl nicht beträchtlich ändert, während ein Gangwechsel erfolgt.
Wie dies weiterhin nachfolgend beschrieben wird, ermöglicht die Verwendung von Getriebe-Schaltvorgängen Verfahrensschritte, die die Gefahr einer Überlastung oder eines Überdrehens des Traktor-Motors zu einem Minimum machen.
Zweckmäßigerweise ist das Verfahren so, wie es im Anspruch 3 definiert ist. Dies ermöglicht es dem Verfahren, kleinere Änderungen der Strömungsrate des biologischen Materials zu tolerieren, ohne dass es erforderlich ist, dass sich das Traktorgetriebe-übersetzungsverhältnis dauernd ändert.
Das Verfahren hält vorzugsweise die Motordrehzahl während der Vorwärtsbewegung der Traktor-/Ballenpressen-Kombination allgemein konstant, wie dies im Anspruch 4 angegeben ist. Entsprechend kann das Verfahren in vorteilhafter Weise durch oder in Verbindung mit einer Vorrichtung durchgeführt werden, wie sie in der veröffentlichten Patentanmeldung EP 0 838 141 beschrieben ist. Die Motordrehzahl ist vorzugsweise diejenige, die erforderlich ist, um die korrekte konstante Drehgeschwindigkeit der Zapfwelle zum Betrieb der Ballenpresse zu liefern.
Das Verfahren gemäß der Erfindung schließt vorzugsweise die im Anspruch 5 definierten Schritte ein. Die Vorhersage der Traktor-Motorlast und die Prüfung, dass diese kleiner als ein Grenzwert ist (wie dies im Anspruch 5 definiert ist), bevor das Getriebe hochgeschaltet wird, ermöglicht in vorteilhafter Weise die Verhinderung in der Motor-Überlast beim Hochschalten des Untersetzungsverhältnisses. Dies ist insbesondere dann nützlich, wenn die Traktor-/Ballenpressen-Kombination hangaufwärts fährt. Zu derartigen Zeiten kann eine Vergrößerung der Ballenpressen-Arbeitsgeschwindigkeit, die auf ebenem Boden gut innerhalb der Motor-Leistungsfähigkeit liegen könnte, bei Fehlen des Schrittes nach Anspruch 5 dazu führen, dass der Motor überlastet wird, was sich daraus ergibt, dass die Komponente der Traktor-/Ballenpressen-Masse hangabwärts wirkt.
Der Vorhersageschritt ist weiter im Einzelnen im Anspruch 6 definiert. Die Verwendung eines Bezugsmodells ermöglicht die Verwendung eines Mikroprozessors bei der Durchführung der Vorhersage. Das Bezugsmodell wird in besonders bevorzugten Ausführungsformen als eine oder mehrere Nachschlagetabelle in einem Speicher gespeichert, der einen Teil des Mikroprozessors bildet oder mit diesem betriebsmäßig verbunden ist.
Ein besonders bevorzugter Schritt zur Abschätzung des Motor-Drehmoments ist im Anspruch 7 definiert. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise die Verwendung eines Schwungrad-Drehmoment-Sensors, wie er in dem US-Patent US-A-5 596 153 beschrieben ist.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens wird der Schritt der Vorhersage der Last auf dem Traktor-Motor mehrfach ausgeführt, wie dies in Anspruch 8 definiert ist. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise die Ausscheidung von irreführenden momentanen Belastungen, die anderenfalls unnötige Getriebe-Schaltvorgänge hervorrufen könnten. Weiterhin ist selbstverständlich die wiederholte Abtastung der Massenströmungrate und der vorhergesagten Last in zweckmäßiger Weise dafür geeignet, dass das Verfahren durch oder mit Hilfe eines Takt gesteuerten Mikroprozessors ausgeführt wird.
Im Einzelnen ist das Verfahren vorzugsweise so, wie dies im Anspruch 9 definiert ist, dessen Merkmale es in ähnlicher Weise wie die Merkmale des Anspruchs 8 ermöglichen, dass das Verfahren oder irgendeine Software und Hardware, die das Verfahren implementieren, irreführende momentane Massenströmungsraten-Werte verwerfen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist so, wie dies im Anspruch 10 definiert ist. Die darin genannten Merkmale ermöglichen das schnellere Herunterschalten des Getriebe-Übersetzungsverhältnisses, wenn die abgeschätzte Massenströmungsrate wesentlich zu groß ist (das heißt um zumindest den weiteren vorgegebenen Betrag größer als die optimale Strömungsrate), als wenn die abgeschätzte Massenströmungsrate um einen kleineren Betrag größer als die optimale Strömungsrate ist (das heißt um den zweiten vorgegebenen Betrag, der in Anspruch 10 definiert ist). Dies vermeidet in zweckmäßiger Weise beispielsweise die in gewisser Weise extreme Form der Traktor-Motorüberlast, die ein Verstopfen der Vorkompressions-Kammer und/oder ein Abscheren eines Scherbolzens hervorrufen kann, der üblicherweise in Ballenpressen vorhanden ist, um den Antriebsstrang für die Stopfergabeln zu schützen.
In zweckmäßiger Weise erfolgt das Vergrößern und Verkleinern des Getriebe-Übersetzungsverhältnisses, wie es hier beschrieben wurde, dann, wenn der hin- und herbewegliche Ballen-Presskolben eine vorgegebene Position einnimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung ist die vorgegebene Presskolben-Position so gewählt, dass eine Überlagerung der Drehmoment-Belastung, die sich aus dem Gangwechsel ergibt, mit der Spitzenlast von dem Presskolben-Zyklus vermieden wird. Bei einer Ballenpresse trifft dies zu, wenn sich die Ballen-Kurbelwelle zwischen 130° bis 185° von ihrer vorderen Totpunkt-(fdc-)Position befindet. Diese Bezeichnung bezieht sich auf die Position des Presskolbens in der Ballen-Presskammer wie folgt: 0° = Presskolben vollständig nach vorne (vorderer Totpunkt) 180° = Presskolben vollständig rückwärts (hinterer Totpunkt).
Vorzugsweise wird das Verfahren mit Hilfe von einem oder mehreren elektronischen Prozessoren koordiniert und/oder ausgeführt, wie z.B. einen Mikroprozessor, der so angeschlossen ist, wie dies im Anspruch 12 definiert ist.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen kann der Prozessor einen Teil einer Vorrichtung sein, oder mit dieser betriebsmäßig verbunden sein, wie sie in der EP-A-0 838 141 beschrieben ist.
Es ist weiterhin vorzuziehen, dass der Prozessor so wirkt, wie dies im Anspruch 13 definiert ist. Dieses Merkmal ermöglicht es in vorteilhafter Weise, dass die von dem Mikroprozessor verarbeiteten Signale im Wesentlichen oder vollständig unabhängig von der Ballendichte sind. Die Ballendichte ist in vielen Ballenpressen veränderlich, entweder automatisch (das heißt unter der Steuerung einer Ballendichte-Steuerung) oder in Abhängigkeit von einer Ballendichte-Einstellung, die von dem Traktorfahrer einstellbar ist. Es wurde festgestellt, dass das Zapfwellen-Drehmoment für manche Presskolben-Positionen in dem Presskolben-Zyklus von der Ballendichte abhängt, und für andere Presskolben-Positionen im Wesentlichen unabhängig von der Ballendichte ist. Das Merkmal nach Anspruch 13 ermöglicht es in vorteilhafter Weise, das Zapfwellen-Drehmoment zu messen, wenn die Presskolben-Position von der Dichte unabhängigen Zapfwellen-Drehmomentwerten entspricht.
In jedem Fall ist es vorteilhaft, in der Lage zu sein, die Abtastung jedes der anderen Parameter (die aus dem Drehmoment der Ballen-Packeinrichtung oder der Antriebswelle der rotierenden Zuführungseinrichtung; der Ballenpressen-Packer-Pleuelkraft; und der Sensorklappen-Position ausgewählt sind) zeitlich zu steuern, die zusätzlich dazu verwendet werden kann, Eingangssignale an die Steuersoftware zu liefern, die vorzugsweise das Verfahren der Erfindung ausführt. Ein Grund hierfür besteht darin, dass zu bestimmten Punkten in dem Bewegungszyklus des Presskolbens zumindest einer der vorstehend genannten Parameter enger mit der Strömungsrate des biologischen Materials in Korrelation steht, als an anderen Punkten in dem Presskolben-Zyklus.
Vorzugsweise arbeitet der elektronische Prozessor gemäß dem Verfahren der Erfindung in der Weise, wie sie im Anspruch 4 definiert ist.
Der elektronische Prozessor hält wahlweise die Traktor-Motordrehzahl allgemein unabhängig von der Motorbelastung konstant, wie dies im Anspruch 15 definiert ist. Dies kann mit Hilfe des den Traktor-Motorregler steuernden Prozessors erreicht werden.
Weitere vorteilhafte Merkmale des Verfahrens bei seiner Koordination durch einen programmierbaren Prozessor sind in den Ansprüchen 16 und 17 definiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Abtastung der oben genannten Sensorklappen-Position dann, wenn sich der Ballenpresskolben auf einer Position zwischen ungefähr 100° und 150° von seiner vorderen Totpunkt-(fdc-)Position befindet, wie dies im Anspruch 18 beansprucht ist.
Die Messung der Sensorklappen-Position über diesen Teil des Presskolben-Zyklus ist im Wesentlichen unabhängig von der Ballendichte. Daher ist sie besonders in dem Fall geeignet, dass eine Ballenpresse eine Reihe von durch Kurbelwellen angetriebene Packergabeln in ihrer Vorkompressions-Kammer hat.
Wenn die Vorkompressionsstufe der Ballenpresse vom sogenannten „Schneid-Rotor"-Typ ist, so ist die festgestellte Sensorplatten-Position weniger als Anzeige für die Massenströmungsrate des biologischen Materials geeignet.
In einer derartigen Ballenpresse ist es daher vorzuziehen, die Strömungsrate durch Feststellen des Zapfwellen-Drehmomentes zu messen, wie dies im Anspruch 19 angegeben ist. Bei einer Schneid-Rotor-Ballenpresse ist das Zapfwellen-Drehmoment im Wesentlichen unabhängig von der Ballendichte, wenn sich ihr Presskolben auf einer Position zwischen ungefähr 350° und 50° von seiner fdc-Position befindet. Dies ist eine bevorzugte Abtastperiode in einer derartigen Ballenpresse.
Eine Schneid-Rotor-Ballenpresse schließt eine Kassette von Schneidmessern ein, die selektiv von dem Betreiber des Traktors/der Ballenpresse einschaltbar ist. Typischerweise schaltet der Fahrer die Messer zum Ernten von anderen Produkten als Stroh ein, wie z.B. Heu oder Silage. Die Anzahl der Messer in der Messer-Kassette ist während der Einstellung der Ballenpresse veränderbar. Der Durchsatz von biologischem Material durch die Ballenpresse wird durch das Wetter und dadurch beeinflusst, wieviele Messer eingeschaltet sind. Entsprechend schließt das Verfahren gemäß der Erfindung in optionaler Weise die Schritte ein, die in den Ansprüchen 20 und 21 angegeben sind.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Traktor-/Ballenpressen-Kombination geschaffen, wie sie im Anspruch 22 definiert ist.
Die Traktor-/Ballenpressen-Kombination gemäß der Erfindung ist in vorteilhafter Weise zur Ausführung des Verfahrens nach dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung geeignet.
Zweckmäßigerweise ist die Traktor-/Ballenpressen-Kombination so, wie sie in den Ansprüchen 23 bis 34 definiert ist.
Die verschiedenen gespeicherten Werte werden vorzugsweise in Form von Nachschlagetabellen in einer Speichereinrichtung gespeichert, wie z.B. dem RAM (Arbeitsspeicher) eines Mikroprozessors. Vorzugsweise schließt die programmierbare Einrichtung einen Speicher ein oder ist mit diesem betriebsmäßig verbunden, wobei in dem Speicher ein Bezugsmodell für den stetigen Zustand gespeichert ist, wie dies im Anspruch 34 definiert ist.
Es folgt nunmehr eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Form eines nicht beschränkenden Beispiels, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
1a–1d schematische Seitenansichten sind, die die Betriebsprinzipien einer an sich bekannten großen Rechteck-Ballenpresse zeigen, die eine Vielzahl von Packergabeln zum Laden der Vorkompressions-Kammer einschließt;
2 die Betriebsprinzipien einer weiteren an sich bekannten Ballenpresse zeigt, die einen rotierenden Zuführungsmechanismus in Verbindung mit einer Serie von Schneidmessern aufweist;
3 eine schematische Seitenansicht einer Traktor-/Ballenpressen-Kombination gemäß der Erfindung ist;
4 ein Ablaufdiagramm ist, das die Schritte eines Verfahrens gemäß der Erfindung zusammenfasst;
5 eine grafische Darstellung der Ballenpressen-Arbeitsgeschwindigkeit gegenüber der Schwade-Dichte bezüglich einer Traktor-/Ballenpressen-Kombination gemäß der Erfindung ist;
6a und 6b ein funktionelles Blockschaltbild eines Bezugsmodells für den stetigen Zustand bilden, das einen Teil der Vorrichtung bildet und bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird;
7 und 8 grafische Darstellungen der Ausgänge des Bezugsmodells nach 6 sind;
9 und 10 Teile des Bezugsmodells nach 6 mit weiteren Einzelheiten zeigen;
11 eine Kurvendarstellung des Zapfwellen-Drehmoments gegenüber der Presskolben-Position in einer Ballenpresse mit rotierenden Schneidmessern ist; und
12 die Beziehung zwischen dem Zapfwellen-Drehmoment, gemessen über einen Teil des Presskolben-Zyklus nach 11, und der Massenströmungsrate des Strohs in der Ballenpresse zeigt.
Die 1a–1b zeigen die Betriebsweise einer an sich bekannten Ballenpresse 10 (3), die hinter einem Traktor 11 (3) als Teil einer Traktor-/Ballenpressen-Kombination geschleppt werden kann. Das Schleppen der Ballenpresse 10 entlang einer Schwade 12 aus biologischem Material 15 bewirkt die Vorwärtsbewegung der Ballenpresse derart, dass die Ballenpresse 10 das biologische Material 15 aufnimmt. Dies wird durch die kombinierten Wirkungen einer sich kontinuierlich drehenden Aufnehmerstange 13 und einer sich kontinuierlich drehenden Förderschnecke 14 erzielt. Die Aufnehmerstange 13 schließt eine Serie von Zinken 16 ein, die das biologische Material 15 aufnehmen und in Richtung auf die Förderschnecke 14 fördern. Die Schrauben der Förderschnecke 14 sind so angeordnet, dass sie das biologische Material zum lateralen Mittelpunkt der Ballenpressen-Aufnahmefläche und von da aus in eine Rutsche 17 antreiben.
Der Aufnahmebereich der Ballenpresse kann weiterhin wahlweise eine Reihe von Messerklingen einschließen, die in schaltbarer Weise betätigbar sind, um die Teile des biologischen Materials auf eine vorgegebene Größe zu schneiden. Es wurde experimentell festgestellt, dass die Betriebsweise der Messerklingen nur wenig merklichen Unterschied hinsichtlich der Massenströmungsrate des biologischen Materials 15 durch die Ballenpresse ergibt.
In der Rutsche 17 wird eine Reihe von Packergabeln 18 durch eine Antriebswelle 20 für eine kontinuierliche Hin- und Herbewegung mit Hilfe einer Parallelogramm-Gestängeanordnung, die durch die Bezugsziffer 20a bezeichnet ist, angetrieben, wie dies durch die Pfeile A in 1a gezeigt ist. Die Packergabeln 18 packen biologisches Material 15 in eine Vorkompressions-Kammer 19. Das Parallelogramm-Gestänge 20a schließt ein Paar von Pleuelstangen 20b ein, die die Packergabeln 18 antreiben. Eine Serie von Heu-Haken 21 befindet sich anfänglich in einer vorgeschobenen Stellung, in der sie in das obere Ende der Vorkompressions-Kammer 19 eingesetzt sind, wie dies in den 1a und 1b gezeigt ist. Die Heu-Haken 21 verhindern, dass sich biologisches Material 15 über das offene Ende 19a der Vorkompressions-Kammer 19 hinweg bewegt. Entsprechend füllt die kombinierte Wirkung der Packergabeln während der in den 1a und 1b gezeigten Periode die Vorkompressions-Kammer mit biologischem Material 15.
Als eine Alternative zu dem an einem Parallelogramm-Gestänge angetriebenen Packergabeln 18 verwenden manche Ballenpresse einen rotierenden Zuführungsmechanismus, wie er in 2 gezeigt ist. 2 ist selbstverständlich eine Ansicht von der gegenüberliegenden Seite der Ballenpresse, verglichen mit der nach den 1a–1d.
Die Packergabeln 18 und der Parallelogramm-Mechanismus 20 fehlen in der Anordnung nach 2. Die Funktion dieser Bauteile wird durch einen rotierenden Zylinder 150 ersetzt, von dem sich entlang seiner Außenoberfläche an zumindest vier Stellen, die einen gleichen Abstand voneinander aufweisen, vier Serien von Zuführungszinken 151–154 erstrecken. In der Praxis erstrecken sich die Zinken 151–154 in Form von vier mit Winkelabstand angeordneten Wendeln.
Der Zylinder 150 ist drehbar auf einer schematisch durch die Achse 155 dargestellten Welle gelagert, die sich in Querrichtung über den Einlass der Vorkompressions-Kammer 19 erstreckt. Die Drehung des Zylinders 150 als Ergebnis seiner an sich bekannten Verbindung mit einer angetriebenen, in Drehung versetzten Antriebswelle in Richtung des Pfeils X ruft eine Zuführung des biologischen Materials in die Vorkompressions-Kammer 19 hervor.
Die Betriebsweise des Zylinders 150 ist weitgehend ähnlich zu der der Packergabeln 18, doch führt der Zylinder 150 zu einem stetigeren Durchsatz, was zu weniger ausgeprägten Spitzen in dem Traktor-Zapfwellen-Leistungsbedarf führt.
Wenn die Zinken-Wendeln durch eine Serie von Plättchen gebildet sind, die sich in Längsrichtung entlang des Zylindes 150 erstrecken, so können die Zinken 151–154 in Drehrichtung mit einer Serie von Messern verschachtelt sein, von denen eines (157) in 2 sichtbar ist. Die Messer bewirken ein Schneiden des biologischen Materials auf Stücke mit einer vorgegebenen Länge. Wahlweise sind die Messer aus dem Einlass unter der Steuerung eines Rückziehmechanismus 158 zurückziehbar, der als solcher bekannt ist. 2 lässt die Heu-Haken 21 aus Gründen der Klarheit fort, doch würden diese normalerweise vorhanden sein.
Die Vorkompressions-Kammer 19 schließt in ihrer unteren Wand in der Nähe der Packergabeln 18 oder der rotierenden Zuführungseinrichtung eine Sensorklappe 22 ein. Die Sensorklappe 22 ist durch eine Feder in eine geschlossene Position vorgespannt, in der sie mit der unteren Wand der Vorkompressions-Kammer 19 glatt abschließt oder in diese vorspringt, doch öffnet sich, wenn die Masse des biologischen Materials 15 die Vorspannkraft, die die Sensorklappe 22 geschlossen hält, übersteigt, die Sensorklappe 22, wie dies in 1b gezeigt ist, um die nächste Phase des Betriebs der Ballenpresse 10 auszulösen, wie dies in den 1c und 1d gezeigt ist.
Die Vorspannkraft, die auf die Sensorklappe 22 wirkt, ist äquivalent zu der Masse einer vorgegebenen Ladung des biologischen Materials 15 in der Vorkompressions-Kammer 19. In manchen Ballenpressen ist die Vorspannkraft einstellbar, um Änderungen, beispielsweise der Erntematerial-Art und des Feuchtigkeitsgehaltes, zu berücksichtigen.
Nach dem Öffnen der Sensorklappe 22 werden die Heu-Haken 21 aus der Vorkompressions-Kammer 19 herausgezogen. Gleichzeitig tritt eine Reihe von Stopfergabeln 23 in die Vorkompressions-Kammer 19 ein, um die Ladung an biologischem Material 15 aus dem oberen offenen Ende 19a der Vorkompressions-Kammer 19 und in die Ballenkammer 24 anzutreiben. Diese Vorgänge sind mit den gestrichelten Pfeilen in 1c bezeichnet.
Die Stopfergabeln 23 sind in 2 aus Gründen der Klarheit fortgelassen, werden jedoch normalerweise vorhanden sein.
Ein massiver Presskolben 26 bewegt sich kontinuierlich (beispielsweise mit 42 Zyklen pro Minute) entlang der Länge der Ballen-Presskammer 24 hin und her, um jede Ladung von biologischem Material in dieser zu verdichten. Jeder Betriebszyklus der Komponenten in der Vorkompressions-Kammer 19 führt zu der Verdichtung einer Ladung, die ein Teil der Masse eines fertigen Ballens ist. An dem von den in den 1a–1d gezeigten Bauteilen entfernten Ende der Ballen-Presskammer stellen verschiedene Sensoren die Fertigstellung eines Ballens fest und aktivieren einen Binde- und Knüpfermechanismus, der den Ballen mit Bindematerial bindet, bevor der fertige Ballen aus der Rückseite der Ballenpresse 10 ausgeworfen wird.
Während dieses Prozesses werden, wie dies in 1d gezeigt ist, die Stopfergabeln 23 aus dem oberen Ende der Vorkompressions-Kammer 19 zurückgezogen, die Heu-Haken 21 werden erneut in die Vorkompressions-Kammer 19 eingeschoben, und die Sensorklappe 22 wird auf ihre geschlossene Stellung zurückgesetzt, um die Ansammlung einer weiteren Ladung des biologischen Materials zu ermöglichen.
Die Betriebsweise der Stopfergabeln 23 ist zeitlich mit der Hin- und Herbewegung des Presskolbens 26 abgestimmt, weil die Unterseite des Presskolbens 26 für einen großen Teil einer Hin- und Herbewegung das offene Ende 19a der Kammer 19 verschließt. Es ist zu erkennen, dass die Stopfergabeln 23 eine Ladung nur dann in die Ballen-Presskammer 24 einspeisen können, wenn sich der Presskolben 26 an dem äußeren linken Ende seiner Bewegungsbahn befindet, wie dies in 1 gezeigt ist.
Es wird numehr auf die 3 Bezug genommen, in der zu erkennen ist, dass eine Traktor-/Ballenpressen-Kombination gemäß der Erfindung einen Traktor 11 einschließt, der eine Ballenpresse 10 schleppt, deren Betriebsweise im Wesentlichen so ist, wie sie in den 1a–1d gezeigt ist, oder die so modifiziert ist, wie dies durch die Anordnung nach 2 gezeigt ist. Die Ballenpresse 10 ist mit Hilfe einer Zugstange 27 an der Anhängekupplung des Traktors angebracht. Die Zapfwelle 28 des Traktors 11 dreht sich mit einer konstanten Drehzahl, um die Ballenpresse 10 mit Leistung zu versorgen.
Der Traktor 11 und die Ballenpresse 10 schließen eine Serie von elektronischen Prozessoren in Form von Mikroprozessoren 29 ein, die bei der gezeigten Ausführungsform miteinander mit Hilfe eines CAN-Bus 31 oder äquivalenter Einrichtungen zur elektronischen Kommunikation miteinander verbunden sind.
Die Mikroprozessoren 29 sind in der Ausführungsform nach 3 teilweise dazu vorgesehen, eine Fahrzeug-Steuervorrichtung von der Art zu schaffen, wie sie in der EP-A-0 838 141 beschrieben ist. Es ist klar zu erkennen, dass die Funktionen der Steuervorrichtung der EP-A-0 838 141 zwar äußerst wünschenswert sind, jedoch nicht wesentlich für die Durchführung der hier beschriebenen Erfindung sind.
Entsprechend ist es möglich, funktionsfähige Ausführungsformen der Erfindung zu entwickeln, die mehr oder weniger Mikroprozessoren 29 haben, als die, die in 3 gezeigt sind. Unabhängig von der Mikroprozessor-Anordnung schließen Ausführungsformen der Erfindung eine automatische Steuerung der Traktor-Motordrehzahl und der Ausgangsleistung ein, vorzugsweise mit Hilfe eines der Mikroprozessoren 29.
Unabhängig von der genauen Mikroprozessor-Anordnung schließt die Traktor-/Ballenpressen-Kombination nach 5 weiterhin Sensoren ein, die einen oder mehrere der folgenden Faktoren erfassen: Drehmoment an der Ballenpacker-Antriebswelle 20; Drehmoment an der Traktor-Zapfwelle 28; die von einer oder mehreren der Ballenpacker-Gabel-Pleuelstangen 20b ausgeübte Kraft; und die Position der Sensorklappe 22.
Wenn die Ballenpresse von dem Typ ist, der eine rotierende Zuführungsbaugruppe einschließt, wie sie beispielsweise in 2 gezeigt ist, so würde die Packer-Pleuelstangenkraft nicht gemessen. Statt dessen ist das Drehmoment der Antriebswelle der rotierenden Zuführungseinrichtung geeignet, um eine Anzeige der Belastung zu liefern, die von dem Pack-/Zuführungsvorgang abgeleitet ist. Es wurde festgestellt, dass jede der vorstehend genannten Variablen in Korrelation zu der Strömungsrate des biologischen Materials durch die Vorkompressions-Kammer 19 steht.
Die Verwendung der Sensorklappen-Position ist besonders vorteilhaft bei der Ballenpresse nach 1, weil, wenn sie zu einem vorgegebenen Zeitpunkt in dem Presskolben-Zyklus gemessen wird, diese Klappen-Position effektiv ein direktes Maß der Nachfüllrate der Vorkompressions-Kammer ist, das heißt der Strömungsrate des biologischen Materials durch die Ballenpresse.
Das gemessene Strömungsraten-Signal, das von der Sensorklappen-Position gewonnen wird, ist unabhängig von der Ballendichte (die sich automatisch bei manchen Ballenpressen ändert). Entsprechend ist der Sensorklappen-Positions-Parameter vergleichsweise einfach zu verwenden und erfordert einen einfachen Positions-Sensor, wie z.B. einen LVDT, und ein minimales Ausmaß an Verarbeitung, die hauptsächlich die Koordination der Abtastzeiten mit der Presskolben-Position betrifft. Als Alternative zu einem LVDT kann ein Drehpotentiometer verwendet werden. Andere Sensoren, die äquivalent zu einem LVDT oder einem rotierenden Potentiometer sind, liegen ebenfalls innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung.
Im Gegensatz hierzu ändert sich der Zapfwellen-Drehmomentwert erheblich in Abhängigkeit von der Ballendichte an bestimmten Punkten in dem Presskolben-Zyklus. An anderen Punkten in dem Presskolben-Zyklus ist das Zapfwellen-Drehmoment jedoch im Wesentlichen unabhängig von der Ballendichte, zeigt jedoch dennoch die Strömungsrate des biologischen Materials an. Die Verwendung des Zapfwellen-Drehmomentes als ein Steuer-Parameter erfordert daher ebenfalls eine Zeitsteueroperation bezogen auf die Presskolben-Position.
Wenn das Zapfwellen-Drehmoment als ein Parameter verwendet wird, hat man die Wahl, ob der Wandler auf der Ballenpresse oder auf dem Traktor angeordnet wird, der die Ballenpresse schleppt.
Es ist klar zu erkennen, dass wenn der Drehmoment-Wandler auf dem Traktor angeordnet ist, es erforderlich ist, Daten über die Presskolben-Position von der Ballenpresse an den Traktor zu übertragen, um die Abtastung der Drehmoment-Messungen zeitlich korrekt zu steuern. Zwei Beispiele von Möglichkeiten innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung zur Erzielung einer derartigen Datenübertragung sind wie folgt:

(i) als eine fest verdrahtete Verbindung zwischen dem CAN-BUS der Ballenpresse und dem Traktor-CAN-BUS; oder
(ii) durch eine Sender-Empfänger-Kombination, die eine derartige Verbindung nachbildet.

In jedem Fall besteht eine Notwendigkeit der Datenübertragung zwischen zwei voneinander verschiedenen CAN-BUS-Knoten. Dies kann Probleme hervorrufen, die mit der Geschwindigkeit der Datenübertragung verbunden sind.
Weiterhin hat ein Fahrzeug-CAN-BUS eine beschränkte maximale Mitteilungsdichte.
Aus den vorstehenden Erwägungen folgt, dass während es innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung möglich ist, über eine vergleichsweise kurze Zeitperiode abzutasten (wie z.B. 10° der Presskolben-Bewegung), es wünschenswert ist, über längere Zeitperioden (wie z.B. 50° oder 60°) abzutasten.
Die Vorteile derartiger längerer Abtastperioden sind wie folgt:

(i) es ist einfacher, zu bestätigen, dass irgendeine vorgegebene Mitteilung sich auf eine bestimmte Abtastperiode bezieht; und
(ii) der Verlust von Datenpaketen, der am Beginn oder Ende einer Mitteilung auftreten kann, als Ergebnis der vorstehend genannten Übertragungsprobleme, erhält eine geringere Bedeutung, wenn die Abtastperiode länger ist, als wenn sie kürzer ist.

Wenn die Traktor-/Ballenpressen-Kombination eine Sender/Empfänger-Kombination einschließt, kann die Notwendigkeit zur Bereitstellung zusätzlicher Verarbeitungsleistung entstehen, um eine Codierung der Daten von der Ballenpresse sicherzustellen und um die Wirkungen von Übertragungsverzögerungen usw. zu beseitigen.
Die Beziehung zwischen der Sensorklappen-Position und der Strömungsrate ist eine quadratische Gleichung, während die Beziehung zwischen dem Zapfwellen-Drehmoment und der Strömungsrate linear ist. Daher ist die Signalverarbeitung der Zapfwellen-Drehmoment-Daten möglicherweise etwas vorzuziehen, weil sie einfacher auszuführen ist, als die der Klappen-Positions-Daten.
Bei der Ballenpresse vom Rotor-Schneidmesser-Typ nach 2 besteht eine Tendenz, dass die Zinken 151–154 einen Teil des biologischen Materials in Richtung auf das hintere Ende der Vorkompressions-Kammer jenseits der Sensorklappe 22 schleudern. Daher ist es in einer Ballenpresse mit rotierenden Schneidmessern zu bevorzugen, eine der anderen messbaren Variablen zu erfassen, die hier angegeben sind, um eine Anzeige der Strömungsrate des biologischen Materials zu erhalten, statt der Sensorklappen-Position.
Das von dem nachfolgend beschriebenen Sensor 33 gemessene Zapfwellen-Drehmoment ist für diesen Zweck geeignet. Der festgestellte Wert des Zapfwellen-Drehmomentes ist im Wesentlichen unabhängig von der Ballendichte, wenn sich der Presskolben zwischen ungefähr 350° und 50° von seiner fdc-Position befindet, wie dies in 11 gezeigt ist. Wie 12 zeigt, gibt es eine einfache lineare Beziehung zwischen dem mittleren Zapfwellen-Drehmoment-Wert und der Massenströmungsrate von Stroh in dem genannten Teil des Ballenpressen-Presskolben-Zyklus. Entsprechend ist die Abschätzung der Strömungsrate des biologischen Materials einfach und zuverlässig.
Das Packer-Wellen-Drehmoment und die Packer-Pleuelstangen-Kraftwerte sind ebenfalls linear auf den Strömungsraten-Wert bezogen, zumindest bei der Art von Vorkompressions-Kammer, die in den 1a–1d gezeigt ist, wenn sie als ein Typ mit „niedriger Reibung" konfiguriert ist.
Selbstverständlich sind die Packergabeln bei dem Typ der Ballenpresse mit rotierenden Schneidmessern nicht vorhanden, so dass das Packer-Wellen-Drehmoment und die Pleuelstangenkraft in der Ausführungsform nach 2 nicht gemessen werden.
In der dargestellten Ausführungsform kann das Ballenpressen-Packer-Antriebswellen-Drehmoment unter Verwendung eines Drehmoment-Sensors in Form eines Dehnungsmessers erfasst werden, der einen Teil einer Brückenschaltung bildet und betriebsmäßig mit einer Telemetrie-Einheit oder über Schleifringe angeschlossen ist, wenn dies erwünscht ist. Diese Bauteile sind schematisch durch die Bezugsziffer 32 in 1 bezeichnet und als solche bekannt.
Das Zapfwellen-Drehmoment kann unter Verwendung von beispielsweise eines als solchen bekannten Drehmoment-Sensors 33 erfast werden, der schematisch in 3 gezeigt ist. Wenn dies erforderlich ist, könnte das Wellen-Drehmoment der Rotor-Zuführungseinrichtung unter Verwendung einer analogen Anordnung erfasst werden. Der Sensor 33 ist durch eine schematische Leitung als mit dem Mikroprozessor 29 verbunden, wobei diese Leitung in einer praktischen Ausführungsform der Erfindung unterschiedlich angeordnet sein würde.
Die Packergabel-Pleuelstangen-Kraft kann mit Hilfe eines weiteren Dehnungsmessers 34 gemessen werden, der einen Teil einer Brückenschaltung bildet, die betriebsmäßig mit einem oder mehreren der Mikroprozessoren 29 verbindbar ist.
Die Sensorklappen-Position kann mit Hilfe eines linear veränderlichen Differenz-Transformators (LVDT), eines Drehpotentiometers oder eines äquivalenten Gerätes 36 gemessen werden, der schematisch in 1c gezeigt ist.
In einer praktischen Ausführungsform der Erfindung muss, obwohl der Sensor 33 immer vorhanden ist, lediglich einer der Sensoren 32, 34 und 36 vorhanden sein. Der Sensor 36 ist am einfachsten, billigsten und zweckmäßigsten. Die Sensoren 32, 33, 34 und 36 können jeweils eine andere Form als die beschriebenen Beispiele annehmen. Derartige Änderungen liegen innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung.
Die Ballenpresse 10 schließt einen (in den Zeichnungen nicht sichtbaren, jedoch eine an sich bekannte Konstruktion aufweisenden) Näherungs-Sensor zur Feststellung der tatsächlichen Position der Ballenpressen-Presskolben-Kurbelwelle und damit der tatsächlichen Presskolben-Position ein. Aus derartigen Daten ist es möglich, unter anderem die Zeit zu bestimmen, zu der das maximale PTO-Drehmoment auftritt, weil dies in dem gleichen Bereich für jeden Presskolben-Zyklus auftritt. Aus diesen Daten ist es möglich, eine Zeitsteuerung der Getriebe-Schaltvorgänge (wenn diese erforderlich sind) zu gewinnen, um auf diese Weise eine Überlastung des Traktor-Motors zu vermeiden. Dies gilt selbst dann wenn (wie dies weiter unten erläutert wird) die Datenabtastung zu einer Zeit in dem Presskolben-Zyklus erfolgt, die von der Zeit abweicht, die dem maximalen Zapfwellen-Drehmoment entspricht.
Typischerweise erfordert jedes Schalten eines Kraftschaltgetriebes, wie es üblicherweise in modernen Traktoren verwendet wird, um ein einzelnes Übersetzungsverhältnis ungefähr 0,5 Sekunden. Ein Not-Herunterschalten über mehrere Gänge hinweg (wie z.B. vom Verhältnis B5 auf das Verhältnis B1, das erforderlich sein kann, wenn ein Schwaden-Haufen- oder Klumpen-Sensor, wie er nachfolgend erläutert wird, einen Klumpen von biologischem Material feststellt) könnte bis zu 2,5 Sekunden dauern. Obwohl unter diesen Umständen ein oder mehrere Gangwechsel einer oder mehreren Zapfwellen-Spitzendrehmoment-Perioden überlagert sein können, ist die Abbremsung der Traktor-/Ballenpressen-Kombination zur Verhinderung einer Aufnahme des Klumpens zu derartigen Zeiten wichtiger als die Vermeidung derartiger Spitzendrehmoment-Perioden.
In einer Ballenpresse, in der jeder Presskolben-Zyklus ungefähr 1,5 Sekunden dauert, steht immer eine ausreichende Zeit zur Verfügung, um die erforderlichen einzelnen Getriebe-Schaltvorgänge zu bewirken, ohne zu dem Spitzendrehmoment-Bedarf beizutragen.
In praktischen Ausführungsformen der Erfindung würde der Näherungs-Sensor in Verbindung mit einem Code-Drehgeber verwendet, dessen Funktion die Auflösung der Position der Presskolben-Kurbelwelle gegenüber der bekannten Position in jedem Zyklus ist, die durch den Näherungs-Sensor festgestellt wird.
Der Traktor 11 schließt einen Sensor ein, der das Getriebe-Übersetzungsverhältnis des Traktor-Getriebes feststellt. Bei der dargestellten Ausführungsform kann der Sensor einen oder mehrere Wandler einschließen, die mit einem ein Getriebe steuernden Mikroprozessor 29' verbunden sind, doch können in Ausführungsformen, bei denen der Mikroprozessor 29' fehlt, andere Anordnungen vorhanden sein.
Beispielsweise können die Ausgangssignale des oder der Getriebe-Untersetzungsverhältnis-Wandler direkt einem einzigen Steuerprozessor zugeführt werden.
Wahlweise schließt der Traktor 11 weiterhin einen Sensor ein, der das Motor-Drehmoment feststellt. Wenn er vorhanden ist, kann dieser Sensor beispielsweise ein Schwungrad-Drehmoment-Sensor sein, wie er in der US-A-5 596 153 beschrieben ist.
Der Mikroprozessor oder die Mikroprozessoren 29 ist/sind so programmiert, dass das nachfolgend beschriebene Verfahren ausgeführt wird.
Der Mikroprozessor oder die Mikroprozessoren 29 ist/sind betriebsmäßig mit einem Speicher verbunden, in dem für Vergleichszwecke Folgendes gespeichert ist:
ein oder mehrere optimale Werte der Massenströmungsrate von biologischem Material, das durch die Vorkompressions-Kammer 19 strömt;
die vorgegebenen nachfolgend erläuterten Größen;
die vorgegebenen Maximalwerte, die nachfolgend erläutert werden; und
Daten, die eine vorgegebene Position des Presskolbens der Ballenpresse darstellen.
Wie dies angegeben wurde, schließt die Ballenpresse vom Typ mit rotierenden Schneideinrichtungen, für deren Vorkompressions-Kammer ein Beispiel in 2 angegeben ist, eine Kassette mit zurückziehbaren Messern ein, die zum Schneiden von anderen Produkten als Stroh aktiviert werden.
Der Eingriff der Messer auf diese Weise beeinflusst eine Schätzung der Strömung des biologischen Materials durch die Ballenpresse. Daher ist es wünschenswert, eine Kompensation für die Wirkung der Messer vorzusehen, wenn das Verfahren gemäß der Erfindung ausgeführt wird.
Dies ist ohne weiteres durch die Verwendung von Subroutinen erzielbar, die ein oder mehrere Korrekturfaktoren, die die Anzahl der für die Verwendung in Eingriff gebrachten Messerklingen anzeigt, zu der geschätzten Strömungsrate des biologischen Materials hinzufügen. Die Subroutinen können im Betrieb der Vorrichtung aufgerufen werden, beispielsweise durch Setzen eines Mikroschalters oder eines Näherungs-Sensors, der das Einschalten der Messer anzeigt; oder beispielsweise durch eine Eingabe des Fahrers, die über eine in der Kabine befestigte Schnittstelleneinrichtung erfolgt, wie z.B. einen berührungsempfindlicher Bildschirm oder einen Drucktastenschalter.
Die folgende Beschreibung der Verwendung der Vorrichtung nach der Erfindung gemäß dem Verfahren nach der Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf das Ablaufdiagramm nach 4. In der folgenden Beschreibung wird auf die Schätzung der Strömungsrate des biologischen Materials durch Messen der Position der Sensorklappe 22 an bestimmten Punkten in dem Presskolben-Zyklus unter Verwendung eines LVDT (oder eines Drehpotentiometers oder einer ähnlichen Einrichtung) 36 Bezug genommen. Dies ergibt sich daraus, dass Experimente eine enge Korrelation, zu bestimmten Punkten in dem Presskolben-Zyklus, zwischen der Position der Sensorklappe und der Massenströmungsrate zeigen. Wie dies weiter oben angegeben wurde, kann ebenso auch das Packer-Antriebswellen-Drehmoment, das Drehmoment der Antriebswelle der rotierenden Zuführungseinrichtung, das Zapfwellen-Drehmoment und die Packergabel-Pleuelstangen-Kraft in gleicher Weise für diesen Zweck verwendet werden, und die derartige Daten beschreibenden Ausdrücke können in der folgenden Beschreibung anstelle der Bezugnahmen auf den Sensor für die Klappen-Position eingesetzt werden.
Im Gebrauch der Vorrichtung gemäß der Erfindung beginnt die Traktor-/Ballenpressen-Kombination 11/10 ihre Vorwärtsbewegung (Schritt 50 nach 4) entlang einer Schwade 12 aus biologischem Material 15. Die Schwade kann eine inhomogene Dichte aufweisen. Während dieses Vorganges dreht sich die Zapfwelle 28 des Traktors mit einer konstanten Drehzahl. In der Praxis wird dies durch einen der Mikroprozessoren 29'' erreicht, die den Regler des Traktor-Motors in an sich bekannter Weise steuern.
Die Ballenpresse 10 nimmt biologisches Material 15 so auf, wie dies hier unter Bezugnahme auf die 1a–1d und 2 beschrieben wurde, während sich die Traktor-/Ballenpressen-Kombination vorwärts bewegt. Während des Betriebs der Kombination 11/10 schätzt in dem Mikroprozessor oder die Mikroprozessoren 29 einprogrammierte Steuer-Software die Massenströmungsrate des biologischen Materials 15 durch die Ballenpresse hindurch (Schritte 51–53).
Zur gleichen Zeit misst die Software vorzugsweise ebenfalls (im Schritt 51) das Zapfwellen-Drehmoment, und wenn ein geeigneter Sensor vorhanden ist, das Motor-Drehmoment.
Der geschätzte Massenströmungsraten-Wert (Schritt 51) wird mit einer optimalen Strömungsrate dadurch verglichen, dass zu Anfang geschätzt wird, ob (Schritt 52) die Sensorklappen-Position eine Überlast anzeigt (d.h. sie einen vorgegebenen Maximal-Positionswert übersteigt, der beispielsweise durch einen bestimmten Spannungspegel des Signals von dem LVDT oder einer ähnlichen Einrichtung 36 dargestellt ist).
Wenn das Ergebnis des Vergleichs im Schritt 52 eine Überlastung der Sensorklappen-Position anzeigt, geht die Steuerlogik zum Schritt 59 über, der mit dem Herunterschalten des Traktorgetriebe-Übersetzungsverhältnisses befasst ist; während, wenn der Vergleich im Schritt 52 keine Überlast der Sensorklappen-Position anzeigt, die Steuerlogik zum Schritt 53 übergeht, der eine Schätzung einleitet, ob das Getriebe-Übersetzungsverhältnis hochzuschalten ist.
Somit schließt das Verfahren unabhängig von dem Ergebnis des Vergleichs im Schritt 52 den Schritt des Änderns der Vorwärtsgeschwindigkeit der Kombination 11/10 (durch Ändern des Getriebeübersetzungsverhältnisses) ein, so dass als Ergebnis, weil mehr oder weniger biologisches Material 15 in die Ballenpresse als Ergebnis eintritt, damit die Massenströmungsrate des biologischen Materials durch die Ballenpresse geändert wird.
Der Schritt 53 ist daher ein Vergleich, ob die geschätzte (tatsächliche) Massenströmungsrate, die aus dem LVDT-Signal bestimmt wird, um mehr als einen ersten vorgegebenen Betrag kleiner als die gespeicherte optimale Strömungsrate ist.
Im Schritt 53 liefert, wenn das LVDT-Signal anzeigt, dass der Positionswert der Sensorklappe 22 kleiner als seine Grenzposition ist, wie sie in der Speichereinrichtung gespeichert ist, was der Unterbelastung der Vorkompressions-Kammer 19 entspricht, der Mikroprozessor 29 (Schritt 54) eine Vorhersage, was die Motorlast sein würde, wenn die Software das Getriebeübersetzungsverhältnis um einen Übersetzungsverhältnis-Schritt vergrößert.
Die Software schätzt dann im Schritt 55 ab, ob die vorhergesagte Last einen vorgegebenen Wert übersteigt, der als „Gangwechsel-Sperr-Sollwert" bezeichnet ist. Der Grund für die Schritte 54 und 55 besteht in der Aufrechterhaltung der Arbeitsrate der Ballenpresse, wie sie aus der Position der Sensorklappe festgestellt wird, auf einem Wert oberhalb eines vorgegebenen Minimums, ohne dass eine Überlastung des Traktor-Motors hervorgerufen wird.
Der Vergleich im Schritt 55 erfolgt anhand von Daten, die durch Experimentieren gewonnen werden können, die in einem Speicher (beispielsweise ROM) gespeichert werden, der betriebsmäßig mit dem Mikroprozessor 29 verbunden ist.
5 ist eine Möglichkeit zum Darstellen dieser Daten in grafischer Form. 5 ist eine Serie von Kurven der Ballenpressen-Arbeitsrate gegenüber der Schwaden-Dichte für jedes von sechs Traktorgetriebe-Übersetzungsverhältnissen, die gemessen werden, wenn sich der Traktor 11 der Kombination gemäß der Erfindung auf ebenem Boden bewegt. Selbstverständlich weisen Traktoren üblicherweise mehr als sechs Übersetzungsgetriebe-Verhältnisse auf, doch ist nur eine begrenzte Anzahl, wie z.B. die sechs dargestellten, wahrscheinlich für Ballenpress-Operationen geeignet.
Die durchgezogene Linie 85, die den Kurven nach 5 überlagert ist, stellt die Wirkung des Software-Programms dar. Wenn beispielsweise die Kurve für das Übersetzungsverhältnis B1 (das niedrigste getestete Übersetzungsverhältnis) betrachtet wird, so ist es theoretisch möglich, mit Schwaden-Dichten bis herunter zu 1,5 kg/m zu arbeiten, doch sinkt die Arbeitsrate dann auf 5,5 Tonnen/Stunde, ein unannehmbar niedriger Pegel. Entsprechend stellt die durchgezogene Linie 85 eine von der Software auferlegte Forderung zum Vergrößern des Verhältnisses B2 dar, wenn die Schwaden-Dichte (wie sie durch die Massenströmungsrate geschätzt wird) unter ungefähr 4,5 kg/m fällt, was einem „Gangwechsel-Sollwert" 80 in 5 entspricht. Wenn dieser Punkt erreicht wird, vergrößert sich das Getriebeverhältnis auf das Verhältnis B2 mit dem Ergebnis, dass die Arbeitsrate momentan, wie dies durch die Linie 85 gezeigt ist, auf 25 t/h ansteigt, was der Arbeitsrate im Verhältnis oder Gang B2 bei einer Schwaden-Dichte von 3,5 kg/m und einer vorgegebenen Traktor-Motordrehzahl entspricht, die für die Lieferung der richtigen Zapfwellen-Drehzahl für den Ballen 10 geeignet ist.
Ähnliche Betrachtungen gelten für die nachfolgenden „Gangwechsel-Sollwerte" 81–84, die Änderungen auf jeweils die Gänge B3–B6 entsprechen. Somit stellt in einer Ballenpresse das Verfahren eine Arbeitsrate von zwischen 21 und 25 t/h sicher, indem (falls erforderlich) das Getriebeverhältnis jedesmal dann vergrößert und verkleinert wird, wenn die Schwaden-Dichte anderenfalls unter 21 t/h absinken oder über 25 t/h ansteigen würde, sofern nicht der Vorhersage-Algorithmus (Schritt 52) anzeigt, dass ein Getriebe-Schaltvorgang wahrscheinlich den Traktor-Motor überlasten würde. Es ist zu erkennen, dass unterschiedliche Traktor-/Ballenpressen-Kombinationen so konfiguriert werden können, dass sie zwischen unterschiedlichen oberen und unteren Arbeitsraten-Grenzen arbeiten, wenn dies erwünscht ist. Die Arbeitsraten-Grenzen werden auch durch die vorherrschenden Feldbedingungen beeinflusst.
Die grafische Darstellung nach 5, die vorzugsweise für die betrachteten Traktor-/Ballenpressen-Kombinationen 11/10 spezifisch ist, kann in einem ROM (beispielsweise auf einer CD-ROM) gespeichert werden, die von dem Mikroprozessor oder den Mikroprozessoren 29 lesbar ist. Der Traktor 11 und/oder die Ballenpresse 10 können für diesen Zweck einen Speicherplatten-Leser haben oder mit diesem betriebsmäßig verbunden sein. Die grafische Darstellung nach 5 kann die Form einer Nachschlagetabelle haben.
Wenn das Ergebnis des Vergleichs im Schritt 55 darin besteht, dass das Getriebeverhältnis vergrößert werden sollte, so wird eine Flagge (beispielsweise ein Datenbit) im Schritt 56 gesetzt, das die Notwendigkeit eines Hochschaltens anzeigt. Die Software führt dann eine Schleife aus und führt die Schritte 51–55 erneut aus, so dass der Schritt der Vorhersage der Traktor-Motorlast mehrere Male ausgeführt wird.
Das Getriebe-Hochschalten erfolgt nur dann, wenn eine vorgegebene Anzahl von aufeinanderfolgenden Vorhersagen anzeigt, dass der Motor nicht überlastet wird, wie dies durch den Vergleich im Schritt 57 dargestellt wird, der bestätigt, ob vier aufeinanderfolgende Hochschalt-Flaggen gesetzt sind. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die bevorzugte Anzahl von aufeinanderfolgenden Hochschalt-Flaggen gleich vier, während sie in einer anderen Ausführungsform drei ist. Andere vorgegebene Anzahlen können in anderen Ausführungsformen der Erfindung einprogrammiert werden.
In jedem Fall ruft, wenn das Ergebnis des Vergleichs im Schritt 57 ein logischer Zustand „1" ist, die Software eine Subroutine (Schritt 58) auf, die das Getriebeverhältnis vergrößert, beispielsweise unter Verwendung des Mikroprozessors 29', wenn dieser vorhanden ist.
Die Software durchläuft dann wiederholt eine Schleife, wodurch wiederholt die Notwendigkeit von Gangschaltvorgängen abgeschätzt wird. In der Praxis tastet die Software die Massenströmungsrate einmal pro Zyklus des Presskolbens 26 ab (das heißt ungefähr einmal pro 1,4 Sekunden in einer Ballenpresse vom Typ New Holland D1010 „Cropcutter").
Wenn der Vergleich 52 anzeigt, dass die der Massenströmungsrate entsprechende Sensorklappen-Position und wahlweise die Zapfwelle oder der Motor überlastet ist, geht die Steuerlogik zum Schritt 59 über, der ein Vorbereitungsschritt zum Herunterschalten des Getriebe-Übersetzungsverhältnisses ist.
Der Schritt 59 stellt einen Vergleich der geschätzten Strömungsrate (und wahlweise der Zapfwellen- und Motorlasten) mit gespeicherten optimalen Werten dar. Wenn die Strömungsrate um mehr als einen zweiten vorgegebenen Betrag, der kleiner als ein weiterer vorgegebener Betrag ist, größer als der gespeicherte optimale Wert ist, so wird eine Herunterschalt-Flagge gesetzt (Schritt 60). Im Schritt 61 wird die Anzahl von aufeinanderfolgenden Herunterschalt-Flaggen, die gesetzt sind, gezählt, und wenn die Anzahl kleiner als ein vorgegebener Wert ist (vorzugsweise vier) so führt die Steuerlogik eine Schleife zurück zum Schritt 51 aus, um eine weitere Schätzung durchzuführen, ob das Getriebe-Untersetzungsverhältnis herunter-geschaltet werden sollte. Lediglich wenn die vorgegebene Anzahl (beispielsweise vier, wie angegeben) von aufeinanderfolgenden Herunterschalt-Flaggen gesetzt ist, ruft die Software eine Herunterschalt-Subroutine (Schritt 62) auf. Das Herunterschalten kann beispielsweise durch den Mikroprozessor 29' ausgeführt werden.
Vorzugsweise verwendet der Vergleich im Schritt 59 die Daten, die grafisch in 5 gezeigt und in dem ROM des Fahrzeuges gespeichert sind. Im Fall des Vergleichs des Schrittes 59 wird die Massenströmungsrate, die durch die Schwaden-Dichten(das heißt die X-Achsen-)Werte in 5 dargestellt ist, mit einem optimalen (Überlast-)Wert für den ausgewählten Gang verglichen. Somit wird im Fall des Ganges B6 der optimale Schwaden-Dichten-Wert durch den Punkt 86 auf der Linie 85 dargestellt. Wenn die tatsächliche Schwaden-Dichte 25 t/h im Gang B6 übersteigt, so wird die Subroutine 62 aufgerufen und bewirkt ein Herunterschalten auf den Gang B5. Die Steuerlogik wirkt ähnlich für die Optimalwerte 87–90, die jeweils den Übersetzungs-Schaltvorgängen für die Gänge B4–B1 entsprechen.
Wenn der Vergleich im Block 59 anzeigt, dass die geschätzte Massenströmungsrate um mehr als einen gespeicherten weiteren vorgegebenen Betrag größer ist, als der optimale Wert, so umgeht die Logik den Schritt 62 zu Gunsten des Schrittes 63, der die sogenannte „Schnell-Herunterschalt"-Flagge (beispielsweise ein Bit im RAM) setzt. Die Software arbeitet dann wie weiter oben angegeben, jedoch mit der Ausnahme, dass, wie dies im Schritt 64 gezeigt ist, das Setzen einer geringeren Anzahl (beispielsweise zwei) von aufeinanderfolgenden schnellen Herunterschalt-Flaggen erforderlich ist, damit das Getriebe mit Hilfe der Subroutine 62 heruntergeschaltet wird, wie dies weiter oben beschrieben wurde.
Die Gangwechsel sind zeitlich so gesteuert, dass sie mit einer vorgegebenen Position in der Hin- und Herbewegung des Ballenpressen-Presskolbens zusammenfallen. Bei der Ballenpresse vom Typ New Holland D1010 „Cropcutter" ist dies, wenn sich die Kurbelwelle der Ballenpresse nicht 130°–135° von fdc befindet.
Obwohl das Verfahren gemäß der Erfindung bezüglich einer Software-Steuerung der Mikroprozessor-Funktionen beschrieben wurde, die ihrerseits Teilsysteme der Kombination 11/10 steuert, kann das Verfahren auf andere Arten implementiert werden, beispielsweise unter Verwendung pneumatischer oder hydraulischer Steuerelemente.
Bei der Feststellung im Schritt 55 (4), ob der betreffende Sollpunkt für die Sperrung eines Hochschaltens überschritten wurde, verwendet die Software ein Bezugsmodell für einen stetigen Zustand, das ebenfalls in dem ROM gespeichert sein kann, um die Vorhersage auszuführen. Das Bezugsmodell sagt die Motorlast voraus, die sich ergeben würde, wenn die vorgeschlagenen Gangschaltvorgänge durchgeführt würden, wobei die Werte der verschiedenen Variablen berücksichtigt werden, die zum Zeitpunkt der Vorhersage vorherrschen.
6 zeigt das Bezugsmodell in schematischer Form, wobei sowohl lineare als auch nicht lineare Funktionen durch rechtwinklige Blöcke dargestellt sind.
Das Modell, das mathematische Darstellungen der vorstehend beschriebenen Teilsysteme und die Beziehungen, die aus Feld-Auswertetests abgeleitet wurden, beinhaltet, schließt eine Haupt-Iterationsschleife 40 und eine Anzahl von Subroutinen 41–44, 46 und 47 ein.
Beim Starten stellt die Subroutine 41 eine Möglichkeit zur Berechnung eines Satzes von Schwaden-Dichte-Werten dar, der durch den Block 41a dargestellt ist, indem ein Feld-Dichtewert, der beispielsweise aus Feldmessungen bestimmt wird, mit einem Mähdrescher-Vorsatzgeräte-Breitenwert multipliziert wird, was im Ergebnis ein Schwaden-Dichte-Wert ist. Ein Bereich der resultierenden Schwaden-Dichte-Werte wird damit gespeichert, so dass das Modell entsprechend der vorherrschenden Schwaden-Dichte für jede Operation parametrisiert werden kann.
Beim Hochlaufen berechnet die Subroutine 42 einen Anfangswert, der die Feld-Neigung darstellt, auf der Grundlage des Ausgangssignals eines Neigungsmessers auf dem Traktor oder der Ballenpresse, wie dies schematisch durch die Bezugsziffer 42a dargestellt ist. Der resultierende Feld-Neigungswert 42b wird dazu verwendet, Vergrößerungen der Gesamtlast des Traktor-Motors zu berücksichtigen, die sich aus einem Betrieb des Traktors zum Ziehen der Ballenpresse hangaufwärts ergeben.
Beim Hochlaufen berechnet die Subroutine 43 einen Anfangswert 43a der Motordrehzahl ohne Last.
Die Subroutine 44 schaltet von dem niedrigsten zum höchsten verfügbaren Getriebegang (innerhalb der Getriebegrenzen) weiter, und ermöglicht es der Hauptschleife, mit jedem neuen Getriebe-Übersetzungsverhältnis zu laufen. Die Subroutine 44 ermöglicht somit die Berechnung der Startwerte an den Blöcken 41–43 in jedem eines Bereiches von Getriebe-Übersetzungsverhältnissen; und sie ermöglicht weiterhin den Betrieb der Hauptschleife 40 in jedem der Getriebe-Übersetzungsverhältnisse des Bereiches.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Bezugsmodells berechnet die Hauptschleife 40 unter anderem die Sensorklappen-Position 40a, das Zapfwellen-Drehmoment 40b und den Fahrzeug-Rollwiderstand 40d unter Verwendung von Werten, die von den Hochlauf-Subroutinen 41–43 erzeugt werden. Dies führt dazu, dass die Berechnungen in der Hauptschleife 40 in einer Nachschlagetabelle aufgezeichnet werden, die grafisch durch die Kurvendarstellung 46a in der Ausgangsroutine 46 dargestellt ist.
Die in der Hauptschleife 40 ausgeführten Berechnungen erfolgen vorzugsweise während einer oder mehrerer Kalibrierläufe der Traktor-/Ballenpressen-Kombination in den ersten wenigen Minuten oder Sekunden des Betriebes. Wahlweise kann die Software es dem Traktor-Fahrer ermöglichen, eine Kalibrier-Betriebsart zu irgendeiner Zeit auszuwählen.
Zu Anfang wählt die Steuer-Software während des Kalibrierlaufes das niedrigste Getriebe-Übersetzungsverhältnis des Bereiches aus, der für die Ballenpress-Operationen geeignet ist. Sobald die Kalibrierung in diesem Übersetzungsverhältnis abgeschlossen ist, schaltet die Subroutine 44 das Übersetzungsverhältnis um einen Schritt weiter. Die Kalibrier-Operation wird dann wiederholt.
Dieser Prozess wird iterativ wiederholt, bis die Kalibrierung für alle Getriebe-Übersetzungsverhältnisse abgeschlossen ist, die für Ballenpress-Operationen geeignet sind. Das Ergebnis ist dann eine Serie von Kurven, die grafisch bei 46a und 47a dargestellt sind, und die mit weiteren Einzelheiten in den 7 und 8 gezeigt sind. Die Kurven nach den 7 und 8 werden nachfolgend während des Betriebes der Ballenpresse verwendet, um die Traktor-/Ballenpressen-Arbeitsrate in Abhängigkeit von der vorherrschenden Schwaden-Dichte festzustellen.
Die 9 und 10 zeigen jeweils die Berechnung der Sensorklappen-Position und des Zapfwellen-Drehmoment-Wertes beim Hochlaufen, wie dies durch die Blöcke 40a und 40b in 6 dargestellt ist.
Es wurde experimentell festgestellt, dass die Beziehung zwischen der Strömungsrate des biologischen Materials und der Sensorklappen-Position wie folgt ausgedrückt wird: P = r1·m2 + r2·m – c1 (1)
Darin ist:

P: die Sensorklappen-Position, ausgedrückt als ein prozentualer Teil ihres Bereiches der möglichen Bewegung;
m: die Strömungsrate des biologischen Materials in kg/s;
c₁: eine Konstante; und
r₁ und r₂: Koeffizienten.

Die tatsächlichen Werte von c₁, r₁ und r₂ wurden aus Feldversuchen bestimmt.
9 zeigt diesen Ausdruck in Funktionsblock-Form, wie er am Block 40a in der Subroutine 40 nach 6 ausgeführt wird.
In ähnlicher Weise kann die Beziehung zwischen dem Zapfwellen-Drehmoment und der Strömungsrate des biologischen Materials wie folgt ausgedrückt werden: T = r3·m – c2 (2)
Darin ist:

T: das Zapfwellen-Drehmoment in Nm;
m: die Strömungsrate des biologischen Materials in kg/s;
c₂: eine Konstante; und
r₃: ein Koeffizient.

Die tatsächlichen Werte von c₂ und r₃ wurden durch Feldversuche bestimmt.
Obwohl die die Variablen definierenden Beziehungen durch Ausdrücke, wie z.B. die Gleichungen (1) und (2) aufeinander bezogen sind, können die aktuellen Werte, die in dem Bezugsmodell verwendet werden, die Form von vorher berechneten Werten aufweisen, oder sie können in Echtzeit auf der Grundlage von Ausgangssignalen der verschiedenen Sensoren der Traktor-/Ballenpressen-Kombination berechnet werden. In der Praxis wird das Modell eine Mischung von vorher berechneten Werten, wie z.B. Parametern der Traktor-/Ballenpressen-Kombination und Werte enthalten, die in Abhängigkeit von momentan vorherrschenden Sensor-Werten berechnet werden.
Obwohl die bevorzugte Form des Bezugsmodells ein Modell im eingeschwungenen oder stetigen Zustand ist, bedeutet dies nicht, dass das Modell unveränderlich ist. Im Gegenteil, das Modell wird periodisch aktualisiert (beispielsweise einmal für eine vorgegebene Anzahl von Taktimpulsen). Entsprechend berücksichtigt jeder Vergleich mit dem Bezugsmodell die Änderungen in den Bedingungen, unter denen die Traktor-/Ballenpressen-Kombination arbeitet.
Wie dies weiter oben erwähnt wurde, besteht eine Möglichkeit zur Visualisierung der Modell-Ausgänge in einer grafischen Form. Die jeweiligen Ausgangskurven 46a und 47a der Subroutinen 46 und 47 sind vergrößert in den 7 und 8 gezeigt.
Im Betrieb sagt das Bezugsmodell die Arbeitsrate der Traktor- und Ballenpressen-Kombination für einen ausgewählten Bereich von Erntematerial-Dichten, Mähdrescher-Vorsatzgeräte-Breiten (Erntematerial-Dichte × Vorsatzgeräte-Breite = Schwaden-Dichte) und einer gewählten Feld-Neigung für den verwendeten Getriebegang voraus und liefert die Ergebnisse in grafischer Form. Wenn die obere Grenze des ausgewählten Schwad-Dichte-Bereiches erreicht wird, oder wenn in eine voreingestellte Motorlast-Grenze überschritten wird, schaltet die Simulation automatisch die Gangauswahl weiter und wiederholt die Berechnungen. Die Arbeitsrate wird in Ausdrücken der Erntematerial-Tonnage definiert, die pro Stunde zu Ballen gepresst wird (Massenströmungsrate durch die Ballenpresse): in Bedingungen bei ebenem Feld ist der Ballenpressen-DrehmomentbedarF, über die Zapfwelle, die Hauptquelle der Motor-Belastung.
Die speziellen Aktionen, die von dem Modell ausgeführt werden, sind wie folgt:

i) die Werte der Erntematerial-Dichte, der Vorsatzgeräte-Breite und der Feld-Neigung werden ausgewählt.
ii) Das Modell wird unter den folgenden Bedingungen initialisiert: – Getriebegang = B1 – Vorwärtsgeschwindigkeit = unbekannt – unbelastete Motordrehzahl = 2120 U/min (1000 U/min Zapfwelle) – Schwaden-Dichte = Minimum des ausgewählten Bereiches.
iii) Das Modell verläuft dann durch einen iterativen Prozess, um auf der stetigen Motordrehzahl und damit Vorwärtsgeschwindigkeit zu konvergieren, die die berechnete Last unter initialisierten Bedingungen erfüllt.
iv) Der Wert der Schwaden-Dichte wird vergrößert, und der iterative Prozess wird wiederholt.
v) Die Berechnungen werden wiederholt, bis entweder die maximale Schwaden-Dichte erreicht wird, oder der Motor überlastet ist, wobei an diesem Punkt der Getriebegang weitergeschaltet wird und der Schwaden-Dichte-Bereich auf die untere Grenze zurückgesetzt wird.

Wie dies aus einem typischen Ausgang der Simulation nach 7 zu erkennen ist, steigt am unteren Ende des Schwaden-Dichte-Bereiches die theoretische Arbeitsrate an, wenn der Getriebegang weitergeschaltet wird. Dies ist so, wie dies aufgrund der zugehörigen Vergrößerung der Vorwärtsgeschwindigkeit erwartet wird. Oberhalb von Schwaden-Dichten von 3,5 kg/m führt jedoch der Drehmoment-Ausgang des Traktor-Motors zu einer Beschränkung bei aufeinanderfolgenden Gängen. Die vergrößerte Krümmung an der oberen Grenze oder Getriebegang-Kurve ergibt sich aus der schnelleren Verringerung der Motordrehzahl, wenn die Last auf dem Motor über die Regler-Linie ansteigt und die Motordrehzahl sich entlang der Kurve maximalen Drehmoments verringert.
Wie dies aus 8 zu erkennen ist, ändert sich der Anteil der Motor-Ausgangsleistung, die von der Ballenpresse benutzt wird, beträchtlich über den Bereich der angezeigten Feld-Neigung. Auf einem ebenen Feld mit einer vorgegebenen Schwaden-Dichte ergibt sich über 80% des Leistungsbedarfs an dem Traktor aus der Ballenpresse über die Zapfwelle. Wenn die Neigung des Feldes jedoch über 15° ansteigt, so ist der größte Teil der Ausgangleistung des Traktors erforderlich, um die Neigung des Feldes und dem Abrollwiderstand über das Getriebe, die Achsen und die Reifen zu überwinden. Der beschränkende Faktor hinsichtlich der Feld-Neigung auf die theoretische maximale Arbeitsrate ist ebenfalls gezeigt: der Traktor und die Ballenpresse könnten in befriedigender Weise im Gang B4 auf einem ebenen Feld arbeiten, doch würde der Motor überlastet, was ein Herunterschalten erfordert, wenn die Neigung des Feldes über 10° ansteigt.
Obwohl dies nicht als Eingang für das Bezugsmodell nach 6 oder die Verfahrensschritte nach 4 gezeigt ist, ist ein optionales Merkmal der Erfindung ein weiterer Sensor, der in der schematisch durch die Bezugsziffer 37 angezeigten Weise an der Vorderseite des Traktors 10 befestigt sein kann, um Haufen in den Schwaden festzustellen.
Der Haufen-Sensor 37 kann eine mechanische Sonde einschließen, die mit einem Wandler verbunden ist, wobei die Sonde bei Kontakt mit einem Schwaden-Haufen beweglich ist, um zu bewirken, dass der Wandler ein Schwaden-Signal erzeugt. Der Wandler kann betriebsmäßig mit einem oder mehreren der Mikroprozessoren 29, beispielsweise über einen CAN-BUS 31 verbunden sein.
Alternativ kann der Haufen-Sensor 37 beispielsweise ein Opto-Sensor oder ein Radar- oder Ultraschall-Sensor sein.
Das Ausgangssignal von dem Haufen-Sensor kann beispielsweise den Aufruf einer Subroutine auslösen, die ein schnelles vorübergehendes Herunterschalten der Getriebe-Übersetzungsverhältnis zur Verringerung der Vorwärtsgeschwindigkeit der Traktor-/Ballenpressen-Kombination hervorruft, so dass die Vorkompressions-Kammer nicht durch das Stroh in dem Schwaden-Haufen verstopft wird.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Traktor-/Ballenpressen-Kombination (10, 11), mit den folgenden Schritten: (i) Vorwärtsbewegen einer Traktor-/Ballenpressen-Kombination über eine Schwade oder eine Reihe von biologischem Material, wobei die Traktor-Zapfwelle (28) mit einer allgemein konstanten Drehzahl arbeitet, um die Ballenpresse (10) anzutreiben und wobei die Ballenpresse arbeitet, um biologisches Material aufzunehmen; (ii) Schätzen der Strömungsrate des biologischen Materials in der Ballenpresse während des Schrittes (i); (iii) Vergleichen der geschätzten Strömungsrate mit einer optimalen Strömungsrate; und (iv) wenn die geschätzte Strömungsrate von der optimalen Strömungsrate um mehr als einen vorgegebenen Betrag abweicht, Ändern der Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung der Traktor-/Ballenpressen-Kombination und damit Ändern der Strömungsrate des biologischen Materials in der Ballenpresse; und dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Schätzens der Strömungsrate Folgendes einschließt: (v) periodisches Feststellen von einem oder mehreren von Folgendem dem Ballenpressen-Packer-Drehmoment oder dem Antriebswellen-Drehmoment einer rotierenden Zuführungseinrichtung; dem Traktor-Zapfwellen-(PTO-)Drehmoment; der Ballenpressen-Packergabel-Pleuelstangen-Kraft; und der Position einer Sensorklappe (22) in einer Vorkompressions-Kammer (19) der Ballenpresse; (vi) Erzeugen eines dieses anzeigenden Signals, das proportional zu der geschätzten Strömungsrate ist; und (vii) Verwenden des Signals zum Vergleich der geschätzten Strömungsrate mit der optimalen Strömungsrate.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Änderns der Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung den Schritt des: (iv a) Schaltens des Traktor-Getriebes um einen oder mehrere Aufwärts- oder Abwärts-Schritte einschließt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt des Schaltens des Traktor-Getriebes das Heraufschalten des Traktor-Getriebeverhältnisses, wenn die geschätzte Strömungsrate um mehr als einen ersten vorgegebenen Betrag kleiner als eine optimale Strömungsrate ist; und das Herunterschalten des Traktor-Getriebeverhältnisses einschließt, wenn die geschätzte Strömungsrate um mehr als einen zweiten vorgegebenen Betrag größer als eine vorgegebene Strömungsrate ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Traktor-Motordrehzahl allgemein während der Vorwärtsbewegung der Traktor-/Ballenpressen-Kombination konstant gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem, wenn der Schritt (iii) des Vergleichs der geschätzten Strömungsrate mit der optimalen Strömungsrate anzeigt, dass die geschätzte Strömungsrate um mehr als den ersten vorgegebenen Betrag kleiner als die optimale Strömungsrate ist, das Verfahren die folgenden Schritte einschließt: (viii) Vorhersagen der Last auf den Traktor-Motor im Fall eines Hochschaltens des Traktor-Getriebeverhältnisses um einen Verhältnis-Schritt; und (ix) Hochschalten des Getriebeverhältnisses lediglich dann, wenn die vorhergesagte Last kleiner als ein vorgegebenes Maximum ist.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt (viii) der Vorhersage der Last auf den Traktor-Motor die folgenden Teilschritte einschließt: (viii a) Abschätzen des Motor-Drehmomentes und Erzeugen eines dieses anzeigenden Signals; (viii b) Eingabe des resultierenden Motor-Drehmoment-Signals in ein Bezugsmodell, um auf diese Weise die Vorhersage zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Schritt (viii a) des Abschätzens des Motor-Drehmomentes den Betrieb eines Drehmoment-Sensors einschließt, der betriebsmäßig mit einem Traktor-Motor-Schwungrad verbunden ist oder einen Teil hiervon bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5–7, bei dem der Schritt (viii) der Vorhersage der Last auf den Traktor-Motor über eine Anzahl von Malen ausgeführt wird, und wobei das Getriebeverhältnis lediglich dann schrittweise vergrößert wird, wenn eine vorgegebene Anzahl von aufeinanderfolgend vorhergesagten Lasten kleiner als das vorgegebene Maximum ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder irgendeinem hiervon abhängigen Anspruch, bei dem der Schritt (iii) eine Vielzahl von Malen ausgeführt wird, und bei dem das Getriebeverhältnis lediglich dann schrittweise verkleinert wird, wenn eine weitere vorgegebene Anzahl von aufeinanderfolgenden der Schätzungen eine Notwendigkeit zum schrittweisen Verkleinern des Getriebeverhältnisses anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem, wenn der Schritt (iii) anzeigt, dass die geschätzte Strömungsrate um den zweiten vorgegebenen Betrag größer als die optimale Strömungsrate ist, die weitere vorgegebene Anzahl von aufeinanderfolgenden der Schätzungen größer ist, als wenn die geschätzte Strömungsrate um einen weiteren vorgegebenen Betrag größer als die optimale Strömungsrate ist, wobei der weitere vorgegebene Betrag größer als der zweite vorgegebene Betrag ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder irgendeinem hiervon abhängigen Anspruch, bei dem das schrittweise Vergrößern und Verkleinern des Getriebeverhältnisses erfolgt, wenn der hin- und herbewegliche Ballenpressen-Presskolben (26) eine vorgegebene Position seiner Hin- und Herbewegung einnimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn dieses durch einen programmierbaren Prozessor (29) koordiniert ist, der betriebsmäßig zum Empfang und zur Verarbeitung von Signalen angeschlossen ist, die eines oder mehrere von Folgendem anzeigen: das Ballenpressen-Packer-Drehmoment oder das Antriebswellen- Drehmoment einer rotierenden Zuführungseinrichtung; das Traktor-Zapfwellen-(PTO-)Drehmoment; die Ballenpressen-Packergabel-Pleuelstangen-Kraft; und die Position einer Sensorklappe (22) in einer Vorkompressions-Kammer (19) der Ballenpresse; und das Traktor-Getriebeverhältnis.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Prozessor (29) kontinuierlich Signale erfasst, die eines oder mehrere der Sensorklappen-Position, des Traktor-Zapfwellen-Drehmomentes und des Traktor-Motor-Drehmomentes anzeigen, und die resultierenden Werte entsprechend einem vorgegebenen Teil des Presskolben-Zyklus verarbeitet.
Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, bei dem der Prozessor kontinuierlich Signale erfasst, die eines oder mehrere der Sensorklappen-Position, des Traktor-Zapfwellen-Drehmomentes und des Traktor-Motor-Drehmomentes anzeigen, und die resultierenden Werte über einen Zyklus des Ballenpressen-Presskolbens verarbeitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12–14, bei dem der Prozessor (29) die Traktor-Motordrehzahl allgemein unabhängig von der Motor-Last konstant hält.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der programmierbare Prozessor (29) einen Speicher einschließt oder mit diesem betriebsmäßig verbunden ist, der zu Vergleichszwecken einen oder mehrere der optimalen Strömungsraten-Werte hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12–15 unter Rückbeziehung auf Anspruch 11, bei dem der programmierbare Prozessor (29) ein oder mehrere Einrichtungen einschließt oder mit diesen betriebsmäßig verbunden ist, in denen zu Vergleichszwecken die ersten, zweiten und weiteren vorgegebenen Beträge, die vorgegebenen Maximalwerte und die vorgegebene Position des Ballenpressen-Presskolbens gespeichert sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt (v) die Feststellung der Sensorklappen-Position einschließt, wobei die Feststellung für die Dauer des Teils des Ballenpressen-Presskolben-Zyklus erfolgt, in dem sich der Ballenpressen-Presskolben (26) zwischen ungefähr 100° und 150° von seiner vorderen Totpunkt-(fdc-)Position befindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt (v) das Feststellen des Zapfwellen-Drehmomentes einschließt, wobei die Feststellung für die Dauer des Teils des Ballenpressen-Presskolben-Zyklus erfolgt, in dem sich der Ballenpressen-Presskolben (56) zwischen ungefähr 350° und 50° von seiner fdc-Position befindet.
Verfahren nach Anspruch 19, wenn es unter Verwendung einer Ballenpresse mit rotierender Schneideinrichtung ausgeführt wird, wobei das Verfahren die folgenden zusätzlichen Schritte einschließt: (x) Feststellen, ob die Schneideinrichtungs-Messer (157) der Ballenpresse in Eingriff stehen; und (xi) falls erforderlich, Kompensieren der geschätzten Strömungsrate des biologischen Materials in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser Feststellung.
Verfahren nach Anspruch 20, das den Teilschritt des (xi a) Kompensierens der geschätzten Strömungsrate in Abhängigkeit von der in Eingriff stehenden Anzahl der Messer einschließt, wenn der Eingriff der Messer (157) festgestellt wird.
Traktor-/Ballenpressen-Kombination, die einen programmierbaren Prozessor und hiermit in betriebsmäßiger Verbindung einen oder mehrere Sensoren einschließt, die eines oder mehrere von Folgendem feststellen: das Ballenpressen-Packer-Drehmoment oder das Antriebswellen-Drehmoment einer rotierenden Zuführungseinrichtung; das Traktor-Zapfwellen-(PTO-)Drehmoment; die Ballenpressen-Packergabel-Pleuelstangen-Kraft; die Position einer Sensorklappe in einer Vorkompressions-Kammer der Ballenpresse; und das Traktor-Getriebeverhältnis; wobei die programmierbare Einrichtung so programmiert ist, dass sie ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–21 in Abhängigkeit von dem Ausgang eines oder mehrerer der Sensoren ausführt.
Traktor-/Ballenpressen-Kombination nach Anspruch 22, die einen Ballenpressen-Packer-Antriebswellen-Drehmoment-Sensor einschließt, der einen Dehnungsmesser einschließt, der betriebsmäßig mit der Antriebswelle des Packers oder einer rotierenden Schneideinrichtung verbunden und in einer Brückenschaltung angeschaltet ist.
Traktor-/Ballenpressen-Kombination nach Anspruch 22, die einen Drehmoment-Sensor zur Feststellung des Zapfwellen-Drehmomentes einschließt.
Traktor-/Ballenpressen-Kombination nach Anspruch 22, die einen Packergabel-Pleuelstangen-Kraftsensor einschließt, der einen Dehnungsmesser einschließt, der betriebsmäßig mit der Packer-Pleuelstange verbunden und in einer Brückenschaltung geschaltet ist.
Traktor-/Ballenpressen-Kombination nach Anspruch 22, die einen Sensorklappen-Positionsdetektor einschließt, der einen LVDT oder ein Drehpotentiometer einschließt, das betriebsmäßig zur Erzeugung eines Signals angeschaltet ist, das die Position der Sensorklappe anzeigt.
Traktor-/Ballenpressen-Kombination nach einem der Ansprüche 22–26, die an einer Stelle vor der Ballenpressen-Vorkompressions-Kammer einen Schwaden-Haufensensor einschließt, der ein einen Schwaden-Haufen anzeigendes Signal erzeugt, wobei die programmierbare Einrichtung so programmiert ist, dass sie die Vorwärtsgeschwindigkeit der Kombination bei Erzeugung des Schwaden-Haufen-Signals verringert.
Traktor-/Ballenpressen-Kombination nach einem der Ansprüche 22–27, die einen Ballenpressen-Presskolben-Positionssensor einschließt, der ein Signal erzeugt, das die Position des Ballenpressen-Presskolbens anzeigt, wobei der Ballenpressen-Presskolben-Positionssensor betriebsmäßig angeschlossen ist, um das Positionssignal der programmierbaren Einrichtung zuzuführen.
Traktor-/Ballenpressen-Kombination nach einem der Ansprüche 22–28, bei der der programmierbare Prozessor einen Speicher einschließt oder betriebsmäßig mit diesem verbunden ist, der für Vergleichszwecke einen oder mehrere der optimalen Strömungsraten-Werte hat.
Traktor-/Ballenpressen-Kombination nach einem der Ansprüche 22–29, bei der die programmierbare Einrichtung ein oder mehrere Einrichtungen anschließt oder mit diesen betriebsmäßig verbunden ist, in denen zu Vergleichszwecken die ersten, zweiten und weiteren vorgegebenen Beträge, die vorgegebenen Maximalwerte und die vorgegebene Position des Ballenpressen-Presskolbens gespeichert ist.
Traktor-/Ballenpressen-Kombination nach einem der Ansprüche 22–30, die einen Neigungsmesser einschließt, der ein Neigungssignal erzeugt, das anzeigt, wenn die Kombination einen Hang hinauf- oder herabfährt, wobei das Neigungssignal als Eingangssignal dem programmierbaren Prozessor zugeführt wird.
Traktor-/Ballenpressen-Kombination nach einem der Ansprüche 22–31, die eine Einrichtung zur Feststellung und/oder Bestimmung des Rollwiderstandes der Kombination und zur Erzeugung eines diesen anzeigenden Rollwiderstands-Signals einschließt, wobei das Rollwiderstands-Signal als Eingang dem programmierbaren Prozessor zugeführt wird.
Traktor-/Ballenpressen-Kombination nach einem der Ansprüche 22–32, bei der der programmierbare Prozessor durch einen oder mehrere Mikroprozessoren gebildet ist oder diese einschließt.
Traktor-/Ballenpressen-Kombination nach einem der Ansprüche 22–33, bei der der programmierbare Prozessor einen Speicher einschließt oder betriebsmäßig mit diesem verbunden ist, in dem ein Betriebsmodell für den eingeschwungenen Zustand gespeichert ist, das das Verhalten der Traktor-/Ballenpressen-Kombination für Änderungen in einem oder mehreren der folgenden Werte vorhersagt: das Getriebeverhältnis des Traktors; die Dichte der Schwaden, durch die sich die Traktor-/Ballenpressen-Kombination, vorwärtsbewegt; und die Neigung irgendeines eines Bereiches von Hängen oder Abhängen, über die sich die Kombination vorwärtsbewegt.