WO2019158454A1 - Vorrichtung und verfahren zur bodenbearbeitung - Google Patents

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WO2019158454A1
WO2019158454A1 PCT/EP2019/053233 EP2019053233W WO2019158454A1 WO 2019158454 A1 WO2019158454 A1 WO 2019158454A1 EP 2019053233 W EP2019053233 W EP 2019053233W WO 2019158454 A1 WO2019158454 A1 WO 2019158454A1
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Michael PREGESBAUER
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Geoprospectors Gmbh
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    • G01V3/15—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for use during transport, e.g. by a person, vehicle or boat
    • G01V3/165—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for use during transport, e.g. by a person, vehicle or boat operating with magnetic or electric fields produced or modified by the object or by the detecting device

Definitions

  • Soil cultivation tool wherein the first sensor is designed such that the nature of the soil from the processing by the first sensor
  • Tillage tool can be determined.
  • Tillage tools such as a cultivator, a Tieflockerers, a plow, or other tools, due to external information
  • control of a hydraulic cylinder for controlling the penetration depth of a ploughshare For example, the control of a hydraulic cylinder for controlling the penetration depth of a ploughshare.
  • Soil cultivation tool can be determined and that a closed loop is formed with a control loop control unit that is designed to detect depending on the first sensor and second sensor
  • Soil quality in real time a control variable for controlling the
  • the data of the first sensor and the second sensor are fed to a control loop control unit, whereby a closed loop is formed.
  • a control loop control unit whereby a closed loop is formed.
  • Sensor types can be used depending on the soil parameters to be measured.
  • the second sensor is designed for preferably non-contact measurement or determination of a processing parameter, in particular the surface roughness of the soil, and in particular a radar sensor, preferably a microwave radar sensor.
  • Control variable to control the tillage tool to determine.
  • an implementation control unit is provided, which is designed to be supplied from the control circuit control unit
  • Soil cultivation tool a closed loop between the desired depth of penetration and actual penetration of these actuators done, the difference of the two values is kept as small as possible and preferably gives the value zero. If the soil or environmental parameters change, the manipulated variable of the tillage tool is adjusted accordingly.
  • the Implement control unit is used to control the tillage tool.
  • individual modules of the tillage tool for example, different hydraulic cylinders, are controlled with different control variables.
  • the tillage tool a hydraulically controllable tillage tool with at least one
  • Hydraulic cylinder is.
  • the actual penetration depth of the tilling tool can be determined in particular by the deflection of the hydraulic cylinder.
  • this actual penetration depth of the soil working tool can also flow back into the control loop and be used for control.
  • Fan arrays are arranged.
  • the sensor array may in particular be arranged in a direction transverse to the direction of travel.
  • an average value of the results obtained by the sensors can be used, for example, to determine the actual value of the processing parameter.
  • a location-dependent fluctuation of the measured values can be reduced.
  • Tillage tool is arranged with respect to the direction of travel in the rear area or behind the agricultural machine.
  • the invention also relates to a method for controlling the processing of a soil in real time, comprising the steps:
  • the properties of the tillage tool optionally measuring the properties of the tillage tool with a measuring device.
  • the surface roughness of the soil is determined with the second sensor and that a parameter value is determined as a function of the surface roughness.
  • the present invention is based on a concrete
  • Fig. 3 a schematic representation of a control circuit used in the control loop.
  • Fig. 1 shows a schematic view of an agricultural machine 6, on which a device according to the invention is arranged. It includes the
  • Device comprises a first sensor 1, a control loop control unit 7, an implementation control unit 8, a equipped with hydraulic cylinders 5
  • the first sensor 1 in this embodiment, an inductive sensor with an electromagnetic transmitting coil and a
  • the inductive sensor used to determine the soil parameters in an unprocessed part of the bottom 3.
  • the electrical conductivity of the soil can be determined.
  • the first sensor 1 may include a radioactivity sensor. Also the combination of several
  • soil parameters determined by the first sensor 1 may include density, moisture, surface roughness, but these are not limited to the soil parameters mentioned here.
  • This control variable is in this embodiment via an external cable connection to the
  • the implementation control unit 8 determines from the control variable a manipulated variable and forwards it as a setpoint to the tillage tool 2 on. Since it is a tillage tool with hydraulic cylinders 5 in this embodiment, the manipulated variable is essentially to be understood as a pressure with which the
  • Hydraulic cylinder 5 are acted upon. In this embodiment, the same control variable is transmitted to all hydraulic cylinders 5. In other embodiments, however, it may be provided that the implementation control unit 8 assigns each hydraulic cylinder 5 its own and optionally different control variable.
  • control variables are applied to the hydraulic cylinders 5 of the soil working tool 2
  • Extensions 10 in the bottom 3 a can not be deflected to the desired depth under the predetermined pressure, since the bottom 3 has, for example, too high a resistance. Then
  • the desired penetration depth differs from the actual penetration depth.
  • the actual penetration depth via a arranged on the hydraulic cylinders 5 measuring device, for example a
  • the second sensor 4 is arranged on the tilling tool 2 in such a way as to be able to analyze that area of the floor 3 which lies directly behind the tilling tool 2.
  • the second sensor 4 is a microwave radar device. Especially in very dry soils
  • Control circuit control unit 7 transmitted.
  • a new control variable is determined by comparing the setpoint value with the actual value, which in turn is transmitted to the implementation control unit 8.
  • Sensors 4 used in the form of a fan array may be aligned transversely to,
  • control loop described above is during the locomotion of the
  • FIG. 2 shows a flow chart of an embodiment of one in the
  • At least one soil parameter is determined by a first sensor 1 and transmitted to the control loop control unit 7.
  • the control loop control unit 7 determines from the
  • Soil parameters with the aid of model parameters a control variable, which is forwarded to the implementation control unit 8.
  • manipulated variables are determined which are relayed to the soil working tool 2.
  • the tillage for example, leads to a change in the roughness of the bottom 3, which is monitored by means of the second sensor 4.
  • the thus determined actual value, in this embodiment, the surface roughness of the bottom 3 is transmitted to the control loop control unit and together with the setpoint for the
  • FIG. 3 shows a flow chart of an embodiment of a control loop control unit 7 in detail.
  • the soil parameters are converted into a setpoint in a CPU using model parameters.
  • the setpoint is compared with the actual value and the information is forwarded as a control variable to the Implement control unit.
  • the controller itself can, for example, as

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bodenbearbeitung umfassend einen ersten Sensor (1) zur Detektion der Bodenbeschaffenheit sowie ein steuerbares Bodenbearbeitungswerkzeug (2), wobei der erste Sensor (1) derart ausgeführt ist, dass die Beschaffenheit des Bodens (3) vor der Bearbeitung durch das Bodenbearbeitungswerkzeug (2) bestimmt werden kann. Ferner betrifft die Erfindung eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine umfassend die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Bodenbearbeitung.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Bodenbearbeitung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bodenbearbeitung, umfassend einen ersten Sensor zur Detektion der Bodenbeschaffenheit sowie ein steuerbares
Bodenbearbeitungswerkzeug, wobei der erste Sensor derart ausgeführt ist, dass die Beschaffenheit des Bodens von der Bearbeitung durch das
Bodenbearbeitungswerkzeug bestimmt werden kann.
Im Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur variablen Bodenbearbeitung bekannt. Dabei wird die Bearbeitungstiefe der jeweiligen
Bodenbearbeitungswerkzeuge, also beispielsweise eines Grubbers, eines Tieflockerers, eines Pflugs, oder anderer Werkzeuge, aufgrund von externen Informationen
eingestellt. Bevorzugt sind diese externen Informationen derartige Informationen, die von einem Sensor zur Verfügung gestellt werden. Diese Informationen dienen zur Ermittlung von Bodenparametern, die für die durchgeführte Bodenbearbeitung relevant sind. Dabei ist es durch Sensoren aus dem Stand der Technik mittlerweile möglich, jene Bodeninformationen in Echtzeit zu erfassen oder auf Informationen über den Boden zuzugreifen, die beispielsweise in Form von Karten vorliegen. Basierend auf diesen Informationen über die Bodenbeschaffenheit kann eine Steuerung des Bodenbearbeitungswerkzeugs erfolgen und somit können beispielsweise die gewünschte Bearbeitungstiefe oder andere Bearbeitungsparameter gesteuert werden, indem an das Bodenbearbeitungswerkzeug eine Stellgröße übermittelt wird,
beispielsweise die Aussteuerung eines hydraulischen Zylinders zur Steuerung der Eindringtiefe einer Pflugschar.
Bei den im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur
Bodenbearbeitung wird jedoch der tatsächliche erzielte Arbeitserfolg nicht bestimmt, sodass abhängig von den Bodenbedingungen die Stellgröße laufend nachjustiert werden muss.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung zur Bodenbearbeitung zu schaffen, bei der die Stellgröße des Bodenbearbeitungswerkzeugs in Abhängigkeit vom erzielten Arbeitserfolg geregelt wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein zweiter Sensor zur Detektion der
Bodenbeschaffenheit vorgesehen ist, wobei der zweite Sensor derart ausgeführt ist, dass die Bodenbeschaffenheit nach der Bearbeitung durch das
Bodenbearbeitungswerkzeug bestimmt werden kann und dass ein geschlossener Regelkreis mit einer Regelkreis-Steuereinheit gebildet ist, der dazu ausgeführt ist, in Abhängigkeit der vom ersten Sensor und zweiten Sensor detektieren
Bodenbeschaffenheit in Echtzeit eine Steuergröße zur Ansteuerung des
Bodenbearbeitungswerkzeugs zu bestimmen.
Durch die Bestimmung der Bodenbeschaffenheit mit dem zweiten Sensor nach der Bodenbearbeitung kann der durch das Bodenbearbeitungswerkzeug bedingte
Bearbeitungserfolg bestimmt werden. Die Daten des ersten Sensors und des zweiten Sensors werden einer Regelkreis- Steuereinheit zugeführt, wodurch ein geschlossener Regelkreis gebildet wird. Somit ist es möglich, eine Steuergröße festzulegen, welche in der Folge für die Ansteuerung des Bodenbearbeitungswerkzeugs und Bestimmung der Stellgröße verwendet wird.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass der erste Sensor zur vorzugsweise berührungslosen Messung oder Bestimmung von Bodenparametern wie beispielsweise der elektrischen Leitfähigkeit Radioaktivität, Verdichtung, Textur und/oder relativen Feuchtigkeit des Bodens ausgeführt ist und insbesondere ein induktiver Sensor mit einer Sendespule und einer Empfangsspule, ein magnetischer Sensor und/oder ein Strahlungsdetektor ist.
Durch die berührungslose Messung der Bodenparameter wird eine möglichst geringe mechanische Beanspruchung des ersten Sensors gewährleistet. Verschiedene
Sensorarten können je nach zu messendem Bodenparameter eingesetzt werden.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass der zweite Sensor zur vorzugsweisen berührungslosen Messung oder Bestimmung eines Bearbeitungsparameters, insbesondere der Oberflächenrauigkeit des Bodens ausgeführt ist und insbesondere ein Radarsensor, bevorzugt ein Mikrowellenradarsensor ist.
Zur Bestimmung der Oberflächenrauigkeit des Bodens kann gegebenenfalls ein
Radarsensor, bevorzugt ein Mikrowellenradarsensor verwendet werden. Radarbasierte Methoden sind im Gegensatz zu anderen Entfernungsmessungsmethoden oder bildgebenden Verfahren vorzuziehen, da die Radarmessung weitestgehend
unbeeinflusst von äußeren Einflüssen wie beispielsweise Staubentwicklung ist.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass die Regelkreis-Steuereinheit dazu ausgeführt ist, aus dem vom ersten Sensor detektierten Bodenparametern
vorzugsweise unter Berücksichtigung von Modellparametern einen Soll-Wert eines Bearbeitungsparameters, beispielsweise einen Sollwert der Oberflächenrauigkeit zu bestimmen. Unter Verwendung der Daten des ersten Sensors kann von der Regelkreis- Steuereinheit gegebenenfalls ein Sollwert eines Bearbeitungsparameters bestimmt werden. Vorzugsweise geschieht dies unter Berücksichtigung von Modellparametern, welche beispielsweise aus einer Datenbank ausgelesen werden können.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass die Regelkreis-Steuereinheit dazu ausgeführt ist, den Sollwert des Bearbeitungsparameters mit dem vom zweiten Sensor detektierten Istwert des Bearbeitungsparameters zu vergleichen und daraus die
Steuergröße zur Ansteuerung des Bodenbearbeitungswerkzeugs zu bestimmen.
Zusätzlich kann gegebenenfalls vorgesehen sein, dass die Regelkreis-Steuereinheit auch die vom zweiten Sensor stammenden Daten verarbeiten kann. Durch einen Abgleich des Istwerts mit dem Sollwert wird eine vom tatsächlichen Bearbeitungserfolg abhängige Steuergröße zu bestimmen.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass eine Implement-Steuereinheit vorgesehen ist, die dazu ausgeführt ist, aus der von der Regelkreis-Steuereinheit gelieferten
Steuergröße eine Stellgröße zur Ansteuerung des Bodenbearbeitungswerkzeugs zu bestimmen.
Diese Stellgröße, beispielsweise die Auslenkung eines hydraulischen Zylinders oder eines elektrischen Schrittmotors, kann sich aufgrund der tatsächlichen Boden- und Umweltbedingungen vom tatsächlichen Zustand, beispielsweise der tatsächlichen Eindringtiefe, des Bodenbearbeitungswerkzeugs unterscheiden. Dazu kann vorgesehen sein, dass die tatsächliche Eindringtiefe beispielsweise durch Messung der
tatsächlichen Auslenkung der Aktuatoren des Bodenbearbeitungswerkzeugs, beispielsweise der Hydraulikzylinder oder Schrittmotoren, in einer Messvorrichtung am Bodenbearbeitungswerkzeug bestimmt werden. Es kann am
Bodenbearbeitungswerkzeug ein geschlossener Regelkreis zwischen gewünschter Eindringtiefe und tatsächlicher Eindringtiefe dieser Aktoren erfolgen, wobei die Differenz der beiden Werte möglichst klein gehalten wird und bevorzugt den Wert Null ergibt. Wenn sich die Boden- oder Umweltparameter ändern, wird somit die Stellgröße des Bodenbearbeitungswerkzeugs entsprechend angepasst. Die Implement-Steuereinheit dient der Ansteuerung des Bodenbearbeitungswerkzeugs. Gegebenenfalls können einzelne Module des Bodenbearbeitungswerkzeugs, beispielsweise unterschiedliche Hydraulikzylinder, mit unterschiedlichen Stellgrößen angesteuert werden.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das Bodenbearbeitungswerkzeug ein hydraulisch regelbares Bodenbearbeitungswerkzeug mit wenigstens einem
Hydraulikzylinder ist.
Weist das Bodenbearbeitungswerkzeug wenigstens einen Hydraulikzylinder auf, so kann die tatsächliche Eindringtiefe des Bodenbearbeitungswerkzeugs insbesondere durch die Auslenkung des Hydraulikzylinders bestimmt werden. Gegebenenfalls kann diese tatsächliche Eindringtiefe des Bodenbearbeitungswerkzeuges auch in den Regelkreis zurückfließen und für die Regelung verwendet werden.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass eine Messvorrichtung zur Messung der Längen des Hydraulikzylinders vorgesehen ist.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das Bodenbearbeitungswerkzeug als Grubber, Tiefenlockerer, Pflug oder dergleichen ausgebildet ist.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass mehrere zweite Sensoren vorgesehen sind, die insbesondere in Form eines Sensorarrays, bevorzugt in Form eines
Fächerarrays angeordnet sind. Das Sensorarray kann insbesondere in einer Richtung quer zur Fortbewegungsrichtung angeordnet sein.
Sind mehrere zweite Sensoren vorgesehen, kann beispielsweise zur Bestimmung des Istwerts des Bearbeitungsparameters ein Mittelwert der von den Sensoren erhaltenen Ergebnisse verwendet werden. So kann eine ortsabhängige Fluktuation der Messwerte reduziert werden. Gegebenenfalls kann jedoch auch vorgesehen sein, die Daten der mehreren zweiten Sensoren auf andere Weise zu verarbeiten. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass unterschiedlichen Hydraulikzylindern in Abhängigkeit von Daten unterschiedlicher zweiter Sensoren unterschiedliche
Stellgrößen zugeteilt werden.
Die Erfindung betrifft auch eine landwirtschaftliche Arbeitsmaschine, umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine der erste Sensor in Bezug auf die Fortbewegungsrichtung im vorderen Bereich der
landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine angeordnet ist und das
Bodenbearbeitungswerkzeug in Bezug auf die Fortbewegungsrichtung im hinteren Bereich oder hinter der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Regelung der Bearbeitung eines Bodens in Echtzeit umfassend die Schritte:
- Detektion von Bodenparametern des Bodens mit einem ersten Sensor vor der Bearbeitung des Bodens mit einem Bodenbearbeitungswerkzeug,
- Bestimmen eines Sollwerts eines Bodenbearbeitungsparameters auf Basis der im ersten Schritt erhaltenen Bodenparametern, vorzugsweise unter
Berücksichtigung von Modellparametern,
- Detektion eines Istwerts eines Bodenbearbeitungsparameters mit einem zweiten Sensor nach der Bearbeitung des Bodens mit einem
Bodenbearbeitungswerkzeugs,
- Rückführen des vom zweiten Sensor detektierten Istwerts des
Bearbeitungsparameters in eine Regelkreis-Steuereinheit, Vergleichen mit dem Sollwert des Bearbeitungsparameters und Bestimmen einer Steuergröße zur Ansteuerung des Bodenbearbeitungswerkzeugs,
- Bestimmen einer Stellgröße aus der Steuergröße in eine Implement- Steuereinheit zur Ansteuerung des Bodenbearbeitungswerkzeugs und
- Ansteuern des Bodenbearbeitungswerkzeugs mit der Stellgröße und
gegebenenfalls Messung der Eigenschaften des Bodenbearbeitungswerkzeugs mit einer Messvorrichtung. Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass mit dem zweiten Sensor die Oberflächenrauigkeit des Bodens bestimmt wird und dass in Abhängigkeit von der Oberflächenrauigkeit ein Parameterwert bestimmt wird.
Die Oberflächenrauigkeit kann gegebenenfalls als Maß für die Güte eines
Auflockerungsvorgangs verwendet werden. Dabei kann beispielsweise eine geringere Oberflächenrauigkeit als Hinweis auf einen guten Bearbeitungserfolg verwendet werden.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass mit den Daten des zweiten Sensors eine Klassifizierung der Bearbeitungsqualität des Bodens durchgeführt wird.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das Verfahren während einer Arbeitsfahrt einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine ausgeführt wird, wobei die Oberfläche des Bodens mit dem ersten Sensor und dem zweiten Sensor in Fortbewegungsrichtung der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine abgetastet wird.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, den
Ausführungsbeispielen, sowie den Figuren.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines konkreten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 : Eine schematische Darstellung einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist;
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Regelkreises;
Fig. 3: eine schematische Darstellung eines im Regelkreis verwendeten Regelkreis- Steuergeräts. Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 6, an welcher eine erfindungsgemäße Vorrichtung angeordnet ist. Dabei umfasst die
Vorrichtung einen ersten Sensor 1 , eine Regelkreis-Steuereinheit 7, eine Implement- Steuereinheit 8, ein mit Hydraulikzylindern 5 ausgestattetes
Bodenbearbeitungswerkzeug 2, sowie einen zweiten Sensor 4. Das
Bodenbearbeitungswerkzeug wird zur Bearbeitung des Bodens 3 eingesetzt.
Die landwirtschaftliche Arbeitsmaschine 6, in diesem Ausführungsbeispiel als Traktor illustriert, bewegt sich in einer Fortbewegungsrichtung 9 über den Boden 3 einer zu bearbeitenden Fläche. Dabei wird der erste Sensor 1 , in diesem Ausführungsbeispiel ein induktiver Sensor mit einer elektromagnetischen Sendespule und einer
elektromagnetischen Empfangsspule, dazu verwendet um die Bodenparameter in einem unbearbeiteten Teil des Bodens 3 zu bestimmen. Durch den induktiven Sensor kann beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit des Bodens bestimmt werden. In einem nicht beschriebenen Ausführungsbeispiel kann der erste Sensor 1 beispielsweise auch einen Radioaktivitätssensor umfassen. Auch die Kombination mehrerer
Sensortypen ist möglich. Durch den ersten Sensor 1 ermittelte Bodenparameter können gegebenenfalls umfassen: Dichte, Feuchtigkeit, Oberflächenrauigkeit, diese sind jedoch nicht auf die hier genannten Bodenparameter beschränkt.
Die mittels des ersten Sensors 1 bestimmten Bodenparameter werden an die
Regelkreis-Steuereinheit 7 übermittelt und es wird, gegebenenfalls unter Verwendung von gespeicherten Modellparametern, eine Steuergröße ermittelt. Diese Steuergröße wird in diesem Ausführungsbeispiel über eine externe Kabelverbindung an die
Implement-Steuereinheit 8 übermittelt. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Übermittlung auch über einen bereits vorhandenen Datenbus der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 6 erfolgen.
Die Implement-Steuereinheit 8 ermittelt aus der Steuergröße eine Stellgröße und leitet diese als Sollwert an das Bodenbearbeitungswerkzeug 2 weiter. Da es sich in diesem Ausführungsbeispiel um ein Bodenbearbeitungswerkzeug mit Hydraulikzylindern 5 handelt, ist die Stellgröße im Wesentlichen als Druck zu verstehen, mit dem die
Hydraulikzylinder 5 beaufschlagt werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird allen Hydraulikzylindern 5 dieselbe Steuergröße übermittelt. In anderen Ausführungsbeispielen kann jedoch vorgesehen sein, dass die Implement-Steuereinheit 8 jedem Hydraulikzylinder 5 eine eigene und gegebenenfalls unterschiedliche Steuergröße zuweist.
Gemäß der von der Implement-Steuereinheit 8 übermittelten Steuergröße dringen die an den Hydraulikzylindern 5 des Bodenbearbeitungswerkzeugs 2 angeordneten
Fortsätze 10 in den Boden 3 ein. Gegebenenfalls können die Hydraulikzylinder unter dem vorgegebenen Druck jedoch nicht bis zur gewünschten Tiefe ausgelenkt werden, da der Boden 3 beispielsweise einen zu großen Widerstand aufweist. Dann
unterscheidet sich die gewünschte Eindringtiefe von der tatsächlichen Eindringtiefe. In diesem Ausführungsbeispiel wird die tatsächliche Eindringtiefe über eine an den Hydraulikzylindern 5 angeordnete Messvorrichtung, beispielsweise ein
Wegmesssystem bestimmt. Dieses Wegmesssystem bestimmt die Auslenkung der Hydraulikzylinder 5 und schließt somit auf die Eindringtiefe der Fortsätze 10. In einem nicht beschriebenen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die tatsächliche Eindringtiefe der Fortsätze 10 in den Regelkreis zurückfließt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die tatsächliche Auslenkung bzw. Eindringtiefe der Fortsätze durch einen eigenen, zweiten Regelkreis am Bodenbearbeitungswerkzeug bzw. an der Implement- Steuereinheit geregelt wird, um sicherzustellen, dass die tatsächliche Eindringtiefe dem Wert der Steuergröße entspricht.
Durch die Bearbeitung des Bodens 3 mittels des Bodenbearbeitungswerkzeugs 2 wird in Fortbewegungsrichtung 9 der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 6 hinter dem Bodenbearbeitungswerkzeug 2 ein bearbeiteter Bereich des Bodens 3 zurückgelassen. Der zweite Sensor 4 ist am Bodenbearbeitungswerkzeug 2 derart angeordnet, um jenen Bereich des Bodens 3, der direkt hinter dem Bodenbearbeitungswerkzeug 2 liegt, analysieren zu können. In diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Sensor 4 eine Mikrowellenradar-Vorrichtung. Da insbesondere bei sehr trockenen Böden die
Bodenbearbeitung eine starke Staubentwicklung verursachen kann, wird in diesem Ausführungsbeispiel ein radarbasierter Sensor verwendet. Dieser wird im Gegensatz zu beispielsweise optischen Sensoren von einer möglichen Staubentwicklung nicht beeinflusst. In diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Sensor 4 derart ausgeführt, um die Oberflächenrauigkeit messen zu können. Dies erfolgt insbesondere über die
Bestimmung des Abstands zwischen dem zweiten Sensor 4 und der Oberfläche des Bodens 3 und einer Erstellung eines Topographieprofils aus den erhaltenen Daten. Der über die Oberflächenrauigkeit bestimmte Istwert der Bodenbearbeitung, auch als Bearbeitungserfolg bezeichnet, wird im erfindungsgemäßen Regelkreis an die
Regelkreis-Steuereinheit 7 übermittelt. In der Regelkreis-Steuereinheit 7 wird durch Vergleich des Sollwerts mit dem Istwert eine neue Steuergröße ermittelt, welche wiederum an die Implement-Steuereinheit 8 übermittelt wird.
In anderen nicht beschriebenen Ausführungsbeispielen werden mehrere zweite
Sensoren 4 in Form eines Fächerarrays verwendet. Insbesondere können in diesem Ausführungsbeispiel die zweiten Sensoren 4 in einer Ausrichtung quer zur,
insbesondere normal auf, die Fortbewegungsrichtung 9 und in einer im Wesentlichen parallel zum Boden 3 verlaufenden Ebene angeordnet sein. Flierdurch können die Zuverlässigkeit und die Genauigkeit der Bestimmung der Oberflächenrauigkeit erhöht werden. Unter Verwendung der Daten mehrerer zweiter Sensoren 4 ist auch eine unabhängige Regelung mehrerer Hydraulikzylinder 5 möglich.
Der oben beschriebene Regelkreis wird während der Fortbewegung der
landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine 6 kontinuierlich durchlaufen, wodurch eine Anpassung der Parameter in Echtzeit erfolgen kann.
Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines in der
erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Regelkreises. Wie oben beschrieben wird durch einen ersten Sensor 1 wenigstens ein Bodenparameter, beispielsweise elektrische Leitfähigkeit oder Feuchtigkeit, bestimmt und an die Regelkreis- Steuereinheit 7 übermittelt. Die Regelkreis-Steuereinheit 7 bestimmt aus dem
Bodenparameter unter Zuhilfenahme von Modellparametern eine Steuergröße, welche an die Implement-Steuereinheit 8 weitergeleitet wird. Über die von der Regelkreis- Steuereinheit 7 übermittelte Steuergröße werden Stellgrößen festgelegt, welche an das Bodenbearbeitungswerkzeug 2 weitergeleitet werden. Die Bodenbearbeitung führt beispielsweise zu einer Veränderung der Rauigkeit des Bodens 3, welche mithilfe des zweiten Sensors 4 überwacht wird. Der so ermittelte Istwert, in diesem Ausführungsbeispiel die Oberflächenrauigkeit des Bodens 3, wird der Regelkreis-Steuereinheit übermittelt und gemeinsam mit dem Sollwert für die
Bestimmung einer aktualisierten Steuergröße herangezogen.
Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Regelkreis- Steuereinheit 7 im Detail. Die Bodenparameter werden in einer CPU unter Verwendung von Modellparametern in einen Sollwert umgerechnet. Der Sollwert wird mit dem Istwert verglichen und die Informationen werden als Steuergröße an die Implement- Steuereinheit weitergeleitet. Der Regler selbst kann beispielsweise als
Proportionalregler, Integralregler, Differentialregler, oder einer Kombination dieser Reglerarten ausgeführt sein.
Bezugszeichenliste
1 Erster Sensor
2 Bodenbearbeitungswerkzeug
3 Boden
4 Zweiter Sensor
5 Hydraulikzylinder
6 Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine
7 Regelkreis-Steuereinheit
8 Implement-Steuereinheit
9 Fortbewegungsrichtung
10 Fortsatz

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Bodenbearbeitung umfassend einen ersten Sensor (1 ) zur
Detektion der Bodenbeschaffenheit sowie ein steuerbares
Bodenbearbeitungswerkzeug (2), wobei der erste Sensor (1 ) derart ausgeführt ist, dass die Beschaffenheit des Bodens (3) vor der Bearbeitung durch das
Bodenbearbeitungswerkzeug (2) bestimmt werden kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein zweiter Sensor (4) zur Detektion der Bodenbeschaffenheit vorgesehen ist, wobei der zweite Sensor (4) derart ausgeführt ist, dass die Bodenbeschaffenheit nach der Bearbeitung durch das Bodenbearbeitungswerkzeug (2) bestimmt werden kann, und
ein geschlossener Regelkreis mit einer Regelkreis-Steuereinheit (7) gebildet ist, der dazu ausgeführt ist, in Abhängigkeit der vom ersten Sensor (1 ) und zweiten Sensor (4) detektierten Bodenbeschaffenheit in Echtzeit eine Steuergröße zur Ansteuerung des Bodenbearbeitungswerkzeuges (2) zu bestimmen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sensor (1 ) zur vorzugsweise berührungslosen Messung oder Bestimmung von
Bodenparametern wie beispielsweise der elektrischen Leitfähigkeit, Radioaktivität, Verdichtung, Textur und/oder relativen Feuchtigkeit des Bodens ausgeführt ist und insbesondere ein induktiver Sensor mit einer Sendespule und einer
Empfangsspule, ein magnetischer Sensor und/oder ein Strahlungsdetektor ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (4) zur vorzugsweisen berührungslosen Messung oder Bestimmung eines Bearbeitungsparameters, beispielsweise der Oberflächenrauigkeit des Bodens, ausgeführt ist und insbesondere ein Radar-Sensor, bevorzugt ein
Mikrowellenradar-Sensor, ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelkreis-Steuereinheit (7) dazu ausgeführt ist, aus den vom ersten Sensor (1 ) detektierten Bodenparametern, vorzugsweise unter Berücksichtigung von
Modellparametern, einen Sollwert eines Bearbeitungsparameters, beispielsweise einen Sollwert der Oberflächenrauigkeit, zu bestimmen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelkreis- Steuereinheit (7) dazu ausgeführt ist, den Sollwert des Bearbeitungsparameters mit dem vom zweiten Sensor (4) detektierten Istwert des Bearbeitungsparameters zu vergleichen und daraus die Steuergröße zur Ansteuerung des
Bodenbearbeitungswerkzeuges (2) zu bestimmen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Implement-Steuereinheit (8) vorgesehen ist, die dazu ausgeführt ist, aus der von der Regelkreis-Steuereinheit (7) gelieferten Steuergröße eine Stellgröße zur Ansteuerung des Bodenbearbeitungswerkzeuges (2) zu bestimmen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenbearbeitungswerkzeug (2) ein hydraulisch regelbares
Bodenbearbeitungswerkzeug (2) mit wenigstens einem Hydraulikzylinder (5) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine
Messvorrichtung zur Messung der Länge des Hydraulikzylinders (5) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenbearbeitungswerkzeug (2) als Grubber, Tiefenlockerer, Pflug oder dergleichen ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zweite Sensoren (4) vorgesehen sind, die insbesondere in Form eines Sensorarrays, bevorzugt in Form eines Fächerarrays, angeordnet sind.
11. Landwirtschaftliche Arbeitsmaschine (6) umfassend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im
bestimmungsgemäßen Betrieb der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (6) der erste Sensor (1 ) im, in Bezug auf die Fortbewegungsrichtung, vorderen Bereich der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (6) angeordnet ist und das
Bodenbearbeitungswerkzeug (2) im, in Bezug auf die Fortbewegungsrichtung, hinteren Bereich oder hinter der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine (6) angeordnet ist.
12. Verfahren zur Regelung der Bearbeitung eines Bodens (3) in Echtzeit, umfassend die Schritte:
a. Detektion von Bodenparametern des Bodens mit einem ersten Sensor (1 ) vor der Bearbeitung des Bodens mit einem Bodenbearbeitungswerkzeug (2),
b. Bestimmen eines Sollwerts eines Bearbeitungsparameters auf Basis der in Schritt a) erhaltenen Bodenparametern, vorzugsweise unter Berücksichtigung von Modellparametern,
c. Detektion eines Istwerts eines Bearbeitungsparameters eines Bodens (3) mit einem zweiten Sensor (4) nach der Bearbeitung des Bodens mit einem Bodenbearbeitungswerkzeug (2),
d. Rückführen des vom zweiten Sensor (2) detektierten Istwert des Bearbeitungsparameters in eine Regelkreis-Steuereinheit (7), Vergleichen mit dem Sollwert des Bearbeitungsparameters und Bestimmen einer Steuergröße zur Ansteuerung des Bodenbearbeitungswerkzeugs (2), e. Bestimmen einer Stellgröße aus der Steuergröße in einer Implement- Steuereinheit (8) zur Ansteuerung des Bodenbearbeitungswerkzeuges (2), f. Ansteuern des Bodenbearbeitungswerkzeuges (2) mit der Stellgröße und gegebenenfalls Messung der Eigenschaften des
Bodenbearbeitungswerkzeugs (2) mit einer Messvorrichtung.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem zweiten Sensor (4) die Oberflächenrauigkeit des Bodens (3) bestimmt wird, und dass in Abhängigkeit von der Oberflächenrauigkeit ein Parameterwert bestimmt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Daten des zweiten Sensors (4) eine Klassifizierung der
Bearbeitungsqualität des Bodens durchgeführt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während einer Arbeitsfahrt einer landwirtschaftlichen
Arbeitsmaschine ausgeführt wird, wobei die Oberfläche des Bodens (3) mit dem ersten Sensor (1 ) und dem zweiten Sensor (4) in Fortbewegungsrichtung der landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine abgetastet wird.
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