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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Starten von Erntematerial-Verarbeitungseinrichtungen
in einer landwirtschaftlichen Maschine und ist insbesondere auf
das Kuppeln des Motors eines Mähdreschers
mit der Drescheinheit mit Hilfe einer Kupplung anwendbar.
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Das
zum Einleiten des Betriebes von Teilsystemen der Erntematerial-Verarbeitungseinrichtungen,
wie z. B. der Drescheinheit eines Mähdreschers, erforderliche Drehmoment
ist größer als
das, das erforderlich ist, um sie zu betreiben, nachdem sie gestartet
wurden. Tatsächlich
ist es möglich,
einen Mähdrescher
zu betreiben und die Drescheinheit in Betrieb zu halten, wenn ein
Motor verwendet wird, der kein ausreichendes Drehmoment hat, um
die Drescheinheit ausgehend von einem Stillstand zu starten. Dieses
Problem wurde mit der Einführung
von größeren, eine
hohe Kapazität
aufweisenden Mähdreschern
ausgeprägter.
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Es
würde eine
Vergeudung sowohl hinsichtlich der Gestehungskosten für den Motor
als auch für dessen
Betriebskosten darstellen, einen Motor mit ausreichender Leistung
bereitzustellen, der in der Lage ist, das volle Ausgangsdrehmoment
zu erzeugen, das zum Starten der Drescheinheit erforderlich ist.
Es ist eindeutig effizienter, den Motor so zu konstruieren und zu
dimensionieren, dass er lediglich in der Lage ist, alle Teilsysteme
des Mähdreschers
in Betrieb zu halten, nachdem dieser gestartet wurde.
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Bei
einem derart dimensionierten Motor ist die Erfindung auf eine Lösung des
Problems des Startens der Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung gerichtet,
wobei zu berücksichtigen
ist, dass ein einfaches Kuppeln mit dem Motor dazu führen würde, dass
der Motor im Hinblick auf das Überschreiten
seines maximalen Ausgangsdrehmomentes abgewürgt oder blockiert würde.
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Gemäß der Erfindung
wird in deren breitestem Gesichtspunkt ein Verfahren zum Starten
einer Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung in einer von einer Leistungsquelle
angetriebenen landwirtschaftlichen Erntemaschine geschaffen, das
die folgenden Schritte umfasst:
- – Starten
der Leistungsquelle; und
- – Betreiben
einer Kupplung zum Kuppeln der Leistungsquelle mit der Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung,
dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Betätigens der Kupplung Folgendes
umfasst: zyklisches Betätigen
der Kupplung zum intermittierenden Kuppeln der Leistungsquelle,
wobei die Übertragung
des Drehmomentes an die Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung über die
Kupplung kurz unterbrochen oder automatisch verringert wird, wenn
die Gefahr eines Abwürgens der
Leistungsquelle besteht.
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Die
Erfindung ermöglicht
es in ihrem weitesten Gesichtspunkt, die Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung
zu starten, ohne auf eine Hilfs-Drehmomentquelle oder die Verwendung
eines Getriebes zurückzugreifen,
was beides beträchtlich
zu den Herstellungskosten beitragen würde. Stattdessen nutzt die
Erfindung die Tatsache aus, dass wenn die Leistungsquelle mit der
Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung gekuppelt wird, während die
Leistungsquelle mit ihrem vollen Ausgangs-Drehmoment läuft, sie erfolgreich einen
kleinen Beitrag zur Drehzahl der Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung
liefert, bevor ihre eigene Drehzahl durch das Reaktionsdrehmoment
von der Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung bis zu dem Punkt
verringert wird, an dem die Gefahr eines Abwürgens besteht. Wenn an diesem
Punkt die Drehmoment-Übertragung über die
Kupplung verringert oder unterbrochen wird, so setzt die Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung
aufgrund ihrer Trägheitskraft
ihre Drehung fort, während
sich die Drehzahl der Leistungsquelle erholt. Die Wirkung dieses einen
Zyklus des Einkuppelns und Auskuppelns besteht daher in einer Vergrößerung der
Drehzahl der Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung.
Durch mehrmaliges Wiederholen des Zyklus der Kupplungsbetätigung wird
die Drehzahl der Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung inkremental
aufgebaut, bis die Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung schließlich die
Drehzahl erreicht, mit der sie sicher von der Leistungsquelle angetrieben
werden kann, ohne dass eine Gefahr eines Abwürgens der Leistungsquelle besteht.
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Es
würde möglich sein,
dass der zyklische Betrieb der Kupplung in einer vorgegebenen Weise ausgeführt wird,
wobei die Dauer des Einkuppelns sowie die Anzahl der Einkuppelvorgänge so ausgewählt ist,
dass ein Schlimmstfall-Szenarium zugelassen wird. Dies heißt mit anderen
Worten, dass die Einkuppelperioden so ausgewählt werden können, dass
sie kurz genug sind, damit niemals die Gefahr eines Abwürgens des
Motors bestehen würde,
und die Auskuppelperioden könnten
so lang gemacht werden, dass sich der Motor immer von einem Zustand
erholt, bei dem er nahezu abgewürgt
wird. Zusätzlich
könnte
diese zyklische Betätigung,
die aus einem intermittierenden Einkuppeln und Auskuppeln der Kupplung
besteht, eine vorgegebene Anzahl von Malen wiederholt werden, um
sicherzustellen, dass die Drehzahl der Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung
schrittweise auf eine Drehzahl aufgebaut wird, die gleich oder größer als
die Drehzahl ist, die für
ein permanentes Kuppeln des Motors mit der Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung
erforderlich ist, ohne dass die Gefahr eines Abwürgens des Motors besteht.
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Aufgrund
der großen
Anzahl von Variablen, die die Motorleistung und die Reaktionskraft
der Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung beeinflussen, würde eine
derartige Steuerung in offener Schleife unter den meisten Bedingungen
jedoch zu einem langsameren Starten führen, als dies erforderlich
ist, und es wird aus diesem Grund bevorzugt, eine Regelung in geschlossener
Schleife für
die Kupplung vorzusehen, wobei das Auskuppeln der Kupplung in Abhängigkeit
von einem gemessenen Motorparameter eingeleitet wird, der ein unmittelbar
bevorstehendes Abwürgen
anzeigt.
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Verschiedene
Parameter (beispielsweise das Ausgangsdrehmoment) können dazu
verwendet werden, ein unmittelbar bevorstehendes Abwürgen des
Motors anzuzeigen, doch ist es vorteilhaft, sich auf einen Parameter
zu verlassen, der von einem Sensor gemessen wird, der normalerweise
in dem Motor vorhanden ist. Entsprechend wird bei der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung das unmittelbar bevorstehende Abwürgen des Motors dadurch abgeleitet,
dass das Ausgangssignal eines Motordrehzahl-Sensors analysiert wird.
Obwohl ein Abfall der Motordrehzahl als solcher eine Anzeige liefern kann,
dass der Motor nahezu abgewürgt
wird, ist es vorteilhaft, sich auf die Änderungsgeschwindigkeit der
Motordrehzahl zu verlassen, weil dies eine frühere Anzeige ergibt und es
dem Motor ermöglicht,
sich in zuverlässiger
Weise zu erholen, wenn die Kupplung ausgekuppelt wird.
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Die
Drehmoment-Übertragung über die Kupplung
wird vorzugsweise kontinuierlich gesteuert, wobei der Kupplungsdruck
rampenförmig
vergrößert wird,
um die Drehmoment-Übertragung
zu vergrößern, und
rampenförmig
verkleinert wird, um die Drehmoment-Übertragung an die Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung
zu verringern. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn die Kupplung
durch einen Hydraulikdruck betätigt
wird, der kontinuierlich verändert
werden kann.
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Gemäß einem
zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine landwirtschaftliche Erntemaschine
geschaffen, die eine Leistungsquelle, von der Leistungsquelle angetriebene
Erntematerial-Verarbeitungseinrichtungen, eine Kupplung zum Kuppeln
der Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung mit der Leistungsquelle
und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Übertragung des Drehmomentes über die
Kupplung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass während des
Startens der Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung von einem Stillstand
aus die Steuereinrichtung auf die Kupplung einwirkt, um die Übertragung
des Drehmomentes von der Leistungsquelle an die Erntematerial-Verarbeitungseinrichtung
zu verringern oder kurz zu unterbrechen, wenn die Gefahr eines Abwürgens der
Leistungsquelle besteht.
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Die
EP-A-0 291 336 beschreibt eine derartige landwirtschaftliche Erntemaschine,
wie sie im Oberbegriff des unabhängigen
Anspruchs 1 beschrieben ist.
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Die
Erfindung wird weiter in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines Mähdreschers ist;
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2 ein
Blockschaltbild eines Steuersystems ist, das die Erfindung verwirklicht;
und
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3 eine
grafische Darstellung ist, die das zyklische Einkuppeln und Auskuppeln
einer Kupplung und die sich daraus ergebenden Motordrehzahl-Änderungen darstellt.
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Obwohl
die Erfindung auf verschiedene landwirtschaftliche Erntemaschinen
anwendbar ist, wird sie hier unter Bezugnahme auf einen Mähdrescher beschrieben.
Um den Hintergrund der Erfindung zu verstehen, wird ein derartiger Mähdrescher
zunächst kurz
anhand seiner Konstruktion und Betriebsweise beschrieben, wie sie
in der Technik gut bekannt sind.
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Der
gezeigte selbstfahrende Mähdrescher 1 hat
große
vordere angetriebene Räder 5 und
kleinere lenkbare Hinterräder 6.
Die Leistung für
den Vortrieb und zum Antrieb der Erntematerial-Verarbeitungs-Teilsysteme
wird von einem Motor 13 auf der Oberseite des Mähdreschers 1 geliefert.
Der Mähdrescher 1 ist
mit einem Vorsatzgerät 14 versehen, das
lösbar
an dem Gehäuse
eines Stroh-Höhenförderers 15 befestigt
ist. Dieses Gehäuse
kann um eine sich quer erstreckende Achse unterhalb und hinter der
Kabine 9 des Mähdreschers
aufwärts
und abwärts
bewegt werden.
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Für Erntevorgänge wird
der Stroh-Höhenförderer nach
unten bewegt, bis der sich in Querrichtung erstreckende Mähbalken 17 schwimmend
geringfügig
oberhalb der Höhe
des Bodens angeordnet ist. Die Erntematerial-Stängel werden von ihren Wurzeln durch
den sich in Querrichtung erstreckenden Mähbalken 17 abgetrennt,
während
sich die Maschine über
das Feld bewegt. Gleichzeitig wird eine sich in Querrichtung erstreckende
Vorsatzgeräte-Haspel 18 in
Drehung versetzt, um die gemähten
Stängel
zur Rückseite
des Vorsatzgerätes
und in den Bereich eines sich in Querrichtung erstreckenden Schneckenförderers 19 zu
führen.
Der Stroh-Höhenförderer 15 erfasst
von dem Schneckenförderer 19 an
die Mündung
des Höhenförderer-Gehäuses zugeführtes Material
und fördert
es nach oben und nach hinten an den Dreschmechanismus 11.
Auf das Material wird durch eine Dreschtrommel 20 eingewirkt,
die mit einem Dreschkorb 23 zusammenwirkt, um die Getreidekörner von
den Ähren
zu lösen.
Die meisten der Getreidekörner
werden aus den Ähren
durch diese erste Trommel 20 herausgeschlagen. Um eine
weitere Drehung des Materials durch die Dreschtrommel 20 und
um diese herum zu verhindern, wird das Material von der Trommel
durch die Schaufeln der Strohtrommel 21 abgenommen.
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Ein
weiterer Dreschkorb ist unterhalb der Trommel angeordnet, um es
gelockerten Getreidekörnern
zu ermöglichen,
auf den darunterliegenden Reinigungsmechanismus 12 zu fallen.
Die Strohtrommel 21 liefert die Mischung aus Erntematerial
in Rückwärtsrichtung
zu der rotierenden Trenneinrichtung 22. Auch die rotierende
Trenneinrichtung 22 weist einen darunterliegenden Dreschkorb
auf, der die weitere Abscheidung von Körnern auf den Reinigungsmechanismus 12 ermöglicht.
Das Material von der rotierenden Trenneinrichtung wird auf das vordere
Ende von Strohschüttlern 24 abgelegt.
Die Strohschüttler
bewegen das gedroschene Erntematerial zur Rückseite 25 des Mähdreschers,
von wo aus es auf das Feld fallen kann.
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Das
Massenmaterial, das von dem Dreschmechanismus kommt, wird auf der
Körnerpfanne 28 abgelegt.
Die gleichförmige
Schicht aus Erntematerial fällt
von der Körnerpfanne 28 auf
ein Vorreinigungssieb 29. Während des Herunterfallens von
der Körnerpfanne
auf das Sieb 29 kommt das Material mit einer Luftströmung von
dem Gebläse 33 in
Eingriff, so dass leichtere Teilchen nach hinten geblasen werden.
Das Material, das das Ende des Vorreinigungssiebes 29 erreicht,
fällt auf
das vordere Ende des oberen Siebes.
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Das
Material, das durch das Vorreinigungssieb 29 hindurchfällt (hauptsächlich Getreidekörner), wird
von einer kleinen Körnerpfanne 30 empfangen, die
es zu dem unteren Sieb 32 führt. Die gereinigten Körner werden
dann zum Körnertank 10 transportiert.
Wenn der Körnertank
voll ist, kann er mit Hilfe eines Entladerohres 43 geleert
werden, das herausgeschwenkt werden kann, wobei sein Ende oberhalb
eines Anhängers
liegt, der sich benachbart zu dem Mähdrescher bewegt.
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Die
Dreschtrommel 20 und ihr Dreschkorb 23 werden üblicherweise
als der Dreschmechanismus bezeichnet, das heißt die Vorrichtung, die die
heftigste Einwirkung auf das Erntematerial ausführt. Die rotierende Trenneinrichtung 22 und
die Strohschüttler 24 bilden
den Trennmechanismus, das heißt
die Vorrichtung, die die Trennung der gedroschenen Getreidekörner von
dem Stroh bewirkt. Diese Dresch- und Trennmechanismen bilden zusammen
mit dem Reinigungsmechanismus 12 die Erntematerial-Verarbeitungselemente,
die insgesamt als die Drescheinheit 11 bezeichnet werden.
Sie werden zusammen mit dem Reinigungsmechanismus 12 zur
gleichen Zeit in Bewegung gesetzt, wie sie von dem Motor 13 über den
gleichen Antriebsstrang angetrieben werden. Dies stellt einen Betrieb
aller Drescheinheit-Elemente durch eine einzige Fahrer-Steuerung
sicher, was gegenüber
einem getrennten Einschalten der verschiedenen Elemente der Drescheinheit
bevorzugt wird, weil dies zu einem Versehen des Fahrers führen könnte, alle
Elemente der vollständigen
Drescheinheit 11 einzuschalten. Dies könnte auch zu einer schwerwiegenden
Blockierung von Erntematerial innerhalb der Drescheinheit 11 führen. Weiterhin
hat ein einziger Antriebsstrang von der vollständigen Drescheinheit zusätzliche
Vorteile, wie z. B. eine Verringerung der Herstellungskosten und
der Montagezeit.
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Wie
dies weiter oben beschrieben wurde, umfasst die Drescheinheit 11 viele
große
Komponenten, und ihre Trägheitsmomente
sind beträchtlich. Aus
diesem Grund hat der Motor 13, der unter anderem die Drescheinheit 11 antreibt,
nicht das Drehmoment, um die Drescheinheit 11 zu starten,
obwohl er sie in Betrieb halten kann, sobald sie gestartet wurde. Dieser
scheinbare Widerspruch kann sehr einfach dadurch erläutert werden,
dass eine Gartenwalze betrachtet wird, die große Anstrengungen zum Starten und
Stoppen erfordert, weil sie ein hohes Trägheitsmoment aufweist, jedoch
relativ wenig Anstrengungen erfordert, um sie auf einem ebenen Boden
am Rollen zu halten.
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2 zeigt
ein Steuersystem, das es dem Motor ermöglicht, die Drescheinheit 11 zu
starten. In 2 ist der Motor mit der Drescheinheit 11 über eine
hydraulisch betätigte
Kupplung 50 verbunden. Hydraulikflüssigkeit wird an die Kupplung 50 von
einer Ölpumpe 54 zugeführt, wobei
der Druck durch einen Regler 52 geregelt wird, der auch
mit einem Auslass 62 verbunden ist. Eine elektronische
Steuerung 26 empfängt
Signale von einem Drehzahlsensor 60, der mit dem Motor 13 verbunden
ist, sowie von einem Stromsensor 58, der mit dem Kupplungs-Druckregler 52 verbunden
ist. Die elektronische Steuereinrichtung 56 ist so programmiert,
dass sie den Kupplungs-Druckregler 52 entsprechend einem
Steueralgorithmus einstellt, der weiter unten beschrieben wird.
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Der
Regler 52 bewirkt das Anlegen des gewünschten Druckes, für den ein
Steuerbefehl von der Steuereinrichtung 56 gegeben wird,
an die Kupplung 50. Zu diesem Zweck kann der Regler 52 die
Form eines Druckregelventils mit einer Magnespule aufweisen, die
mit der Steuereinrichtung 56 verbunden ist. Der Strömungsmitteldruck
nach dem Ventil ist proportional zu dem Magnetspulen-Strom. Um eine richtige
Ventileinstellung zu garantieren, wird der Magnetspulen-Strom von dem Stromsensor 58 überwacht,
der die Steuereinrichtung 56 über den aktuellen elektrischen
Strom informiert.
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Als
Alternative kann der Regler ein pulsbreitenmoduliertes Ventil einschließen, das
die Kupplung 50 abwechselnd mit der Ölpumpe 54 und dem
Auslass 62 verbindet. Das Tastverhältnis des an das Ventil angelegten
Signals wird durch eine geschlossene Rückführungsschleife geändert, innerhalb
deren der Ist-Druck in der Kupplung 50 mit dem Soll-Druck
verglichen wird, für
den ein Befehl von der Steuereinrichtung 56 geliefert wird.
Wenn damit der Ist-Druck in der Kupplung 50 kleiner als
der Soll-Druck ist, für
den ein Befehl von der Steuereinrichtung 56 gegeben wird,
so wird der Anteil der Zeit, während
der die Kupplung 50 mit der Ölpumpe 54 verbunden
ist, vergrößert. Umgekehrt
wird, wenn der Kupplungsdruck größer als
der Soll-Druck ist, der Anteil der Zeit, zu der die Kupplung 50 mit
dem Auslass 62 verbunden ist, durch die Regelschleife vergrößert.
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Zu
Beginn des Betriebs des Mähdreschers muss
zunächst
der Motor 13 gestartet werden, und dann muss die Drescheinheit 11 in
Bewegung gesetzt werden, und schließlich kann das Vorsatzgerät 14 eingeschaltet
werden und die Räder 5 werden
angetrieben, um den Erntevorgang zu beginnen. Die Erfindung betrifft
den Schritt des Startens der Drescheinheit, nachdem der Motor 13 gestartet
wurde und so eingestellt wurde, dass er sein maximales Ausgangsdrehmoment
erzeugt.
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Wie
dies weiter oben erläutert
wurde, würde selbst
dann, wenn der Motor 13 mit seiner maximalen Ausgangsleistung
arbeiten würde,
ein Einkuppeln der Kupplung 50 und ein Halten der Kupplung
im eingekuppelten Zustand dazu führen,
dass der Motor abgewürgt
wird. Um dies zu vermeiden, beginnt die Steuereinrichtung 16 damit,
dem Regler 52 Befehle dafür zu liefern, einen hohen Hydraulikdruck
anzulegen, um ein Entkuppeln der Kupplung 50 hervorzurufen,
wie dies in 3 gezeigt ist. Während die
Kupplung 50 eingekuppelt ist, analysiert die Steuereinrichtung 56 das
Ausgangssignal des Drehzahlsensors 60 und stellt insbesondere
fest, wann die Geschwindigkeit der Verringerung der Motordrehzahl
einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Ein schneller Abfall 70 in
der Motordrehzahl wird als eine Anzeige dafür verwendet, dass der Motor 13 an
dem Punkt eines Abwürgens
ist. Wenn das Abwürgen
unmittelbar bevorsteht, jedoch bevor dies erfolgt, liefert die Steuereinrichtung 56 einen
Befehl an den Regler 52, um die Drehmomentübertragung über die
Kupplung 50 dadurch zu verringern, dass der Öldruck verringert
wird. Wenn der Motor 13 entlastet wird, wird ein Abwürgen vermieden
und die Motordrehzahl baut sich erneut auf. Obwohl das Antriebsdrehmoment,
das der Drescheinheit 11 zugeführt wird, unterbrochen oder
zumindest verringert wird, setzt die Drescheinheit 11 ihre
Drehung aufgrund ihres großen
Trägheitsmomentes
fort. Nachdem sich der Motor 13 von dem Zustand nahe an
einem Abwürgen
erholt hat, wird die Kupplung 50 erneut eingekuppelt und
eingekuppelt gehalten, bis erneut die Gefahr eines Abwürgens des Motors 13 besteht.
Wie dies in 3 zu erkennen ist, wird dieser
Vorgang so oft wiederholt, wie dies erforderlich ist, wobei jedesmal
die Drehzahl der Drescheinheit 11 um einen Schrittwert
vergrößert wird. Nach
typischerweise 15 Sekunden eines derartigen zyklischen Einkuppelns
der Kupplung 50 in der beschriebenen Anordnung (eine kürzere oder
längere Zeit
könnte
in Abhängigkeit
von externen Faktoren möglich
sein, wie z. B. der Größe der Maschine,
Temperatur, Abnutzung, ...) erreicht die Drescheinheit eine Drehzahl,
bei der ein dauerndes Einkuppeln der Kupplung 50 nicht
mehr dazu führt,
dass die Gefahr eines Abwürgens
des Motors 13 besteht. Der Kupplungsdruck wird dann bis
zu seinem maximalen Wert vergrößert und
auf diesem Wert über
die gesamte Zeit gehalten, über
die die Drescheinheit in Betrieb ist.
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Es
ist zu erkennen, dass es die Erfindung der Drescheinheit 11 durch
zyklisches Vergrößern und Verringern
des Kupplungsdruckes ermöglicht,
gestartet zu werden, obwohl das erforderliche Start-Drehmoment für die Drescheinheit 11 normalerweise
ausreichend sein würde,
um den Motor 13 abzuwürgen.
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Es
ist verständlich,
dass verschiedene Modifikationen an dem beschriebenen Steuersystem durchgeführt werden
können,
ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie sie in
den beigefügten
Ansprüchen
angegeben ist. Beispielsweise können
unterschiedliche Parameter zum Einleiten des Auskuppelns und erneutem
Einkuppelns der Kupplung verwendet werden. Weiterhin kann die Kupplung
in einer Ein-/Aus-Betriebsweise anstelle der beschriebenen kontinuierlichen
Steuerung des Kupplungs-Einkuppeldruckes betrieben werden.